二次分形螺线纺丝头设计及其对场强的影响

来源：现代纺织技术杂志2023年第3期北京时间：

作者：刘延波, 周聪, 郝铭, 胡晓东, 杨波

单位：1.武汉纺织大学，a.纺织科学与工程学院；b.省部共建纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室，武汉430200；2.天津工业大学纺织科学与工程学院，天津300387

摘要：为了制备一种所需电压小，能耗低，且生产纤维直径分布窄，品质优良的二次分形螺线静电纺丝头。首先从圆柱螺旋线入手，通过空间坐标变换，获得二次分形螺线的参数方程，实现了二次分形螺线数学模型的建立；再使用二次分形螺线参数方程建立分形螺线纺丝头的纺丝单元机械模型，多个纺丝单元组合构成阵列式纺丝头；最后在保持其他变量不变的情况下依次改变：一次半径、一次螺距、二次半径、二次扰动圈数、金属丝半径，利用有限元分析软件对二次分形结构螺旋形纺丝头场强分析，结合实际情况确定了分形结构的最佳参数为：一次半径为80 mm、一次螺距为60 mm、二次半径为10 mm、二次扰动圈数为40、金属丝半径为0.2 mm。该条件下的平均电场强度为31.8 kV/cm、场强不匀率为7.53%，表明该结构纺丝头能有效地降低纺丝时所需的电压，且场强的均匀性会使得纺出的纳米纤维分布均匀。

关键词：静电纺丝,二次分形螺旋结构,有限元分析,电场强度

基金资助：国家自然科学基金项目(51973168)；“武汉英才”湖北省武汉市高层次人才项目(武财行［2022］734)