纺织工艺再优化

项目名称：纤维/高速气流两相流体动力学及其应用基础研究

完成单位：东华大学

“纤维/高速气流两相流体动力学及“应用基础研究”项目解决了纤维在高速气流场中的耦合相互作用问题,这在国内外同类研究中未见报道.作为基础科学研究项目,东华大学纺织学院获得纺织之光2012年度科技奖一等奖的项目,为纺织新技术、新工艺的产生与发展奠定了基础.

纺织气流问题是纺织科学中的重要基础性课题.自上世纪80年代高速气流在喷气织机、喷气纺纱机得到商业化应用以来,在陆续产生了变形丝、网络丝、空气捻接、熔喷非织造和喷气涡流纺纱等现代纺织新技术中,高速气流技术已成为现代纺织加工的主流技术之一.

高速气流与其加工对象——纤维或纱线之间的耦合作用特性是这些技术共有的基本特征.但是,国内外的相关研究还主要局限在低速气流,纤维/高速气流两相流体动力学的基础研究还相对薄弱,难以为高速气流技术的纺织应用提供有力的支撑.

项目研究团队于1995年起,在国家自然科学基金委、教育部和上海市等科研计划项目的支持下,围绕纤维/高速气流两相流动力学开展了系统的研究工作,实现了五个方面的技术创新.

作为项目组成员之一,东华大学教授曾泳春为我们做了更加详细的介绍.首先,构建了基于柔弹性特征的纤维模型.“珠—杆”链式和基于有限单元法的纤维模型,将纤维的柔弹性物理特征纳入其中,实现了纤维在高速气流中位置、取向及变形的合理描述.二是揭示了纤维在高速气流场中的耦合作用特性与运动变形规律.在国际上首次实现了纤维在喷气纺、喷气涡流纺、气流减羽等喷嘴中运动的数值模拟,获得了纤维运动、变形特征及其与高速气流场的相互作用规律.三是实现了纺纱喷嘴内高速气流场流动特性的数值模拟与实验测试.四是对纤维,高速气流两相流体动力学理论研究成果在高速气流纺纱中进行应用.揭示了喷气纺与喷气涡流纺加捻、气流喷嘴减少纱线毛羽的机理,设计了具有自主知识产权的纺纱喷嘴,实现了工艺的系统优化与成纱质量的精确预测.五是将纤维,高速气流两相流体动力学模型拓展应用于超细纤维纺丝拉伸技术中.

基础科学研究不仅仅是实验室中的数据和论文上的文字,它的投产使用才是研发的初衷.纺织科学国家重点学科现代纺织技术研究方向学科带头人之一,本项目的第一完成人,东华大学教授郁崇文让我们看到的是这项研究的前景.

2003年,在国产喷气纺纱机研制上,项目团队与上海太平洋机电集团合作,对喷嘴流场及纤维运动的理论计算与分析,合理地设计了喷气纺的关键部件——喷嘴,利用该喷嘴生产出的喷气纱品质优良.

2007年,项目组与湖南华升集团株洲雪松麻业公司合作进行高档苎麻面料的开发,在络筒机上采用了项目组研制的减少苎麻毛羽的气流喷嘴,大幅度减少了苎麻及其混纺纱的毛羽,长毛羽可减少50%以上,不仅提高了苎麻纱的织造效率,还有效改善了苎麻织物的刺痒感,为开拓高支细薄苎麻面料以及针织产品起到了重要作用,2009年,他们再次与山东烟台华大科技有限公司合作,对熔喷无纺布设备的关键部件进行设计,采用数值模拟的方法指导实验研究,获得了熔喷高速高温气流场的速度和温度分布,并用于指导实验研究,减少了实验研究的盲目性,大大节约了实验的时间、材料等成本,在此基础上开发了中、大幅宽熔喷无纺布生产线并已推向市场.