闪蒸纺丝是指高聚物溶液在其溶剂沸点以上高压挤出，溶剂闪蒸导致聚合物析出固化，并急速牵伸形成纤维的纺丝方法。要求使用的高聚物和溶剂在溶剂沸点以上不分解，溶剂可快速蒸发。经喷丝板挤出的溶液细流，在压力突然降低时引起溶剂闪蒸，从而使高聚物溶质析出固化并牵伸形成纤维，形成的纤维束经机械分丝和静电分丝装置分散，经接收帘转移至压辊热轧成形，制得闪蒸法非织造材料。闪蒸法非织造技术作为一种先进的非织造材料加工技术，包含多种核心技术原理。

        （1）干法纺丝工艺原理

        闪蒸纺丝属于溶液纺丝中的干法纺丝。纺丝液由计量泵输送至喷丝头，经喷丝孔挤出的纺丝细流进入纺丝甬道，溶剂迅速挥发，聚合物浓度迅速增大，丝条固化，同时以一定的速度牵伸、卷取，使丝条细化形成纤维。

干法纺丝工艺原理图

        （2）相分离原理

        闪蒸纺丝最突出的现象就是相分离。闪蒸纺丝用溶剂在高热或较高压力的条件下能够溶解聚合物，但是在等于或低于其正常沸点的条件下，溶剂对聚合物无溶解力或溶解能力很低。将适合于闪蒸纺丝的聚合物在高温高压室中溶于合适的溶剂中，形成均一的纺丝液。然后将溶液挤入一种低温和通常是低压的介质中。由于纺丝液压力的减小, 使得在高温高压室形成的单相溶液变为两相分散溶液，即为溶剂富集相和溶质富集相的分散相。此两分散相在压力的推动下经过喷丝板喷出，此时由于压力的突然释放，使得溶剂急速挥发，即所谓的闪蒸，使得喷出的聚合物以丝束的形式出现。总的来说，闪蒸纺丝的特点就是聚合物在高压下溶解，而在低压下产生相分离。

相分离原理图

        （3）超音速流原理

        闪蒸纺丝原液经减压后，溶剂由液态转化为蒸汽态，在喷丝口处迅速膨胀。聚合物及溶剂因膨胀而加速，形成超音速流，流体中聚合物以珠状液滴形式存在。此变化过程中，溶剂产生相转变，溶剂与聚合物产生相分离。在相热转换的同时，流体依靠速度梯度产生高速拉伸，将溶质细化成纤维。整个过程瞬间完成，聚合物快速结晶。

形成超音速流的结构原理图

        （4）静电分丝原理

        通过电晕放电法对超细纤维丛施加静电场，使超细纤维丛带上同种静电荷，在拉伸的过程中相互排斥散开，通过摇摆装置，将开纤后的网状超细纤维丛进行堆积铺网，所得纤维网经不同方式粘合加固，得到风格不一的闪蒸纺超细纤维非织造布。

注：1-标靶辊；2-放电针；3-放电针板；4-抗高压绝缘材料壳体；5、6-丝束

静电分丝原理图

        知识点：共8个

        1.闪蒸法非织造设备的基本构造和工作原理；

        2.闪蒸法纺丝对高聚物和溶剂的具体要求；

        3.喷丝系统的基本构造和工作原理；

        4.相分离的工作原理；

        5.闪蒸纺丝牵伸工作原理；

        6.机械分丝和高压静电分丝工作原理；

        7.闪蒸法非织造材料加工工艺设计；

        8.闪蒸法非织造材料性能测试。

核心要素仿真设计

        本实验项目采用3D虚拟仿真技术对闪蒸法非织造材料整个生产线进行仿真建模，并对关键装置的生产过程进行动画演示，更好的帮助学生对设备工作原理及整个生产流程的掌握。项目中采用任务驱动教学法，让学生设计生产符合一定性能要求的闪蒸法非织造材料，并通过性能测试来验证自己设计生产的材料是否满足要求。整个虚拟生产中，学生可以在关键工艺参数设计时进行多次探究，找出各个工艺参数对材料性能的影响规律。在高温高压釜工艺参数调整时，如果学生设置的压力和温度超过了限定范围，导致实验失败引发爆炸。爆炸动画很好的展示了不规范操作引发的危险场景及人身伤害情况，起到很好的警示作用。实际生产时喷丝板附近的纺丝过程、分丝盘机械分丝和高压静电分丝肉眼无法观察清楚，虚拟仿真实验中特意设置了慢放动画，避免了实际实验中由于速度太快学生无法理解工作原理的情况，增加了学生对知识的感官认识，提高了学习效果。虚拟仿真实验的性能测试部分，通过建立数学模型展示了材料受力断裂整个过程的直观图形变化，以及纤维直径在线测量的真实感受，让学生在真实体验的过程中，更好的学习知识。

危险操作爆炸警示动画

静电分丝原理展示动画