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国内外功能微粒材料与熔喷非织造布复合的方法主要有高聚物熔融混纺、后整理涂层、原位粒子涂层(在纤维网形成的时候将微粒加入到纤网中),但是这些方法存在缺陷和不足。本课题意在开发一种新型的功能微粒材料与熔喷非织造布复合方法,在熔体刚离开喷头尚未冷却固化前,将功能微粒材料引入熔喷气流中,熔喷气流携带功能微粒材料牵伸熔喷纤维,高速喷射的热气流将功能微粒材料施加在尚未固化的纤维表面,从而达到制备功能微粒复合熔喷非织造布材料的目的。该方法的关键在于将熔喷技术与流场相结合,采用了一种新的生产工艺开发新型的高效过滤材料——功能微粒复合熔喷非织造布,可以用在一些特殊的过滤场合,如要求被过滤物质不能受到细菌污染,过滤介质具有良好的抗菌性等。
本文首先探讨了将功能微粒材料引入熔喷气流的方法,负压吸入方法以及正压喂入方法,讨论了影响物料入口处形成负压的因素主要有文丘里管缩径倍数、热空气温度、空压机频率、熔喷模头空气流道的阻力,并且对模头各部位模型化计算其空气阻力。通过反复实践摸索,我们确定了一条生产功能微粒材料复合熔喷非织造布的工艺路线,制备出了不同活性炭含量的聚丙烯熔喷非织造布,并对它们的各项性能指标进行了测试。
通过对所制得的活性炭复合熔喷非织造布的各项性能指标进行测试,研究发现活性炭颗粒嵌入了熔喷纤维内部,提高了活性炭与熔喷布的结合牢度,延长了产品的使用寿命。加入活性炭之后,熔喷非织造布的过滤性能有明显改善,并且没有增加熔喷布的过滤阻力。
最后本文利用流体力学CFD软件对本试验室熔喷模头流场进行了模拟,用CFD模拟流场能够给出距离模头很近而难以用仪器测量的区域流场信息。通过模拟输出的速度场分布可以看出气流在模头出口处容易散射,气流速度衰减很快,因此减弱了气流对活性炭的作用力,造成活性炭的损失,同时,降低了活性炭获得的动能,影响了嵌入纤维内部的活性炭颗粒的数量,最终影响产品的使用寿命。