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由式(3)～(6)可見，毛細(xì)管芯吸性能參數(shù)h、Q、v等主要取決于液／氣界面張力，固／液接觸角θ，毛細(xì)管截面幾何尺寸c、A，當(dāng)纖維與液體固定時(shí)，．p、T、θ為定值，毛細(xì)管芯吸性能主要取決于毛細(xì)管截面幾何尺寸。

在Reed&Wilson垂直芯吸模型的基礎(chǔ)上，本文提出了纖維束垂直芯吸模型(modeloffiberbundle，簡稱MFB)。將一束纖維看作為若干根纖維平行排列，纖維之間相互接觸，但不發(fā)生擠壓形變。纖維與纖維之間形成若干平行排列毛細(xì)孔道，這些毛細(xì)孔道就是纖維束芯吸導(dǎo)濕的通道。類似Reed&Wilson模型，可以表征纖維束的最大芯吸高度：

芯吸高度、芯吸量、芯吸時(shí)間和芯吸速度等參數(shù)普遍用來表征纖維集合體的導(dǎo)濕性能。從這些導(dǎo)濕性能參數(shù)的表達(dá)式中可看出，在纖維材料與液體不變的情況下(即p、T、θ為定值)，纖維束的導(dǎo)濕性能參數(shù)取決于纖維束內(nèi)毛細(xì)管數(shù)量及其截面幾何尺寸。如何獲得纖維束內(nèi)毛細(xì)管的數(shù)量以及幾何尺寸成為評(píng)價(jià)纖維束導(dǎo)濕能力的關(guān)鍵。如圖2所示，在纖維束軸向上取相距為f的兩截面間的一段加以研究，利用無限分割原理，即當(dāng)l趨向于無窮小時(shí)，纖維束段即等效為截面A或截面B。在截面A或B中可以直觀地觀察每根纖維在纖維束中的排列情況以及纖維束內(nèi)毛細(xì)管生成情況。由于纖維束中纖維排列的隨機(jī)無規(guī)性，纖維束可以看成無限多無差別的截面累積，所以應(yīng)用MFB模型研究纖維束導(dǎo)濕性能的關(guān)鍵是纖維束截面圖像的獲得以及截面中毛細(xì)孔數(shù)量和幾何尺寸的精確測量。

2纖維束截面的計(jì)算機(jī)模擬

為了獲得纖維束內(nèi)毛細(xì)孔數(shù)量及其幾何尺寸，文獻(xiàn)]通過假設(shè)纖維在纖維束中規(guī)則而緊密地排列，計(jì)算出纖維束截面中毛細(xì)孔隙的數(shù)量和尺寸，但這種理想的排列和實(shí)際情況下纖維無規(guī)隨機(jī)的排列差異明顯，結(jié)果參考意義不大。文獻(xiàn)]通過拍攝纖維束截面照片，對(duì)照片進(jìn)行圖像分析來獲得纖維束截面中毛細(xì)孔隙的數(shù)量和尺寸，這種方法同樣存在缺陷。圖像拍攝過程往往會(huì)使纖維束中纖維排列過于緊密，纖維往往會(huì)受壓變形，而在圖像分析時(shí)，模糊的纖維輪廓使毛細(xì)孔隙界定十分困難。

為了便捷高效并且盡可能準(zhǔn)確地獲得纖維束截面圖像，并精確計(jì)算獲得截面中毛細(xì)孔數(shù)量和幾何尺寸，本文利用VisualC++編程軟件開發(fā)了一套纖維束截面模擬軟件，命名為SG(Shape．Generator)。通過該模擬軟件實(shí)現(xiàn)纖維在纖維束中排列分布的仿真，獲得纖維束截面的仿真圖像，并通過圖像處理精確計(jì)算出纖維束截面中毛細(xì)孔數(shù)量和幾何尺寸。模擬所得的纖維束截面圖中纖維完全隨機(jī)排列，與實(shí)際纖維束中纖維排列情況十分接近，仿真度很高。

3模擬實(shí)驗(yàn)

在MFB模型的基礎(chǔ)上，利用SG模擬軟件模擬研究在相同的紗線尺寸下，單纖維線密度的變化對(duì)紗線內(nèi)毛細(xì)孔隙的生成情況以及紗線的導(dǎo)濕性能所產(chǎn)生的影響。

3．1實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)以PTT纖維為例，模擬14種不同線密度的PTT纖維所組成紗線的芯吸性能。如表1所示，紗線截面直徑一致，室溫環(huán)境下紗線直徑D為100um，纖維密度P為1．33×103。kg／m3，液／氣表面張力T為7．2×10-3N／m，固／液接觸角為60。，液體密度P為1×103kg／m3，液體黏度n為1×10-3Pa·s，重力加速度g取9．81m／s2。

3．2結(jié)果與討論

模擬生成了14種不同規(guī)格的紗線截面，見圖3。基于截面中毛細(xì)孔數(shù)量和幾何尺寸參數(shù)，計(jì)算并分析這些紗線的芯吸性能。

3．2．1纖維束內(nèi)毛細(xì)孔生成能力

纖維束內(nèi)毛細(xì)孔數(shù)量的多少直接影響著纖維束的芯吸性能。本文模擬的14種紗線具有相同的截面尺寸，隨著單纖維線密度的減小，纖維束內(nèi)纖維數(shù)量(N)依次增加，纖維問毛細(xì)孔的數(shù)量(n隨之增加，為了排除不同線密度下纖維束內(nèi)纖維根數(shù)差異的影響，將纖維束內(nèi)的毛細(xì)孔隙數(shù)量平均到每根纖維，即單纖維毛細(xì)孔生成能力(n／N)，通過此參數(shù)可判斷單纖維尺寸對(duì)纖維束內(nèi)毛細(xì)孔生成能力的影響。

由圖4可見，隨著纖維線密度值的降低，單纖維毛細(xì)孔生成能力并不是持續(xù)增加的，在0．36dtex左右達(dá)到峰值，此后隨著纖維線密度值進(jìn)一步減小，其單纖維毛細(xì)孔生成能力反而下降，并固定在一個(gè)特定值0．43左右。依此判斷，當(dāng)纖維過細(xì)時(shí)，纖維之間的孔隙因面積過小而堵塞，以至不能形成更多有效毛細(xì)孔。

3．2．2纖維束最大芯吸高度

最大芯吸高度指毛細(xì)孔在無限時(shí)間內(nèi)芯吸爬升的最大高度。由圖5可見，隨著纖維線密度值的減小，纖維束內(nèi)毛細(xì)孔的最大芯吸高度持續(xù)增加，并在0．36dtex時(shí)達(dá)到最大值，隨著纖維進(jìn)一步變細(xì)，其最大芯吸高度反而下降。