CN105369365A - 一种纤维制备用熔喷喷嘴结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维制备用熔喷喷嘴结构，通过在喷丝孔的附近设置气流辅道，气流进入喷嘴部件后分成两部分，一部分气流仍然进入气流通道，另一部分气流则进入气流辅道。由于气流辅道的出气端与喷丝孔相平行，且气流辅道出口与喷丝孔出口平齐。因此，聚合物熔体一从喷丝孔挤出就会受到从气流辅道喷出的气流的夹持作用，胀大的熔体与喷嘴之间的气体回流区比不带气流辅道的熔喷喷嘴显著减小，该区域内气流的方向与聚合物熔体拉伸方向基本一致，而且气流速度也相当高，从而有利于聚合物拉伸，在不增加能耗的前提下减小熔喷非织造布的纤维直径，所制备纤维的直径比不带气流辅道的熔喷喷嘴所制备纤维的直径减少56％以上，达到纳米级尺度。

Description

一种纤维制备用熔喷喷嘴结构

技术领域

本发明属于熔喷非织造设备技术领域，具体涉及一种纤维制备用熔喷喷嘴结构。

背景技术

非织造布是指不经通常的纺纱织布工序，由纤维直接制成的片状制品，俗称无纺布。非织造的优点是工艺流程短、生产速度高、产品用途广。熔喷法是一种主要用于制备超细纤维非织造布的方法。它利用高速高温气流将聚合物熔体拉伸成超细纤维。超细纤维的直径在1μm至5μm之间。熔喷非织造布由于纤维超细、孔隙多、孔径小，具有树根状通道体系，过滤效率达99.9％以上，广泛用于医药、冶金、电子、化工、食品、机械、核工业、汽车等领域，还可用作环境净化和生物洁净的高级过滤材料。

熔喷非织造技术的重要发展趋势是在基本不增加能耗的前提下制备出更细的纤维，甚至是纳米纤维。如果纤维能细至纳米级，那么其制品的过滤性能和吸附性能将大大提高，在生物、医药、国防、电子等领域的应用前景将更加广泛。

纤维的进一步变细主要通过改进原料、工艺和设备来实现。在原料方面，主要是通过提高聚合物的熔融流动速率(MeltFlowRate，简称MFR)来实现。但熔融流动速率越高，原料的价格越贵，则生产成本越高。在工艺方面，主要是通过降低聚合物流量和提高气体初始速度来实现。但聚合物流量过低，非织造布的产量也过低。而气体初始速度过高，则能耗会急剧增加，生产成本相应提高。

聚合物熔体本身具有的弹性导致其从喷丝孔挤出后体积会迅速膨胀，即出现挤出胀大现象。在成型时，气流从气流通道喷出后，对从喷丝孔挤出的聚合物熔体进行拉伸，但喷丝孔附近的熔体挤出胀大会使气流在胀大的熔体与喷嘴之间形成回流，即气流方向与聚合物熔体拉伸方向相反，从而不利于聚合物拉伸。为解决现有技术中存在的问题，通常是对设备方面做出改进，由于熔喷喷嘴是制备纤维的核心部件，因此许多改进都是围绕喷嘴展开的。例如，美国专利USP3825380采用尖头喷嘴制备更细的熔喷纤维，尖头喷嘴大大减小了气体流场在喷丝孔出口附近的“回流区”(该区域明显存在于钝头喷嘴气体流场中，不利于聚合物熔体拉伸变细)，增大了气流对聚合物熔体的拉伸作用，从而制得了更细的纤维。其缺点是尖头喷嘴的加工精度要求很高，喷丝孔的加工难度大，且不能改善聚合物熔体因挤出胀大而导致的最终纤维变粗问题。减小喷丝孔直径和增加喷丝孔长径比也可以减小纤维直径，但均会导致喷丝孔的加工难度增加，过小的喷丝孔直径也使熔喷技术的原料适应性变差。

鉴于以上问题，有必要提出一种新型的喷嘴结构，能够显著减小喷丝孔附近因熔体挤出胀大造成的气体回流区，使喷丝孔附近的气体流场更有利于聚合物拉伸，从而在不增加能耗的前提下减小熔喷非织造布的纤维直径，实现在不改变喷丝孔径的基础上，得到更细的纤维，设备其他部件不必做任何改变，因而有利于节约成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种纤维制备用熔喷喷嘴结构，通过设置气流辅道，能够显著减小喷丝孔附近因熔体挤出胀大造成的气体回流区，使喷丝孔附近的气体流场更有利于聚合物拉伸，从而在不增加能耗的前提下减小熔喷非织造布的纤维直径，实现在不改变喷丝孔径的基础上，得到更细的纤维，设备其他部件不必做任何改变，因而有利于节约成本。

根据本发明的目的提出的一种纤维制备用熔喷喷嘴结构，所述熔喷喷嘴结构包括喷丝孔，对称设置于所述喷丝孔两侧的供高温气体通过的气流通道，所述气流通道为倾斜设置，所述气流通道的出口向所述喷丝孔的出口一侧聚拢；其特征在于，所述熔喷喷嘴结构上还设置有防止气体回流的气流辅道，所述气流辅道设置于所述气流通道与喷丝孔之间，并靠近所述喷丝孔设置，所述气流辅道的出气端与喷丝孔相平行。

优选的，所述气流辅道的入口处与所述气流通道连通。

优选的，所述气流辅道对称设置于喷丝孔的两侧。

优选的，所述气流辅道分为两段，分别为与气流通道连通的连接段，以及平行于喷丝孔设置的直线段，所述气流辅道的出口处与喷丝孔出口处相平齐。

优选的，所述连接段为下凹的弧形结构，所述连接段与直线段间为曲面过渡。

优选的，所述熔喷喷嘴结构还包括设置于气流通道与喷丝孔间的喷嘴中间块与辅道块，所述辅道块的上部与喷嘴中间块配合形成所述连接段，所述辅道块的下部与喷丝孔的外壁配合形成所述直线段，所述辅道块的上部与下部间为曲面过渡。

优选的，所述气流辅道出口处宽度为0.1mm-0.2mm。

优选的，所述气流辅道直线段高为40mm-50mm。

优选的，所述气流辅道连接段弧形结构的半径为35mm-45mm。

与现有技术相比，本发明公开的纤维制备用熔喷喷嘴结构的优点是：

通过在喷丝孔的附近设置气流辅道，气流进入喷嘴部件后分成两部分，一部分气流仍然进入气流通道，另一部分气流则进入气流辅道。由于气流辅道的出气端与喷丝孔相平行，且气流辅道出口与喷丝孔出口平齐。因此，聚合物熔体一从喷丝孔挤出就会受到从气流辅道喷出的气流的夹持作用，聚合物熔体虽然仍出现挤出胀大现象，但胀大的熔体与喷嘴之间的气体回流区比不带气流辅道的熔喷喷嘴显著减小，该区域内气流的方向与聚合物熔体拉伸方向基本一致，而且气流速度也相当高，从而有利于聚合物拉伸，从而在不增加能耗的前提下减小熔喷非织造布的纤维直径，所制备纤维的直径比不带气流辅道的熔喷喷嘴所制备纤维的直径减少56％以上，达到纳米级尺度。

同时，只需在常规熔喷喷嘴内开辟出气流辅道即可，设备其他部件不必做任何改变，因而有利于节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明公开的纤维制备用熔喷喷嘴结构的示意图a。

图2为本发明公开的纤维制备用熔喷喷嘴结构的示意图b。

图中的数字或字母所代表的相应部件的名称：

1、喷丝孔2、气流通道3、气流辅道4、辅道块5、喷嘴中间块6、喷丝孔外壁31、连接段32、直线段

具体实施方式

聚合物熔体本身具有的弹性导致其从喷丝孔挤出后体积会迅速膨胀，即出现挤出胀大现象。在成型时，气流从气流通道喷出后，对从喷丝孔挤出的聚合物熔体进行拉伸，但喷丝孔附近的熔体挤出胀大会使气流在胀大的熔体与喷嘴之间形成回流，即气流方向与聚合物熔体拉伸方向相反，从而不利于聚合物拉伸。为解决上述问题，美国专利USP3825380采用尖头喷嘴制备更细的熔喷纤维，增大了气流对聚合物熔体的拉伸作用，从而制得了更细的纤维。其缺点是尖头喷嘴的加工精度要求很高，喷丝孔的加工难度大，且不能改善聚合物熔体因挤出胀大而导致的最终纤维变粗问题。减小喷丝孔直径和增加喷丝孔长径比也可以减小纤维直径，但均会导致喷丝孔的加工难度增加，过小的喷丝孔直径也使熔喷技术的原料适应性变差。

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种纤维制备用熔喷喷嘴结构，通过设置气流辅道，能够显著减小喷丝孔附近因熔体挤出胀大造成的气体回流区，使喷丝孔附近的气体流场更有利于聚合物拉伸，从而在不增加能耗的前提下减小熔喷非织造布的纤维直径，实现在不改变喷丝孔径的基础上，得到更细的纤维，设备其他部件不必做任何改变，因而有利于节约成本。

如图1所示，为本发明公开的熔喷喷嘴结构的一种实施方式的结构，该熔喷喷嘴结构包括喷丝孔1，对称设置于喷丝孔1两侧的气流通道2，气流通道为倾斜设置，为狭槽形结构，该气流通道的出口向喷丝孔的出口一侧聚拢。喷丝孔1用于挤出聚合物熔体形成纤维，气流通道2用于供高温气体通过。

熔喷喷嘴结构上还设置有防止气体回流的气流辅道3，气流辅道3设置于气流通道2与喷丝孔1之间，并靠近喷丝孔设置，气流辅道3的出气端与喷丝孔相平行。

聚合物熔体本身具有的弹性导致其从喷丝孔挤出后体积会迅速膨胀，即出现挤出胀大现象。不带气流辅道的熔喷喷嘴中，气流从两个狭槽形气流通道2喷出后，对从喷丝孔1挤出的聚合物熔体进行拉伸，但喷丝孔1附近的熔体挤出胀大会使气流在胀大的熔体与喷嘴之间形成回流，即气流方向与聚合物熔体拉伸方向相反，从而不利于聚合物拉伸。

增加气流辅道3，气流辅道3的入口处与气流通道2连通。气流进入上述喷嘴部件后分成两部分，一部分气流仍然进入狭槽形气流通道2，另一部分气流则进入气流辅道3。气流辅道3下部是与喷丝孔1轴线平行的直线通道，且气流辅道3出口与喷丝孔1出口平齐。因此，聚合物熔体一从喷丝孔1挤出就会受到从气流辅道3喷出的气流的夹持作用，聚合物熔体虽然仍出现挤出胀大现象，但胀大的熔体与喷嘴之间的气体回流区比不带气流辅道的熔喷喷嘴显著减小，该区域内气流的方向与聚合物熔体拉伸方向基本一致，而且气流速度也相当高，从而有利于聚合物拉伸。

气流辅道为对称设置于喷丝孔的两侧。

气流辅道3分为两段，分别为与气流通道2连通的连接段31，以及平行喷丝孔设置的直线段32，气流辅道的出口处与喷丝孔出口处相平齐。

其中，连接段为下凹的弧形结构，连接段与直线段间为曲面过渡。通过将气流辅道分为连接段与直线段两部分，方便气流辅道与气流通道的连接，同时又保证了直线段与喷丝孔的平行。

其中，熔喷喷嘴结构还包括设置于气流通道2与喷丝孔1间的喷嘴中间块5与辅道块4，辅道块4的上部与喷嘴中间块5配合形成连接段31，辅道块4的下部与喷丝孔外壁6配合形成直线段32，辅道块4的上部与下部间为曲面过渡，方便气流通过。

气流通道与喷丝孔间呈一定角度的夹角，优选为60°夹角。还可为50°、55°、65°等，具体角度根据需要设定，在此不做限制。

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

聚合物熔体从喷嘴中挤出，高速高温气体从狭槽形气流通道2和气流辅道3同时喷出。其中，喷嘴的气流夹角为60°，气流通道槽口宽度e为0.6mm，喷丝孔直径c为0.3mm。带气流辅道的熔喷喷嘴部件的气流辅道宽度d＝0.2mm，气流辅道直线段高度h＝50mm，气流辅道弧段半径r＝45mm。提供原料聚丙烯，熔融流动速率为800g/10min，流量为0.057g/s，初始温度为280℃，气体压力为500kPa，气体初始温度为290℃。

上述条件下制得纤维的直径平均值为641nm，而同等条件下不带气流辅道的熔喷喷嘴所制备的非织造布的纤维直径平均值为1.62μm，增加气流辅道后纤维直径比原来减少了60.4％。

实施例2

聚合物熔体从喷嘴中挤出，高速高温气体从狭槽形气流通道和气流辅道同时喷出。其中，喷嘴的气流夹角为60°，槽口宽度e为0.6mm，喷丝孔直径c为0.3mm。带气流辅道的熔喷喷嘴部件的气流辅道宽度d＝0.15mm，气流辅道直线段高度h＝45mm，气流辅道弧段半径r＝35mm。提供原料聚丙烯，熔融流动速率为1000g/10min，流量为0.022g/s，初始温度为290℃，气体压力为500kPa，气体初始温度为310℃。

上述条件下制得纤维的直径平均值为428nm，而同等条件下不带气流辅道的熔喷喷嘴所制备的非织造布的纤维直径平均值为1.02μm，增加气流辅道后纤维直径比原来减少了58％。

实施例3

聚合物熔体从喷嘴中挤出，高速高温气体从狭槽形气流通道和气流辅道同时喷出。其中，喷嘴的气流夹角为60°，槽口宽度e为0.6mm，喷丝孔直径c为0.3mm。带气流辅道的熔喷喷嘴部件的气流辅道宽度d＝0.15mm，气流辅道直线段高度h＝45mm，气流辅道弧段半径r＝40mm。提供原料聚丙烯，熔融流动速率为100g/10min，流量为0.008g/s，初始温度为290℃，气体压力为450kPa，气体初始温度为330℃。

上述条件下制得纤维的直径平均值为728nm，而同等条件下不带气流辅道的熔喷喷嘴所制备的非织造布的纤维直径平均值为1.74μm，增加气流辅道后纤维直径比原来减少了58.2％。

实施例4

聚合物熔体从喷嘴中挤出，高速高温气体从狭槽形气流通道和气流辅道同时喷出。其中，喷嘴的气流夹角为60°，槽口宽度e为0.6mm，喷丝孔直径c为0.3mm。带气流辅道的熔喷喷嘴部件的气流辅道宽度d＝0.1mm，气流辅道直线段高度h＝40mm，气流辅道弧段半径r＝35mm。提供原料聚丙烯，熔融流动速率为800g/10min，流量为0.031g/s，初始温度为280℃，气体压力为550kPa，气体初始温度为300℃。

上述条件下制得纤维的直径平均值为479nm，而同等条件下不带气流辅道的熔喷喷嘴所制备的非织造布的纤维直径平均值为1.18μm，增加气流辅道后纤维直径比原来减少了59.4％。

实施例5

聚合物熔体从喷嘴中挤出，高速高温气体从狭槽形气流通道和气流辅道同时喷出。其中，喷嘴的气流夹角为60°，槽口宽度e为0.6mm，喷丝孔直径c为0.3mm。带气流辅道的熔喷喷嘴部件的气流辅道宽度d＝0.15mm，气流辅道直线段高度h＝50mm，气流辅道弧段半径r＝40mm。提供原料聚丙烯，熔融流动速率75g/10min，流量为0.006g/s，初始温度为310℃，气体压力为450kPa，气体初始温度为380℃。

上述条件下制得纤维的直径平均值为823nm，而同等条件下不带气流辅道的熔喷喷嘴所制备的非织造布的纤维直径平均值为1.91μm，增加气流辅道后纤维直径比原来减少了56.9％。

本发明公开了一种纤维制备用熔喷喷嘴结构，通过在喷丝孔的附近设置气流辅道，气流进入喷嘴部件后分成两部分，一部分气流仍然进入气流通道，另一部分气流则进入气流辅道。由于气流辅道的出气端与喷丝孔相平行，且气流辅道出口与喷丝孔出口平齐。因此，聚合物熔体一从喷丝孔挤出就会受到从气流辅道喷出的气流的夹持作用，聚合物熔体虽然仍出现挤出胀大现象，但胀大的熔体与喷嘴之间的气体回流区比不带气流辅道的熔喷喷嘴显著减小，该区域内气流的方向与聚合物熔体拉伸方向基本一致，而且气流速度也相当高，从而有利于聚合物拉伸，从而在不增加能耗的前提下减小熔喷非织造布的纤维直径，所制备纤维的直径比不带气流辅道的熔喷喷嘴所制备纤维的直径减少56％以上，达到纳米级尺度。

同时，只需在常规熔喷喷嘴内开辟出气流辅道即可，设备其他部件不必做任何改变，因而有利于节约成本。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种纤维制备用熔喷喷嘴结构，所述熔喷喷嘴结构包括喷丝孔，对称设置于所述喷丝孔两侧的供高温气体通过的气流通道，所述气流通道为倾斜设置，所述气流通道的出口向所述喷丝孔的出口一侧聚拢；其特征在于，所述熔喷喷嘴结构上还设置有防止气体回流的气流辅道，所述气流辅道设置于所述气流通道与喷丝孔之间，并靠近所述喷丝孔设置，所述气流辅道的出气端与喷丝孔相平行。

2.如权利要求1所述的纤维制备用熔喷喷嘴结构，其特征在于，所述气流辅道的入口处与所述气流通道连通。

3.如权利要求1所述的纤维制备用熔喷喷嘴结构，其特征在于，所述气流辅道对称设置于喷丝孔的两侧。

4.如权利要求1所述的纤维制备用熔喷喷嘴结构，其特征在于，所述气流辅道分为两段，分别为与气流通道连通的连接段，以及平行于喷丝孔设置的直线段，所述气流辅道的出口处与喷丝孔出口处相平齐。

5.如权利要求4所述的纤维制备用熔喷喷嘴结构，其特征在于，所述连接段为下凹的弧形结构，所述连接段与直线段间为曲面过渡。

6.如权利要求4所述的纤维制备用熔喷喷嘴结构，其特征在于，所述熔喷喷嘴结构还包括设置于气流通道与喷丝孔间的喷嘴中间块与辅道块，所述辅道块的上部与喷嘴中间块配合形成所述连接段，所述辅道块的下部与喷丝孔的外壁配合形成所述直线段，所述辅道块的上部与下部间为曲面过渡。

7.如权利要求1所述的纤维制备用熔喷喷嘴结构，其特征在于，所述气流辅道出口处宽度为0.1mm-0.2mm。

8.如权利要求4所述的纤维制备用熔喷喷嘴结构，其特征在于，所述气流辅道直线段高为40mm-50mm。

9.如权利要求5所述的纤维制备用熔喷喷嘴结构，其特征在于，所述气流辅道连接段弧形结构的半径为35mm-45mm。