CN108716023B - 一种用于纳米纤维制备的熔喷模头 - Google Patents
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Abstract
本发明专利涉及一种用于纳米纤维制备的熔喷模头，包括模头主体、喷丝板和气板，所述的喷丝板和气板可拆卸地安装在模头主体内，所述喷丝板内设置有一个喷丝孔，所述喷丝板和气板之间有若干个夹缝槽，所述的模头主体内还开设有若干个气体流通通道，所述的气体流通通道与夹缝槽相连通，所述的模头主体的外壁上设置有气管连接端头，所述的气管连接端头通过输气管与气体集流腔相连通，所述喷丝板的喷丝孔的一端端面固连有间隔稳流件，所述的喷丝孔的另一端端面固连有管道连接装置，所述的喷丝孔通过管道连接装置与螺杆挤压机的出料口相连。本设计具有结构简单、易于制造和实用高效的优点。
Description
技术领域
本发明专利涉及熔喷非织造领域，特别是一种用于纳米纤维制备的熔喷模头。
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。
关于熔喷非织造流程、技术及模头装置较早的研究、专利文献以及相关专利文献有：
1、Naval Research Laboratory Report4364“Manufacture of SuperfineOrganic Fibers,”Apr.15,1954.
2、WenteVanA.,IndustrialandEngineeringChemistry,48,No.8(1956,pp1342-1346).
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11、美国专利文献USP3825379.
12、美国专利文献USP3985481.
13、日本专利文献Japanese patent25871/69.
目前常用的熔喷模头有两种，一种是狭槽形的（例如美国专利USP3849040USP3825380），另外一种是圆环形的（例如美国专利USP3954361 和USP4380570）。由于狭槽形喷头的长度理论上可以无限的延长，因而它的应用更加广泛。美国专利文献USP6013223，USP6074597，USP6103181 和USP6146580 显示，国外熔喷非织造设备所采用的喷嘴绝大多数为双槽形喷嘴。
钝模头( 例如美国专利文献USP3379811，USP3849040 和USP384924 中模头示意图，或者也可以叫做平头模头) 双槽形喷嘴是熔喷非织造设备中一种典型的喷嘴形式。它的两条槽形喷口成一定角度分布在喷丝孔两侧。高速高温气流从这两条槽形喷口中喷出，一旦聚合物熔体从模头挤出，它们就会被由这两股气体所形成的气流场迅速地拉伸变细，最终形成纤维或纤维网。
但钝模头存在内在的设计缺点。通过气动热力分析以及湍流特性分析可知，射流从钝模头流出存在两种损失。首先是出口处的涡团，这个涡团叫做分离涡，这个位置叫做回流区，该流动结构在湍流理论里面被认为是一种典型的流动损失。研究表明钝模头双槽形喷嘴空气流场在喷丝孔出口附近存在“死区”或“反向回流区”。该区流场中的速度与喷丝孔喷出的聚合物熔体的拉伸方向相反，对熔体的细化极为不利。另一种是射流冲击而出后和环境发生相互作用而产生的损失，即射流和环境中的静止流体产生质量和平均动量的交换。在这种交换的作用下，射流卷吸着附近的环境流体冲击而下，而稍远的流体则会在带动下绕其自身的核心发生旋转。射流的流体越来越多，但是动能却越来越小，逐渐通过不同尺度的湍流涡团级联散裂最终变为分子热运动。射流向内外两个方向的扩散，会造成这种耗散损失。研究（孙亚峰. 微纳米纤维纺丝拉伸机理的研究.[ 博士学位论文]. 上海：东华大学纺织学院，2011.Yafeng Sun.;Xinhou Wang.Optimization of AirFlow Field of theMelt Blowing Slot Die via Numerical Simulation and GeneticAlgorithm.Journalof Applied Polymer Science,2010,Vol.115,1540–1545）表明当模头头端缩进时（或者说两端突出延伸后），流场中纺丝线附近的气流速度增大。
美国模头专利USP3825380 通过采用尖头模头组合件，消减双槽空气流场在喷丝孔出口附近没有“死区”或“反向回流区”，提高了气流对熔体的拉伸作用。但根据研究（Krutka H.M.;Shambaugh R.L.Analysis of a Melt-Blowing Die:Comparison of CFDandExperiments.Industry&Engineering Chemistry Research,2002,41(20),5125.）尖头模头纺丝线周围的气流湍流强度较钝模头的大，尤其是当模头头端缩进时，使纤维较易断头和熔体易粘在模头上。尖头模头加工难度较大，增加了加工成本，且尖头端易损坏。
发明内容
本发明在喷丝板内开设有回流通道，在喷丝孔发生堵塞时，原料可以通过回流通道重新流入螺杆挤压机中，不仅减少了不必要的损失，而且能够降低过大压力对自身结构造成影响的风险；而发明了一种用于纳米纤维制备的熔喷模头。
为解决上述的技术问题，本发明提供了一种用于纳米纤维制备的熔喷模头，包括模头主体、喷丝板和气板，所述的喷丝板和气板可拆卸地安装在模头主体内，所述喷丝板内设置有一个喷丝孔，所述喷丝板和气板之间有若干个夹缝槽，所述的模头主体内还开设有若干个气体流通通道，所述的气体流通通道与夹缝槽相连通，所述的模头主体的外壁上设置有气管连接端头，所述的气管连接端头通过输气管与气体集流腔相连通，所述喷丝板的喷丝孔的一端端面固连有间隔稳流件，所述的喷丝孔的另一端端面固连有管道连接装置，所述的喷丝孔通过管道连接装置与螺杆挤压机的出料口相连，所述的喷丝板内还开设有回流通道，所述的回流通道的一端与喷丝孔相连通，所述的回流通道的另一端与压力阀相连，所述的压力阀固定在喷丝板的端面上，所述的压力阀通过回流管与螺杆挤压机的回流进料口相连。
进一步：所述的喷丝板通过第一连接片与模头主体固定连接，所述的第一连接片通过第一螺栓分别与喷丝板和模头主体相连，所述的气板通过第二连接片与模头主体固定连接，所述的第二连接片通过第二螺栓分别与气板和模头主体相连。
又进一步：所述的管道连接装置包括固定端头、连接端头和锁紧螺母，所述的连接端头是由螺纹连接头、连接端头主体和插入连接头依次连接所组成，所述的连接端头主体的外壁上还设置有夹紧块，所述的固定端头是由固定头和收纳头连接所组成，所述的固定头固定在喷丝板的端面上，所述的收纳头上开设有与插入连接头相匹配的插入槽，所述的夹紧块与收纳头的端面相接触，所述的收纳头的外壁上设置有与锁紧螺母相匹配的第一外接螺纹，所述的夹紧块夹紧固定在收纳头与锁紧螺母之间，所述的螺纹连接头穿过锁紧螺母并通过管道与螺杆挤压机的出料口相连，所述的螺纹连接头的外壁上设置有用于安装管道的第二外接螺纹。
又进一步：所述的插入连接头与插入槽之间设置有定位机构，所述的定位机构是由开设在插入槽内壁上的连接孔、开设在插入连接头外壁上的半球形卡槽、球形卡头和弹簧所组成，所述的球形卡头通过弹簧连接在连接孔内，所述的球形卡头在弹簧的作用下卡入半球形卡槽内。
又进一步：所述的压力阀包括阀体、开设在阀体内的进流孔和出流孔、活塞式堵头、活塞杆、回流挤压弹簧和限位螺母，所述的进流孔与回流通道相连通，所述的出流孔的一端与进流孔相连通，所述的出流孔的另一端与回流管道连接头相连，所述的回流管道连接头固定在阀体的外壁上，所述的活塞式堵头连接在进流孔内，所述的活塞式堵头与进流孔间隙配合，所述的出流孔通过活塞式堵头进行密封，所述的活塞杆的一端连接在活塞式堵头上，所述的活塞杆的另一端穿过阀体，穿过阀体的活塞杆的一端上设置有与限位螺母相匹配的第三外接螺纹，所述的限位螺母活动连接在带有第三外接螺纹的活塞杆的一端，所述的回流挤压弹簧设置在进流孔内，所述的回流挤压弹簧环绕在活塞杆的外侧，并且其的两端分别与活塞式堵头和进流孔的内壁相连。
又进一步：所述的进流孔的内壁上还开设有凹槽，所述的凹槽内活动连接有限位块，所述的限位块通过传动杆与电动缸相连，所述的电动缸安装在阀体的外壁上。
再进一步：所述的喷丝孔内设置有压力传感器，所述的压力传感器以嵌入的形式安装在喷丝孔的内壁上。
采用上述结构后，本发明在喷丝板内开设有回流通道，在喷丝孔发生堵塞时，原料可以通过回流通道重新流入螺杆挤压机中，不仅减少了不必要的损失，而且能够降低过大压力对自身结构造成影响的风险；并且本设计具有结构简单、易于制造和实用高效的优点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为熔喷非织工艺流程的示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为固定端头的结构示意图。
图4为连接端头的结构示意图。
图5为定位机构的结构示意图。
图6为压力阀的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，原料通过料斗进入螺杆挤压机中，然后螺杆挤压机把原料挤入熔喷模头1中，通过熔喷模头1把原料喷在收集网上。
如图2所示的一种用于纳米纤维制备的熔喷模头，包括模头主体1-1、喷丝板1-2和气板1-3，所述的喷丝板1-2和气板1-3可拆卸地安装在模头主体1-1内，所述喷丝板1-2内设置有一个喷丝孔1-2-1，所述喷丝板1-2和气板1-3之间有若干个夹缝槽1-4，所述的模头主体1-1内还开设有若干个气体流通通道1-1-1，所述的气体流通通道1-1-1与夹缝槽1-4相连通，所述的模头主体1-1的外壁上设置有气管连接端头1-5，所述的气管连接端头1-5通过输气管与气体集流腔3相连通，所述喷丝板1-2的喷丝孔1-2-1的一端端面固连有间隔稳流件1-6，所述的喷丝孔1-2-1的另一端端面固连有管道连接装置，所述的喷丝孔1-2-1通过管道连接装置与螺杆挤压机2的出料口相连，所述的喷丝板1-2内还开设有回流通道1-2-2，所述的回流通道1-2-2的一端与喷丝孔1-2-1相连通，所述的回流通道1-2-2的另一端与压力阀7相连，所述的压力阀7固定在喷丝板1-2的端面上，所述的压力阀7通过回流管与螺杆挤压机2的回流进料口2-1相连；所述的喷丝孔1-2-1内设置有压力传感器，所述的压力传感器以嵌入的形式安装在喷丝孔1-2-1的内壁上。本发明在喷丝板内开设有回流通道，在喷丝孔发生堵塞时，原料可以通过回流通道重新流入螺杆挤压机中，不仅减少了不必要的损失，而且能够降低过大压力对自身结构造成影响的风险。
上述的喷丝板1-2通过第一连接片8-1与模头主体1-1固定连接，所述的第一连接片8-1通过第一螺栓分别与喷丝板1-2和模头主体1-1相连，所述的气板1-3通过第二连接片8-2与模头主体1-1固定连接，所述的第二连接片8-2通过第二螺栓分别与气板1-3和模头主体1-1相连。
如图2、图3和图4所示的管道连接装置包括固定端头9-1、连接端头9-2和锁紧螺母9-3，所述的连接端头9-2是由螺纹连接头9-2-1、连接端头主体9-2-2和插入连接头9-2-3依次连接所组成，所述的连接端头主体9-2-2的外壁上还设置有夹紧块9-2-4，所述的固定端头9-1是由固定头9-1-1和收纳头9-1-2连接所组成，所述的固定头9-1-1固定在喷丝板1-2的端面上，所述的收纳头9-1-2上开设有与插入连接头9-2-3相匹配的插入槽9-1-3，所述的夹紧块9-2-4与收纳头9-1-2的端面相接触，所述的收纳头9-1-2的外壁上设置有与锁紧螺母9-3相匹配的第一外接螺纹，所述的夹紧块9-2-4夹紧固定在收纳头9-1-2与锁紧螺母9-3之间，所述的螺纹连接头9-2-1穿过锁紧螺母9-3并通过管道与螺杆挤压机2的出料口相连，所述的螺纹连接头9-2-1的外壁上设置有用于安装管道的第二外接螺纹。
如图5所示的插入连接头9-2-3与插入槽9-1-3之间设置有定位机构，所述的定位机构是由开设在插入槽9-1-3内壁上的连接孔11、开设在插入连接头9-2-3外壁上的半球形卡槽10、球形卡头12和弹簧13所组成，所述的球形卡头12通过弹簧13连接在连接孔11内，所述的球形卡头12在弹簧13的作用下卡入半球形卡槽10内。
如图6所示的压力阀7包括阀体7-1、开设在阀体7-1内的进流孔7-2和出流孔7-7、活塞式堵头7-3、活塞杆7-4、回流挤压弹簧7-5和限位螺母7-6，所述的进流孔7-2与回流通道1-2-2相连通，所述的出流孔7-7的一端与进流孔7-2相连通，所述的出流孔7-7的另一端与回流管道连接头7-8相连，所述的回流管道连接头7-8固定在阀体7-1的外壁上，所述的活塞式堵头7-3连接在进流孔7-2内，所述的活塞式堵头7-3与进流孔7-2间隙配合，所述的出流孔7-7通过活塞式堵头7-3进行密封，所述的活塞杆7-4的一端连接在活塞式堵头7-3上，所述的活塞杆7-4的另一端穿过阀体7-1，穿过阀体7-1的活塞杆7-4的一端上设置有与限位螺母7-6相匹配的第三外接螺纹，所述的限位螺母7-6活动连接在带有第三外接螺纹的活塞杆7-4的一端，所述的回流挤压弹簧7-5设置在进流孔7-2内，所述的回流挤压弹簧7-5环绕在活塞杆7-4的外侧，并且其的两端分别与活塞式堵头7-3和进流孔7-2的内壁相连。
如图6所示的进流孔7-2的内壁上还开设有凹槽，所述的凹槽内活动连接有限位块7-9，所述的限位块7-9通过传动杆7-11与电动缸7-10相连，所述的电动缸7-10安装在阀体7-1的外壁上。本设计具有结构简单、易于制造和实用高效的优点。
Claims (1)
1.一种用于纳米纤维制备的熔喷模头，其特征在于：包括模头主体（1-1）、喷丝板（1-2）和气板（1-3），所述的喷丝板（1-2）和气板（1-3）可拆卸地安装在模头主体（1-1）内，所述喷丝板（1-2）内设置有一个喷丝孔（1-2-1），所述喷丝板（1-2）和气板（1-3）之间有若干个夹缝槽（1-4），所述的模头主体（1-1）内还开设有若干个气体流通通道（1-1-1），所述的气体流通通道（1-1-1）与夹缝槽（1-4）相连通，所述的模头主体（1-1）的外壁上设置有气管连接端头（1-5），所述的气管连接端头（1-5）通过输气管与气体集流腔（3）相连通，所述喷丝板（1-2）的喷丝孔（1-2-1）的一端端面固连有间隔稳流件（1-6），所述的喷丝孔（1-2-1）的另一端端面固连有管道连接装置，所述的喷丝孔（1-2-1）通过管道连接装置与螺杆挤压机（2）的出料口相连，所述的喷丝板（1-2）内还开设有回流通道（1-2-2），所述的回流通道（1-2-2）的一端与喷丝孔（1-2-1）相连通，所述的回流通道（1-2-2）的另一端与压力阀（7）相连，所述的压力阀（7）固定在喷丝板（1-2）的端面上，所述的压力阀（7）通过回流管与螺杆挤压机（2）的回流进料口（2-1）相连；
所述的喷丝板（1-2）通过第一连接片（8-1）与模头主体（1-1）固定连接，所述的第一连接片（8-1）通过第一螺栓分别与喷丝板（1-2）和模头主体（1-1）相连，所述的气板（1-3）通过第二连接片（8-2）与模头主体（1-1）固定连接，所述的第二连接片（8-2）通过第二螺栓分别与气板（1-3）和模头主体（1-1）相连；
所述的管道连接装置包括固定端头（9-1）、连接端头（9-2）和锁紧螺母（9-3），所述的连接端头（9-2）是由螺纹连接头（9-2-1）、连接端头主体（9-2-2）和插入连接头（9-2-3）依次连接所组成，所述的连接端头主体（9-2-2）的外壁上还设置有夹紧块（9-2-4），所述的固定端头（9-1）是由固定头（9-1-1）和收纳头（9-1-2）连接所组成，所述的固定头（9-1-1）固定在喷丝板（1-2）的端面上，所述的收纳头（9-1-2）上开设有与插入连接头（9-2-3）相匹配的插入槽（9-1-3），所述的夹紧块（9-2-4）与收纳头（9-1-2）的端面相接触，所述的收纳头（9-1-2）的外壁上设置有与锁紧螺母（9-3）相匹配的第一外接螺纹，所述的夹紧块（9-2-4）夹紧固定在收纳头（9-1-2）与锁紧螺母（9-3）之间，所述的螺纹连接头（9-2-1）穿过锁紧螺母（9-3）并通过管道与螺杆挤压机（2）的出料口相连，所述的螺纹连接头（9-2-1）的外壁上设置有用于安装管道的第二外接螺纹；
所述的插入连接头（9-2-3）与插入槽（9-1-3）之间设置有定位机构，所述的定位机构是由开设在插入槽（9-1-3）内壁上的连接孔（11）、开设在插入连接头（9-2-3）外壁上的半球形卡槽（10）、球形卡头（12）和弹簧（13）所组成，所述的球形卡头（12）通过弹簧（13）连接在连接孔（11）内，所述的球形卡头（12）在弹簧（13）的作用下卡入半球形卡槽（10）内；
所述的压力阀（7）包括阀体（7-1）、开设在阀体（7-1）内的进流孔（7-2）和出流孔（7-7）、活塞式堵头（7-3）、活塞杆（7-4）、回流挤压弹簧（7-5）和限位螺母（7-6），所述的进流孔（7-2）与回流通道（1-2-2）相连通，所述的出流孔（7-7）的一端与进流孔（7-2）相连通，所述的出流孔（7-7）的另一端与回流管道连接头（7-8）相连，所述的回流管道连接头（7-8）固定在阀体（7-1）的外壁上，所述的活塞式堵头（7-3）连接在进流孔（7-2）内，所述的活塞式堵头（7-3）与进流孔（7-2）间隙配合，所述的出流孔（7-7）通过活塞式堵头（7-3）进行密封，所述的活塞杆（7-4）的一端连接在活塞式堵头（7-3）上，所述的活塞杆（7-4）的另一端穿过阀体（ 7-1），穿过阀体（7-1）的活塞杆（7-4）的一端上设置有与限位螺母（7-6）相匹配的第三外接螺纹，所述的限位螺母（7-6）活动连接在带有第三外接螺纹的活塞杆（7-4）的一端，所述的回流挤压弹簧（7-5）设置在进流孔（7-2）内，所述的回流挤压弹簧（7-5）环绕在活塞杆（7-4）的外侧，并且其的两端分别与活塞式堵头（7-3）和进流孔（7-2）的内壁相连；
所述的进流孔（7-2）的内壁上还开设有凹槽，所述的凹槽内活动连接有限位块（7-9），所述的限位块（7-9）通过传动杆（7-11）与电动缸（7-10）相连，所述的电动缸（7-10）安装在阀体（7-1）的外壁上；
所述的喷丝孔（1-2-1）内设置有压力传感器，所述的压力传感器以嵌入的形式安装在喷丝孔（1-2-1）的内壁上。
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