CN106757448B - 一种聚合物熔体膜内微流控超细纤维制备方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚合物熔体膜内微流控超细纤维制备方法及装置，装置由微流控挤出单元和牵引拉伸单元组成，微流控挤出单元包括衣架式片材挤出机机头、微流控铜条，引拉伸单元包括牵引辊、横向拉伸辊；衣架式片材挤出机头将熔融PVC物料由中间向两边分流，经过机头唇口处镶嵌的刻有沿牵引方向的沟槽的微流控铜条，使薄膜的截面形成厚薄相间的锯齿状，进入牵引拉伸单元；在牵引拉伸单元中，牵引辊的牵引速度高于机头的挤出速度，薄膜被拉伸变薄，微观分子结构在牵引方向上拉伸取向；横向拉伸辊对薄膜横向拉伸，将薄膜撕裂成大量氯纶纤维。本发明生产氯纶纤维由于经过了拉伸具有良好分子微观结构和更强的力学性能，成型工艺简单，具有很好的应用前景。

Description

一种聚合物熔体膜内微流控超细纤维制备方法及装置
技术领域
本发明涉及一种超细纤维制造技术，尤其是涉及一种聚氯乙烯熔体膜内微流控超细纤维制造技术。
背景技术
目前超细纤维的生产技术与制造工艺主要有直接纺丝改良法、高分子相互并列纺丝法、静电纺丝法、剥离型复合纺丝法、多层型复合纺丝法、共混分割法和海岛法等。氯纶纤维的生产制备方法主要是溶液纺丝法，溶液纺丝需用丙酮等有机溶剂将聚氯乙烯制成溶液，再将溶液经喷丝头喷出制得氯纶纤维。
中国专利(专利公布号CN102154725A)公开了一种以溶液纺丝生产高阻燃性能氯纶纤维的方法，但是这种方法生产效率不高，且喷射出的纤维微观结构下分子卷曲强，影响纤维的性能。所以需要一种聚合物熔体膜内微流控超细纤维制造技术。
微流控(Microfluidics)指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到阿升)的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。微流控的重要特征之一是微尺度环境下具有独特的流体性质，如层流和液滴等。借助这些独特的流体现象，微流控可以实现一系列常规方法所难以完成的微加工和微操作。
发明内容
本发明旨在提供一种以挤出方式生产氯纶纤维，通过在片材挤出机机头加装微流控装置，使氯纶纤维的生产效率提高；通过牵引拉伸装置的拉伸作用，使纤维微观分子结构发生取向，提高氯纶纤维产品的强度。本发明将大大简化氯纶纤维的生产工艺，显著提高氯纶纤维的强度。
本发明的技术方案是，一种聚合物熔体膜内微流控超细纤维制造方法，衣架式片材挤出机头将熔融PVC物料由中间向两边分流，经过机头唇口处镶嵌的刻有沿牵引方向的沟槽的微流控铜条，使薄膜的截面形成厚薄相间的锯齿状，进入牵引拉伸单元；在牵引拉伸单元中，牵引辊的牵引速度高于机头的挤出速度，薄膜被拉伸变薄，微观分子结构在牵引方向上拉伸取向；横向拉伸辊对薄膜横向拉伸，将薄膜撕裂成大量氯纶纤维。
采用上述成型方法的一种聚合物熔体膜内微流控超细纤维制造装置，由微流控挤出单元和牵引拉伸单元组成；微流控挤出单元包括衣架式片材挤出机机头、微流控铜条；其中衣架式片材挤出机机头可将熔融PVC物料由中间向两边分流，通过调节上下口模间隙调节螺钉可以调整挤出薄膜的厚度，实现纤维粗细度的调节；微流控铜条的成型表面沿挤出方向均匀刻有大量细小沟槽，使挤出的薄膜横截面呈锯齿状，齿根较薄处在受到横向拉力时容易撕裂。
本发明聚合物熔体膜内微流控超细纤维制造装置中的牵引拉伸单元包括牵引辊、横向拉伸辊；牵引辊由一对辊筒组成，一个是橡胶辊，另一个是内设冷却装置的金属辊；牵引辊的牵引速度高于机头挤出速度，使薄膜在牵引方向被拉伸，薄膜内微观分子结构在拉伸方向上取向；横向拉伸辊为两对与牵引方向呈45°夹角水平安装的夹辊，通过对薄膜加以横向拉力，将薄膜自两侧边缘向中间逐根撕裂成氯纶纤维。
本发明聚合物熔体膜内微流控超细纤维制造装置，在牵引辊与横向拉伸辊之间增设弧形辊或带左右旋螺槽的螺旋辊，经过纵向牵引拉伸的膜，在旋转的弧形辊或螺旋辊的作用下向宽度方向延展，有助于在后续的横向拉伸辊多薄膜的撕裂，出口为锯齿形的膜经过纵向拉伸后，沟槽处的薄膜非常薄，经过弧形辊或螺旋辊的横向预拉伸变得更薄。
本发明聚合物熔体膜内微流控超细纤维制造装置中的微流控挤出单元中的微流控铜条为可拆卸，通过刻槽密度、沟槽尺寸不同的微流控铜条，以调节氯纶的直径尺寸。
本发明聚合物熔体膜内微流控超细纤维制造装置中的微流控挤出单元中的微流控铜条表面均匀覆有一层石墨烯，使微流控铜条表面光滑且具有良好的导热性，铜条表面覆上石墨烯可以增加机头横向温度分布均匀性，减少流动阻力。
在横向拉伸辊后可以设置裁刀，将拉伸后得到的纤维分束收卷，每束中有多根纤维，纤维间可以有极薄的薄膜连接。
本发明的有益效果是：1.使用本发明一种聚合物熔体膜内微流控超细纤维制造装置，可有效提高氯纶纤维的力学性能，与传统溶液纺丝相比，本发明生产氯纶纤维由于经过了拉伸具有更良好的分子微观结构和更强的力学性能。2.使用本发明一种聚合物熔体膜内微流控超细纤维制造装置，与传统溶液纺丝技术相比，省去了繁琐的溶液制备环节，整个生产过程由控制系统控制装置的协调运作，成型速度快，工艺简单，具有很好的应用前景。
附图说明
图1是本发明聚合物熔体膜内微流控超细纤维制造方法示意图。
图2是本发明聚合物熔体膜内微流控超细纤维制造装置排布示意图。
图3是图2的A-A薄膜截面示意图。
图4是本发明聚合物熔体膜内微流控超细纤维制造装置的微流控单元的剖视图。
图5是图4的B-B截面图。
图6是本发明聚合物熔体膜内微流控超细纤维制造装置微流控铜条示意图。
图中：1-牵引辊，2-横向拉伸夹辊，3-衣架式挤出机机头，4-PVC薄膜，33-上口模，34-下口模，35-上下口模间隙调节螺钉，36-微流控铜条,37-侧板。
具体实施方式
本发明提供了一种聚合物熔体膜内微流控超细纤维制造装置，由微流控挤出单元和牵引拉伸单元组成；其中微流控挤出单元包括上口模33、下口模34、上下口模间隙调节螺钉35、微流控铜条36，如图4所示；其中牵引拉伸单元包括牵引辊1、横向拉伸夹辊2，如图1所示。
本发明一种聚合物熔体膜内微流控超细纤维制造方法，由挤出机挤入衣架式片材机头的熔融PVC物料进入上口模33和下口模34之间的流道，熔融PVC物料沿着衣架形流道由中间向两边流动，经过安装在挤压唇口上下两处的微流控铜条36，挤出横截面锯齿状的PVC薄膜，挤出的PVC薄膜进入牵引辊1的间隙中，牵引辊1的牵引速度高于机头的挤出速度，PVC薄膜被沿牵引方向拉伸变薄，微观分子结构在牵引方向上拉伸取向，拉伸后的PVC薄膜进入横向拉伸辊2之间，横向拉伸辊2对PVC薄膜由两侧逐渐向中间进行横向拉伸，将PVC薄膜撕裂成大量氯纶纤维，加工过程示意图如图1所示。
本发明提供了一种聚合物熔体膜内微流控超细纤维制造装置，如图2所示，在对PVC薄膜撕裂过程中，以截面A-A为例，当截面A-A沿牵引辊1的牵引速度v方向运动至点N位置开始进入拉伸撕裂过程。在撕裂过程中截面A-A由两侧向中心纤维单元不断受到横向拉伸夹辊2的横向拉伸作用而剥离，截面A-A的宽度会逐渐变小，最终宽度为2L的薄膜被完全撕裂后宽度变为2L’，显然2L’的宽度要大于2L，多出的宽度就是撕裂后纤维单元之间的间隙，薄膜与纤维可以看成是无数个截面和纤维单元所叠加形成。每一截面两侧的纤维单元在被撕裂后立即离开撕裂辊并沿v’方向运动，每一纤维单元与上一单元连接紧密，不易断裂。当速度v’在v方向上的分速度大小与v相等时，则不会出现积料现象。
本发明提供了一种聚合物熔体膜内微流控超细纤维制造装置，如图3所示，在PVC薄膜挤出过程中，中间入口处流速比两边快，因此流道中的衣架形凸台高度由中间向两边逐渐减小，使沿横向各处挤出流量相同，使挤出薄膜厚度均匀。
本发明提供了一种聚合物熔体膜内微流控超细纤维制造装置，如图4-6所示，微流控铜条安装挤压唇口上下两处，微流控铜条表面覆有光滑且导热性良好的石墨烯以减小挤出阻力平衡薄膜的横向温度分布，微流控铜条的上表面刻有细小的沟槽，当熔体经过安装在唇口的微流控铜条时，会形成横截面如图3所示的薄膜。

Claims (5)

1.一种聚合物熔体膜内微流控超细纤维制备方法，其特征在于：衣架式片材挤出机机头将熔融PVC物料由中间向两边分流，经过机头唇口处镶嵌的刻有沿牵引方向的沟槽的微流控铜条，使薄膜的截面形成厚薄相间的锯齿状，进入牵引拉伸单元；在牵引拉伸单元中，牵引辊的牵引速度高于机头的挤出速度，薄膜被拉伸变薄，微观分子结构在牵引方向上拉伸取向；横向拉伸辊对薄膜横向拉伸，将薄膜撕裂成大量氯纶纤维。
2.采用权利要求1所述的一种聚合物熔体膜内微流控超细纤维制备方法的装置，其特征在于：由微流控挤出单元和牵引拉伸单元组成；微流控挤出单元包括衣架式片材挤出机机头、微流控铜条；衣架式片材挤出机机头将熔融PVC物料由中间向两边分流，通过调节上下口模间隙调节螺钉调整挤出薄膜的厚度，实现纤维粗细度的调节；微流控铜条的成型表面沿挤出方向均匀刻有大量细小沟槽，使挤出的薄膜横截面呈锯齿状；牵引拉伸单元包括牵引辊、横向拉伸辊；牵引辊由一对辊筒组成，一个是橡胶辊，另一个是内设冷却装置的金属辊；牵引辊的牵引速度高于机头挤出速度，使薄膜在牵引方向被拉伸，薄膜内微观分子结构在拉伸方向上取向；横向拉伸辊为两对与牵引方向呈45°夹角水平安装的夹辊，通过对薄膜加以横向拉力，将薄膜自两侧边缘向中间逐根撕裂成氯纶纤维。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：在牵引辊与横向拉伸辊之间增设弧形辊或带左旋螺槽和右旋螺槽的螺旋辊。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：微流控挤出单元中的微流控铜条表面均匀覆有一层石墨烯。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：在横向拉伸辊后设置裁刀，将拉伸后得到的纤维分束收卷，每束中有多根纤维，纤维间有极薄的薄膜连接。
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