不同截面纤维的毛细管特性研究

《不同截面纤维的毛细管特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、万方数据第18卷第3期2003年9月合成技术及应用SYNTHEnCTECHNOLOGYANDAPPUCArllONV01．18No．3Sep．2003不同截面纤维的毛细管特性研究王其1，翟涵1，薛斌2(1．纺织面料技术教育部重点实验室，上海20005l；2．中国石化仪征化纤股份有限公司，江苏仪征211900)摘要：从理论上分析了毛细效应发生的条件：建立了5种不同截面纤维形成毛细管的模型，推导出了不同截面纤维形成的毛细管的大小，分析了发生毛细效应的难易程度；统计了不同截面纤维根数与形成毛细管根数的关系

2、；总结出了不同截面纤维形成毛细管液态水毛细运输的流量；从而评价了不同截面纤维的湿传导能力，提出了优化方法。关键词：不同截面纤维；毛细管；当量半径；毛细效应；纤维根数；毛细管根数；毛细运输流量；评价中图分类号：偈104文献标识码：A文章编号：1006．334x(2003)03．0003—051引言毛细管截面形状显著影响织物的湿传导能力等舒适功能性。因此，为了改善纤维舒适功能性，异形截面纤维研究成为近年来纤维改性研究的热点，科研人员设计出了许多异型截面纤维。这些纤维功能特性到底如何，除了制作纱线和织物验

3、证外，还需要建立理论模式，对纤维进行分析评价，以指导纤维的设计和纱线、织物的开发。基于以上原因，本文从理论上分析了毛细效应发生的条件；建立了5种不同截面纤维形成毛细管的模型，推导出了不同截面纤维形成的毛细管的大小，分析了其发生毛细效应难易程度；统计了不同截面纤维根数与形成的毛细管根数的关系；总结出了不同截面纤维形成的毛细管液态水毛细运输的流量；从而评价了不同截面纤维的湿传导能力，提出了优化方法。2毛细效应发生的条件2．1附加压力由于毛细管中液气界面张力将附加到液柱上，根据拉普拉斯方程【1]：1P：盯

4、(上+上)(1)lDl』D2式中：P表示附加压力(Pa)；d表示液气界面张力(N／m)，20℃水为0．0725(N／m)；p1表示弯月形曲面一轴向的曲率半径(m)；p2表示弯月形曲面另一轴向的曲率半径(m)。对于圆管pl=p2=p，所以P：堑(2)lD由于f0=南(3)式中：r表示毛细管当量半径(m)；0表示固液接触角所以P：型(4)2．2毛细效应发生的条件和毛细效应高度作用在毛细管上的附加压力，只有大于或等于毛细管中的液态水所产生的重力时，毛细效应才能发生，液体才能上升。即[2]丝掣丌，2—7r，

5、2^dg≥o(5)——丌r。一7rr。九dg：≥U‘3)式中：矗表示毛细效应高度(m)；g表示重力加速度(m／s2)；d表示液体密度(kg／m3)。由式(5)得^≤警(6)由式(6)可见在毛细管的材料特性O和液体特性d一定时，毛细效应高度只与毛细管当量半径有关，说明毛细管当量半径是决定毛细效应的固有特性，一旦毛细管当量半径确定，毛细效应高度确定。毛细管细，当量半径小，毛细效应高度大。同样，由式(5)得，≤塑掣(7)7≤百L7’由式(7)可见，毛细管越细，毛细效应越容易发收稿日期：2003一08一12

6、作者简介：王其(1958一)，陕西米脂人，博士，现从事纺织面料开发工作。已发表论文30多篇。万方数据4合成技术及应用第18卷生。3纤维截面形状与当量半径3．1纤维截面形状和当量半径假设圆形、三角形、十字架形、H形和Y形(三叶形)截面纤维的材料和线密度相同。纤维的线密度为[3]r=孚×1000(8)式中：F表示纤维的线密度(tex)；G表示纤维质量(g)；L表示纤维长度(m)。G=．s尉1(9)式中：s表示纤维的截面面积(m2)；d，表示纤维的密度(k∥m3)。S：丌R2(10)式中：R表示纤维的当量

7、半径(m)。将式(9)和(10)代入式(8)中得R=志√丢⋯，从式(11)可见，在纤维的线密度和密度一定时，不论纤维的截面是何形状，当量半径是相同的。3．2毛细管截面形状和当量半径3．2．1圆形截面纤维之间形成的毛细管圆形截面纤维之问形成的毛细管截面为近似三角形，可用图1所示模型概括。毛细管的当量半径图1近似三角形毛细管和纤维的当量半径之问的关系如式(12)HJ7ll=O．226Rll(12)式中：r¨表示圆形截面纤维之间形成的毛细管当量半径(m)；R¨表示圆形截面纤维的当量半径(m)。实测毛细管的

8、当量半径和纤维的当量半径之间的关系如式(13)r12=0．204R12(13)式中：r。：表示圆形截面纤维之间形成的毛细管实测当量半径(m)；露。2表示圆形截面纤维的实测当量半径(m)。3．2．2三角形截面纤维之间形成的毛细管三角形截面纤维和纤维之间形成的毛细管可用图2所示模型概括。即每两个三角形纤维之间形成一个平行四边形毛细管。因图2平行四边形毛细管在图2中，假设三角形截面纤维的边长相等，即为等边三角形，两个三角形之间的水平距离为l／5三角形边长。从而，三角形截面纤