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热轧非织造布的结构和力学性能的研究
发布日期：2011-09-27

本文主要研究了光辊和花纹辊热轧、热熔纤维粘合非织造布的生产工艺、结构和力学性能方面的一些问题，主要分为四个部分。1.粘合的形成，工艺参数的配合和形成结构模型的探讨；2.热轧非织造布的拉伸行为分析，力学各向异性的预测以及应用微波衰减法检测各向异性；3.热轧非织造布拉伸应力-应变行为的计算机模拟方法；4.热轧非织造布的弯曲性能和折痕回复性能。主要研究方法及结论概述如下：通过试验比较在不同热熔粘合纤维含量，不同轧辊温度、压力、生产速度条件下生产的多种涤纶/丙纶非织造布的结构和强力，调查了粘合结构形成的机理和纤维性能的变化。得出薄型涤/丙混合纤网非织造布中丙纶纤维含量比例必须大于50%方可保证仅丙纶粘结时非织造布具有一定的强力。轧辊压力起三个方面的作用：保证纤维间及纤网与轧辊紧密接触以加速热传递作用，产生变形诱发热使纤维温度上升20℃左右以达到大部分粘合纤维熔融的目的，加速高聚物分子链段流动扩散以形成良好的粘合点。生产速度受到传热量及分子扩散时间的限制。纯涤纶非织造布的粘结区的结晶度比原来纤维增大约10%，熔融峰点温度上升约2℃，热性能更为稳定。在较宽工艺参数范围内，丙/粘非织造布的强力与轧辊温度和生产速度成近似线性统计关系。光辊轧非织造布可以用紧密区-疏松区结构模型描述，而花纹辊轧非织造布可以用薄膜区-非粘区结构模型描述。引入复合材料概念于热轧非织造布，分析了粘合区的比例、粘合区与纤维的粘结力以及部分纤维几何结构等参数对非织造布强力的贡献，试验并理论分析了梳棉平行铺网结构热轧非织造布不同方向拉伸的断裂机理，通过分析发现，粘合紧密非织造布的强力各向异性和模量各向异性可近似用正交各向异性材料理论进行分析预测，而对粘合较松的情况该理论不太适用。非织造布中纤维取向分布引起了微波衰减的各向异性进而提出并设计了应用微波谱振腔法检测非织造布的各向异性，得到了良好的结果，由于具有快速、无损和非接触式的特点，具有用于在线检测非织造布网结构纤维取向的可能，而且与力学各向异性有较好的相关性。基于对光辊轧非织造布实际结构的观察，应用计算机产生随机网络以模拟网的结构，在较简单的粘合结构基础上，建立了光辊轧非织造布的拉伸应力与其结构、纤维性能间的力学关系方程，模拟分析了拉伸应力-应变行为，且与实际非织造布的性能曲线有一定的相似性。对于花纹辊热轧非织造布、应用计算机产生花纹点及纤维分布的模拟结构，并对联系拉伸应力与应变的力学方程求解，得出了该类非织造布的模拟应力-应变行为，与实际实验结果比较后证实了所提出的模型结构和方程是可行的。通过试验比较不同纤维种类，粘合辊型式，定量及粘合效果对非织造布弯曲刚度和折痕回复性的影响，得出热轧涤纶非织造布比涤/丙（45/55）非织造布的弯曲刚度大，折痕回复性好；花纹点粘合可大大改善弯曲柔软性和折痕回复性；非织造布定量越大，弯曲刚度越大，而折痕回复性下降；粘合效果剧烈或很差时，弯曲刚度及折痕回复性均下降。对不同种热轧非织造布的弯曲变形机理及刚度进行了理论分析，得出光辊轧非织造布（粘结良好）的弯曲刚度均可用连续板材理论及完全非自由纤维相对移动模型（NFRFM）来描述（即纤维以拉伸、压缩变形为主）；对于花辊轧非织造布，弯曲变形机理及刚度分析模型与粘合工艺条件有关：粘合不良时用完全自由纤维相对移动模型（CFRFM），纤维以弯曲、扭转变形为主；剧烈粘合条件下，粘合区用连续板材理论模型（拉伸、压缩变形），非粘合区用完全非自由纤维相对移动模型（NFRFM）；良好粘结时，粘合区用连续板材理论，而非粘合区用CFRFM模型，分别为拉伸、压缩变形和弯曲扭转变形。应用由线性粘弹性元件（GLVE）和摩擦元件（F）并联构成的流变分析模型，描述了折痕回复的力学过程，由实验结果结合模型分析，探讨了改进非织造布折痕回复性的途径。

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