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| 編輯推薦： |
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本专著具有先进性和原创性，来源于编者国家自然科学基金面上项目（高速离心力场作用下射流与纳米纤维运动及纳米成纱机理研究. 项目编号：51775389），研究内容具有新颖性。
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| 內容簡介： |
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本专著针对传统静电纺丝高压电场下制备纳米纤维的生产效率低、制备材料单一和聚合物溶液污染等难题，提出高速离心力场作用下利用聚合物溶液射流的表面张力、黏弹力制备纳米纤维方法，阐述研究射流、纤维、纺丝机构有关动力学问题和纳米有序收集机理，为克服传统纳米纤维制备方法的缺陷、提升纳米纤维质量和产量及高速离心力场作用下制备纳米纤维动力学优化设计奠定基础。本专著在学术上提出了一种新的纤维制备方法和纺丝机构优化，可以为该方向研究人员提供理论参考。
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| 關於作者： |
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张智明，男，武汉纺织大学机械工程与自动化学院教授。主要教学成果：1.协同创新下纺织机械卓越人才培养的优质资源共享研究. 中国纺织工业联合会纺织教育教学成果奖. 二等奖. 证书编号: 2017-GJ-091. 2.湖北省“创青春”大学生创业大赛创业计划赛铜奖. 武汉星晨印花设备有限责任公司. 指导老师.主要科研成果：1、国家自然科学基金面上项目. 高速离心力场作用下射流与纳米纤维运动及纳米成纱机理研究. 项目编号：51775389，研究时间：2018.1-2021.12. 主持2、湖北省自然科学基金面上项目. 基于电磁耦合的新型高速纺纱锭子机理研究. 项目编号：2012FFB04601. 主持3、“十一五”国家科技支撑计划项目子课题. 新型纺纱和纱线准备装备的智能闭环张力控制技术. 项目编号：2009BAF39B01. 主持4. 湖北省高等学校省级教学研究项目. 面向新工科的纺织机械卓越人才核心能力和教学模式的研究. 项目编号：2018350. 主持5. 湖北省高等学校省级教学研究项目. 协同创新下纺织机械卓越人才培养的优质资源共享研究. 项目编号：2014311. 主持主要著作：《精通Pro/ENGINEER中文野火版（零件设计篇）》，中国青年出版社，2014。
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| 目錄：
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第1章 绪论1
1.1 引言1
1.2 纳米纤维材料的基本概念1
1.2.1 纳米科技1
1.2.2 纳米材料3
1.2.3 纳米纤维5
1.3 传统纳米纤维制备方法简介6
1.3.1 静电纺丝法6
1.3.2 熔融纺丝法9
1.3.3 其他纺丝法11
1.4 高速离心纺丝国内外研究进展15
1.4.1 高速离心纺丝法的提出与发展15
1.4.2 离心纺丝装置类别18
1.4.3 高速离心纺丝纳米纤维23
1.5 纺丝喷嘴结构的国内外研究现状25
1.5.1 静电纺丝喷嘴研究进展25
1.5.2 熔喷纺丝喷嘴研究进展26
1.5.3 离心纺丝喷嘴研究进展27
1.6 本书的研究内容和方法29
1.6.1 研究目标与研究内容29
1.6.2 研究方法与技术路线30
第2章 高速离心纺丝原理32
2.1 高速离心纺丝制备机理32
2.1.1 高速离心纺丝基本装置32
2.1.2 高速离心纺丝基本过程37
2.2 工艺参数对纳米纤维形态的影响43
2.2.1 纺丝溶液参数对纤维形态的影响44
2.2.2 喷嘴参数对纤维形态的影响48
2.2.3 电动机转速52
2.2.4 收集距离54
2.2.5 环境参数54
2.3 本章小结56
第3章 纺丝溶液在喷嘴内流动数学模型57
3.1 喷嘴内纺丝溶液的运动57
3.1.1 纺丝溶液静止阶段57
3.1.2 纺丝溶液层流阶段58
3.1.3 纺丝溶液湍流阶段58
3.2 纺丝溶液锥体形成机理59
3.2.1 纺丝溶液表面张力对溶液锥体的影响60
3.2.2 纺丝溶液黏滞力对溶液锥体的影响61
3.3 喷嘴内纺丝溶液运动的数学模型62
3.3.1 纺丝溶液连续性方程62
3.3.2 纺丝溶液运动方程62
3.3.3 纺丝溶液流变方程63
3.4 喷嘴内纺丝溶液流动的理论模型63
3.5 喷嘴内纺丝溶液的运动规律与受力分析65
3.5.1 相对静止阶段纺丝溶液的运动规律65
3.5.2 相对流动阶段纺丝溶液的运动规律67
3.5.3 纺丝溶液层流转变为湍流的临界流速69
3.6 喷嘴处纺丝溶液锥体受力分析69
3.7 本章小结73
第4章 高速离心纺丝喷嘴优化设计74
4.1 离心纺丝喷嘴结构74
4.1.1 阶梯形喷嘴74
4.1.2 锥直形喷嘴76
4.1.3 锥形喷嘴77
4.1.4 弯管形喷嘴78
4.2 高速离心纺丝喷嘴内流场优化数学模型79
4.2.1 离心纺丝喷嘴内溶液的连续性方程79
4.2.2 离心纺丝喷嘴内溶液的运动方程80
4.2.3 高速离心纺丝喷嘴内流场优化理论81
4.2.4 离心纺丝喷嘴流场计算区域的离散和边界条件82
4.2.5 离心纺丝喷嘴内流场有限元求解83
4.3 离心纺丝喷嘴流场求解流程87
4.4 高速离心纺丝喷嘴内流场仿真优化88
4.4.1 阶梯形喷嘴内溶液运动仿真及正交试验88
4.4.2 锥直形喷嘴内溶液运动仿真及正交试验91
4.4.3 锥形喷嘴内溶液运动仿真及正交试验94
4.4.4 弯管形喷嘴内溶液运动仿真及正交试验97
4.5 不同离心纺丝喷嘴内溶液运动仿真比较100
4.6 本章小结102
第5章 高速离心纺丝纤维射流空间运动的理论模型104
5.1 高速离心纺丝溶液射流理论模型基础104
5.1.1 高速离心纺丝溶液射流的连续性方程104
5.1.2 高速离心纺丝纤维射流的动量方程105
5.1.3 纺丝溶液的流变本构方程106
5.2 高速离心纺丝纤维射流空间运动的理论模型106
5.3 纺丝溶液射流的运动规律与受力分析109
5.3.1 纺丝溶液射流的相对运动方程110
5.3.2 曲线坐标系下的纺丝溶液射流运动方程111
5.4 本章小结116
第6章 高速离心纺丝溶液运动仿真117
6.1 聚氧化乙烯溶液参数测定117
6.1.1 聚氧化乙烯溶液的流变曲线与流变参数117
6.1.2 聚氧化乙烯溶液黏度随剪切速率的变化规律119
6.2 喷嘴溶液运动仿真120
6.2.1 喷嘴溶液流动模型的建立120
6.2.2 喷嘴溶液流动模型网格划分121
6.3 溶液运动仿真与结果分析121
6.3.1 纺丝溶液流速分布规律121
6.3.2 电动机转速对溶液流动的影响124
6.3.3 溶液浓度对溶液流动的影响126
6.3.4 喷嘴长度对溶液流动的影响127
6.4 高速离心纺丝纤维射流空间运动仿真128
6.4.1 喷嘴射流运动模型的建立129
6.4.2 空间射流运动模型网格划分129
6.5 纤维空间射流仿真与结果分析131
6.5.1 纤维射流运动过程与射流轨迹仿真131
6.5.2 纺丝转速与射流轨迹之间的关系132
6.5.3 纤维空间运动的射流速度133
6.5.4 射流溶液浓度的影响134
6.5.5 喷嘴周围的气流速度变化135
6.6 本章小结137
第7章 高速离心纺丝实验与结果分析139
7.1 高速离心纺丝射流实验装置与PEO纺丝溶液制备139
7.2 高速离心纺丝工艺参数对临界转速的影响140
7.3 高速离心纺丝工艺参数对纤维形态的影响141
7.3.1 纺丝溶液参数的影响141
7.3.2 喷嘴长度与直径的影响145
7.3.3 不同离心纺丝喷嘴制备的纤维形态对比分析146
7.3.4 不同离心纺丝喷嘴制备的纤维直径对比分析147
7.4 不同离心纺丝喷嘴制备的纤维生产效率对比分析150
7.5 高速离心纺丝工艺参数对射流的影响151
7.6 收集距离对射流运动的影响153
7.7 其他因素的影响154
7.8 本章小结155
第8章 总结与展望156
8.1 全书研究总结156
8.2 后续研究展望158
参考文献160
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| 內容試閱：
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进入21世纪以来，纳米科技浪潮已经席卷全球，纳米科技领域的新发现与新成果层出不穷。纳米纤维因其较大的比表面积、高长径比和高孔隙率，被广泛认为是一种极具应用潜力的一维线性材料。传统纳米纤维制备方法主要包括：静电纺丝、熔融纺丝、相分离法、自组装法等，这些纳米纤维制备方法存在一些不可避免的缺陷，因此有必要探索新型纳米纤维制备方法以满足现代工业的生产需求。高速离心纺丝法是一种以离心力为驱动力的新型纳米纤维制备方法。相对于传统纳米纤维制备方法，高速离心纺丝法生产效率高、生产成本低、纺丝材料选择范围广，因此在工业上具有广泛的应用前景和巨大的商业价值。然而，目前对于高速离心纺丝的研究仍处于试验阶段，特别是对于高速离心力场作用下制备纳米纤维过程中射流、纤维、纺丝机构的多场动力学问题及其优化设计，并未开展深入系统的研究，尚未形成非常成熟的离心纺丝理论和基础技术体系。本书在参考国内外的研究现状基础上，系统地提出高速离心纺丝过程中喷嘴内纺丝溶液运动规律、喷嘴结构优化设计、空间纺丝射流运动过程等有关方面的基础理论和设计方法，并对高速离心纺丝过程进行数值模拟和实验设计。本书共分8章：第1章概括介绍了纳米纤维的发展历史及工业应用，传统纳米纤维制备方法和高速离心纺丝法的国内外研究现状和已有成果。第2章介绍了高速离心纺丝原理，包括高速离心纺丝制备纳米纤维的机理和影响纳米纤维形态的工艺参数。第3章介绍了纺丝溶液在离心纺丝喷嘴内运动模型的建立，涉及离心纺丝过程中喷嘴内溶液运动过程、溶液锥体形成机理、纺丝溶液运动数学模型、纺丝溶液的受力分析。第4章介绍了高速离心纺丝喷嘴结构的优化设计。从提出几种可用于离心纺丝喷嘴结构开始，推导二维喷嘴流场优化数学模型，通过正交试验设计对离心纺丝喷嘴结构参数进行优化。第5章介绍了高速离心纺丝射流空间运动理论模型，包括纺丝射流运动数学模型、射流运动规律以及射流受力分析。第6章介绍了高速离心纺丝溶液运动仿真，包括纺丝溶液参数测定、喷嘴内溶液运动仿真和空间溶液射流运动仿真。第7章介绍了高速离心纺丝实验分析，包括高速离心纺丝实验装置介绍和纺丝溶液制备、工艺参数对喷嘴临界转速和纤维形态的影响、不同离心纺丝喷嘴结构的纳米纤维生成效率对比分析、工艺参数和收集距离对纺丝射流的影响等。第8章对本书研究内容进行总结并对后续研究进行展望。本书由张智明主笔，陈博雅、赖梓龙、段耀帅、王家伟、孙俊、卢宾宾、刘康、李文慧等参与了本书的编写。本书的读者对象主要为从事离心纺丝研究工作的大学教师、科研人员、研究生和工程技术人员。本书涉及的研究工作得到国家自然科学基金资助(项目批准号：51775389)，在此表示衷心的感谢！由于高速离心纺丝的研究发展方兴未艾，加上作者水平有限，书中不妥之处敬请广大读者批评指正。
随着纳米纤维的工业需求日益增加以及对其加工质量的要求越来越高，特别是目前全世界对创新驱动和绿色发展的重视，能够提高生产效率并能制备有序纳米纤维和纳米成纱的绿色环保型纳米纤维制备方法引起研究工作者的极大关注。此时，以高速旋转喷嘴产生的离心力为驱动力的高速离心纺丝技术被研究人员所关注并被不断完善发展。研究表明，由高速离心纺丝法制备出的纳米纤维与传统纳米纤维相比毫不逊色，而且高速离心纺丝法还具有大规模制备纳米纤维的潜力。随着高速离心纺丝法在纳米纤维制备方法中所占比重越来越高，对于高速离心纺丝技术的研究与开发成为研究热点。
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