基于纱线内纤维排列方式仿真模拟的纤维集合体导湿性能研究

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1、基于纱线内纤维排列方式仿真模拟的纤维集合体导湿性能研究摘要功能化、差别化改性是我国化纤产业发展的重点方向，近年来一类由传统合成纤维改性而来的高导湿纤维，因其排汗导湿性能优异，穿着舒适性极佳，迅速成为服用纤维市场的热点，世界各大化纤生产商纷纷推出各自的高导湿纤维产品，同时也吸引了越来越多的研究者致力于纤维集合体导湿行为的研究。但是纵观高导湿纤维产品开发现状，存在着纤维导湿机理不甚明确，现有理论模型不够完善，新产品开发缺乏理论指导，开发方向盲目，开发成本高等问题。针对高导湿纤维研究与开发过程中的问题，本文围绕以下内容进行了研究与探讨：明确了织物导湿过程包括润湿、芯吸和蒸发几个过程，提高纤维材料的润

2、湿性是提高合成纤维集合体导湿性能的前提，经X．22．8645型纺织用亲水整理剂处理后的PTT纤维纱线润湿性明显改善，纤维固／液接触角由处理前的近90。降低至50。左右，纱线的芯吸高度也随之显著提高。织物导湿过程连续影像分析表明，液体在纤维集合体内毛细孔隙中的芯吸扩散是其导湿的主要方式，纱线内部的毛细孔隙是液体在织物内芯吸扩散的主要通道，而对于相同结构的纱线，织物的织造结构对其导湿性能影响并不显著。在明确纤维集合体导湿机理的基础上，建立了纱线垂直芯吸数学模型(MFB模型)，实现了对纱线最大芯吸高度、最大芯吸量和初始芯吸速度等参数的量化表征，并利用这些参数评价纤维集合体的导湿性能。研究表明对于特定

3、的液体和纤维，纤维集合体导湿性能取决于纱线内毛细孔数量及几何性质。分析纱线横截面结构，发现纤维在纱线中无规排列且相互接触，纤维之间形成的毛细孔大小不一，形状多样。在此基础上，开发了纱线截面模拟软件(SG软件)，首次实现了纤维在纱线中无规排列方式的仿真模拟，获得的毛细孔数量及其几何性质等参数为利用MFB模型表征纤维集合体导湿性能提供可靠依据。利用SG软件对一系列PTT纤维纱线进行模拟，结合MFB模型计算各种纱线导湿性能，结果表明纱线最大芯吸高度、最大芯吸量随着单纤维纤度的减小而提高，并在单纤维纤度为0．36dtex时达到峰值。凹形截面纤维(十字形、工字形)集合体的导湿性能优于凸形截面纤维(圆形、

4、方形、三角形)，尤以十字形截面纤维纱线导湿性能最强，其最大芯吸高度比圆形截面纤维纱线提高10％，最大芯吸量和初始芯吸速度均提高40％以上，说明截面异形化是改进纤维集合体导湿性能的有效途径，十字形的截面形状是高导湿纤维开发的优选方案。同时，随着纤维异形度的提高，十字形纤维纱线的最大芯吸高度及最大芯吸量均呈线性增加，纤维异形度由30％提高至70％，最大芯吸高度提高15％，最大芯吸量提高66％，提高异形度有益于纤维集合体导湿性能的提高。十字形截面纤维与一字形截面纤维混合形成纱线的最大芯吸量比纯十字形纤维纱线提高30％，初始芯吸速度提高近10％，该混合纱线具有比纯十字形纤维纱线更加优异的导湿性能。关键

5、词：纤维集合体导湿性能模型排列方式仿真模拟王亚光(材料学)指导老师：张玉梅InvestigationonMoisturePermeabilityofFiberAssemblyBasedonSimulationofFiber-locationModeinYarnABSTRACTFunctionalmodificationofchemicalfibersisanimportantdevelopingdirectionforchemicalfiberindustry．Inpastfewyears．aseriesoffiberswithhighmoisturepermeabilitymodifiedf

6、romtraditionalchemicalfibershavebecomethefocusinthetextilemarketbecauseofitsexcellentmoisturepermeabilityandcomfortcharacter．Moreandmoreresearchersdedicatetheinvestigationonmoisturepermeabilityoffiberassembly．However,theexistingfundamentaltheoryandmathematicsmodelsarelimited，SOthedevelopmentofhighmo

7、isturepermeabilityfibersisdevoidoftheoreticsupport．Moisturetransmissioninfabricscontainsseveralprocesses，suchaswetting，wickingandevaporation．Wettingisthebasisofexcellentmoisturepermeability．Thewetting