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陶瓷纤维湿法非织造流浆中的分散性能研究

程隆棣  
【摘要】: 本课题主要选用陶瓷纤维为浆粕原料,针对流浆箱里的流浆质量对湿法非织造产品所产生的影响因素进行计算和分析,提出了相应的研究结论,希望能对湿法非织造加工工艺、产品开发和设备设计起到一定的参考作用。在对湿法非织造加工理论计算和实验的基础上,对特殊的陶瓷纤维材料的加工机理、工艺参数设计和对产品质量的影响进行了分析研究。主要内容如下: 1、同相纤维在液相里的分散性研究 采用两相界面电荷力学的计算方法,对液相了的电势及固相表面电荷密度进行了计算,并对影响因素进行了分析。计算结果表明,对不同的固相纤维特性,液固两相界面上双电层有效厚度的相应扩散或压缩是影响固相纤维在液相中均匀分散的关键因素,而合理选择分散剂即能使有效厚度正确扩散或压缩。由于陶瓷纤维的高密度和液相里呈高正电性,选用一介阴离子表面活性剂,并以低浓度加入浆粕溶液中。 2、湿法成网工艺中流场的数值模拟 针对湿法加工箱体形状的非规范性和流体的流速场和压力场边界也是非规范边界的特点,本文应用混合差分的计算方法;针对边界条件复杂的特点,采用简化自由面的边界条件;采用SIMPLE算法,对计算方程进行线性化;针对计算网格模型结构非规整的特点,采用了非结构网格的分割法,以达到边界精确的分割质量;对于计算方程,则采用了Fluent Compact系统软件进行流场的流速和压力的数值计算和图形模拟。 通过数值计算和图形模拟可以看出:流场里的流速和压力在不同的区域有不同的数值。本文采用不同的入口输入速度、不同的入口开口角和不同的磅锤开口角等共12种工况,得出相应的流场流动状态,这为分析流动状态对流浆质量的影响提供了理论基础。 3、流浆场对固相纤维的剪切分散机理研究 浆粕在正式加入湿法加工前虽已经调浆和添加分散剂等预处理,但流浆内仍携有一定数量的纤维絮团和浆疵,须依靠后续工序予以进一步的分散。本文采用流浆箱流场的数值模拟结果,选用二个具有代表性的计算截面,计算和分析流场对纤维絮团的剪切作用,得出:流浆里纤维絮聚的分散质量主要取决于流场速度;但是,太高的湍流也会造成纤维重新絮聚;同时开口角大小也会对合成剪切力的数值产生较大的影响。 陶瓷纤维湿法非织造布固相分布机理的研究 4、流浆场里固相物质的悬浮、扩散和沉降性能研究 本文应用流浆箱流场的数值模拟结果,对固相物质在液相里是悬浮、扩散 与沉降性能进行了分析计算,同时对陶瓷纤维、陶瓷纤维与渣球混合体以及渣 球等三类物质的沉降速度进行了实测。研究结果表明,在所模拟的流浆箱的流 场内,纤维在液相内能很好悬浮扩散,纤维和渣球混合体得到有效的分解,而 渣球则可较快地沉降到箱底。加工速度、入口角等对固相物质悬浮扩散性能有 影响。针对陶瓷纤维浆粕的特点选用具有较高流速的流场,同时采用小入口开 口角和大磅锤角,以维护纤维的有效悬浮和渣球的有效沉降。 5、湿法非织造布及其复合材料的产品研制与性能检测 本文在实验室研制了二种多组分陶瓷纤维湿法非织造布及其复合材料。一 种由8侃陶瓷纤维、15%涤纶纤维和5%芳纶纤维组成,另一种是由85%陶瓷纤维 和15%涤纶纤维组成。产品的应用目标是刹车片等,故重点对产品的耐磨性能 进行测试。测试结果表明,当实验温度高达200oC及其以上时,按我国及日本 的国家标准,材料的耐磨性能符合使用要求。 山于时间的局限及原料经费的不足,本研究工作中对分散剂选用的优化及 在工业机上的验证实验均未能涉及,这是本文的主要不足之处。


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