CN102260926A - 一种制备微纳米纤维的熔喷模头装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备微纳米纤维的熔喷模头装置，包括模头喷丝板，所述的模头喷丝板上部和下部对称各分布一个气流入口；所述的气流入口各连接一个矩形槽；所述的矩形槽分别通过气流通道连接到喷丝孔，所述的喷丝孔包括圆柱形的喷丝孔后段和与喷丝孔后段相接的喷丝孔变形段；所述的喷丝孔变形段为截面逐渐变大的矩形截面柱体。本发明结构非常简单，不需要添加任何额外配件，也非常适合在常规熔喷模头上改进，原有的喷丝孔形状按本发明进行改进，其它部分完全不变，而且操作方式跟原来一样不改变，形成纤维的直径却可以比原来减小约20％左右，具有直径更细，直径分布窄等优点。

Description

一种制备微纳米纤维的熔喷模头装置

技术领域

本发明属纳米技术领域，特别是涉及一种制备微纳米纤维的熔喷模头装置。

背景技术

熔喷非织造技术始于20世纪50年代，是一种以高聚物切片为原料直接制备超细纤维及其纤维网的一步法技术。其原理是，高聚物原料切片先被逐渐加热熔融，挤压、过滤和计量，从毛细孔被挤出后，被高速热空气流牵伸下成为超细纤维，逐渐凝聚到接受装置上靠自身粘合而形成纤维网。熔喷工艺制备出纤维直径一般为1～5μm，目前最新技术已经达到微米以下。熔喷纤维这种微纳米尺度赋予熔喷纤网产品许多优良性能，如过滤性、屏蔽性、覆盖性、绝热性等。熔喷法非织造材料产品广泛应用于过滤材料、保暖材料、医疗卫生材料、吸油材料、擦拭布、电池隔板以及隔音材料等领域。

在研究如何将纤维直径尺度进一步减小，是熔喷工艺中研究的热点问题之一。熔喷模头是生产纤维的核心部件，许多研究和改进围绕模头展开。如美国模头专利USP3825380，该专利主要采用尖模头纺出更细熔喷纤维。其细化纤维机理是，通过采用尖头模头组合件，使得双槽空气流场在喷丝孔出口附近没有“死区”或“反向回流区”(该区在钝模头组合件中存在，对熔体的细化不利)，提高了气流对熔体的拉伸作用，达到更加细化纤维的目的。该专利的缺点是不能改善熔体因挤出胀大而导致的最终纤维直径变粗现象。

细化熔喷纤维的方法还有：采用高MFI(熔融指数)原料、小直径和大长径比喷丝孔。这些方法能够一定程度减小纤维直径，但都有局限，因为原料的MFI不能无限增大，小直径和大长径比喷丝孔加工难度很高。

在细化熔喷纤维过程中会出现挤出胀大现象，挤出胀大现象也叫巴拉斯效应(Baruseffect)，是当具有粘弹性的高聚物熔体从小孔、毛细管或狭缝中挤出时挤出物在挤出模口后膨胀使其横截面大于模口横截面的现象。定量上用胀大比B来表示。这是由于聚合物熔体在模具内因流动而取向，在流出模口时分子重新蜷曲。挤出物胀大随切变速度增大而增大，在到达最大值后再下降。分子量增大和其他能增加缠结的因素(如长支链的增加)都将使挤出物胀大增大。在熔喷工艺中，挤出胀大效应是高聚物熔体常见现象，一般不能消除。在传统圆形喷丝孔的条件下，挤出胀大效应不利于熔喷工艺中形成更为细化的纤维。现有熔喷模头不能较好地减小或转化挤出胀大现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制备微纳米纤维的熔喷模头装置，利用高聚物挤出胀大现象，进一步细化熔喷纤维直径。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种制备微纳米纤维的熔喷模头装置，包括模头喷丝板，所述的模头喷丝板上部和下部对称各分布一个气流入口；所述的气流入口各连接一个矩形槽；所述的矩形槽分别通过气流通道连接到喷丝孔，所述的喷丝孔包括圆柱形的喷丝孔后段和与喷丝孔后段相接的喷丝孔变形段；所述的喷丝孔变形段为截面逐渐变大的矩形截面柱体。

所述的喷丝孔后段的直径为0.05～0.5mm，长径比为10～30。

所述的喷丝孔变形段的长度为0.5～1mm。

有益效果

本发明涉及一种制备微纳米纤维的熔喷模头装置，通过采用截面逐渐变大的矩形截面喷丝孔结构，具有如下优势：首先，矩形截面柱体较圆形截面柱体有较大的周长，形成较大表面积，使得矩形截面熔体细流与空气接触充分，从而产生较大的拉伸力，容易形成更细直径的纤维；其次，矩形截面的长边平行于双矩形槽，容易被高速拉伸气流压缩而形成横截面更加扁平，形成柱体有更大的表面积，从而形成更细的纤维。此外本发明结构非常简单，不需要添加任何额外配件，也非常适合在常规熔喷模头上改进，原有的喷丝孔形状按本发明进行改进，其它部分完全不变，而且操作方式跟原来相同不需改变，形成纤维的直径却可以比原来减小大约14～22％，具有直径更细，直径分布窄等优点。

附图说明

图1为本发明熔喷模头装置组合的结构示意图。

图2为喷丝孔出口左视图。

图3为喷丝孔出口主视图。

图4为喷丝孔出口俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图1至4所示，本发明为一种制备微纳米纤维的熔喷模头装置，包括模头喷丝板7，所述的模头喷丝板7上部和下部对称各分布一个气流入口1；所述的气流入口1各连接一个矩形槽6；所述的矩形槽6分别通过气流通道2连接到喷丝孔3，所述的喷丝孔3包括圆柱形的喷丝孔后段4和与喷丝孔后段4相接的喷丝孔变形段5；所述的喷丝孔变形段5为截面逐渐变大的矩形截面柱体；所述的喷丝孔后段4的直径为0.05～0.5mm，长径比为10～30；所述的喷丝孔变形段5的长度为0.5～1mm。

本发明装置的工作过程如下：

高聚物熔体在螺杆挤出压力作用下，由纺丝箱进入模头喷丝板7的喷丝孔3时，由于流道截面变小，熔体受到的挤压力转化成弹性能存储在流动熔体中，随着熔体在圆柱形喷丝孔后段4部分中继续向前流动，由于截面面积尺寸不变，弹性能不能释放；当熔体流到喷丝孔变形段5的矩形截面部分时，由于截面面积增大，储存在熔体中的弹性能随着截面积的逐渐增大而逐渐释放；当熔体快流出矩形截面时，弹性能基本上释放完毕，不再胀大，而形成稳定的矩形截面的柱体流出喷丝孔的末端。

原料是聚丙烯，熔融温度大约为170℃，熔融指数为1800；熔喷非织造设备及工艺参数为：喷丝孔直径0.06mm，熔喷熔体温度为350℃，空气压力为0.3MPa，经过熔喷工艺制备纤维平均直径为430nm，喷丝孔为无变化的圆柱形时纤维直径约为500nm，直径比原来减少了近14.0％。

实施例2

发明装置与发明装置的工作过程与实施例1相同。

原料是低熔点多元共聚酰胺，熔融温度大约为120℃，熔融指数为35；熔喷非织造设备及工艺参数为：喷丝孔直径0.22mm，熔喷熔体温度为200℃，空气压力为0.2MPa，经过熔喷工艺制备纤维平均直径为2.70μm，喷丝孔为无变化的圆柱形时纺丝直径为3.46μm，直径比原来减少了近22.0％。

实施例3

发明装置与发明装置的工作过程与实施例1相同。

原料是聚丙烯，熔融温度大约为170℃，熔融指数为1200；熔喷非织造设备及工艺参数为：喷丝孔直径0.4mm，熔喷熔体温度为260℃，空气压力为0.15MPa，经过熔喷工艺制备纤维平均直径为4.61μm，喷丝孔为无变化的圆柱形时纺丝直径为5.90μm，直径比原来减少了近21.9％。

实施例4

发明装置与发明装置的工作过程与实施例1相同。

原料是聚丙烯，熔融温度大约为170℃，熔融指数为36；熔喷非织造设备及工艺参数为：喷丝孔直径0.4mm，熔喷熔体温度为250℃，空气压力为0.08MPa，经过熔喷工艺制备纤维平均直径为9.05μm，喷丝孔为无变化的圆柱形时纺丝直径为11.6μm，直径比原来减少了近22.0％。

实施例5

发明装置与发明装置的工作过程与实施例1相同。

原料是聚丙烯，熔融温度大约为170℃，熔融指数为75；熔喷非织造设备及工艺参数为：喷丝孔直径0.4mm，熔喷熔体温度为350℃，空气压力为0.02MPa，经过熔喷工艺制备纤维平均直径为50.5μm，喷丝孔为无变化的圆柱形时纺丝直径为62.3μm，直径比原来减少了近18.9％。

Claims (3)

1.一种制备微纳米纤维的熔喷模头装置，包括模头喷丝板(7)，所述的模头喷丝板(7)上部和下部对称各分布一个气流入口(1)；所述的气流入口(1)各连接一个矩形槽(6)；所述的矩形槽(6)分别通过气流通道(2)连接到喷丝孔(3)，其特征在于，所述的喷丝孔(3)包括圆柱形的喷丝孔后段(4)和与喷丝孔后段(4)相接的喷丝孔变形段(5)；所述的喷丝孔变形段(5)为截面逐渐变大的矩形截面柱体。

2.根据权利要求1所述的一种制备微纳米纤维的熔喷模头装置，其特征在于，所述的喷丝孔后段(4)的直径为0.05～0.5mm，长径比为10～30。

3.根据权利要求1所述的一种制备微纳米纤维的熔喷模头装置，其特征在于，所述的喷丝孔变形段(5)的长度为0.5～1mm。

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