CN111218724A - 一种狭槽形气流熔喷模头的新型辅助装置 - Google Patents

一种狭槽形气流熔喷模头的新型辅助装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于熔喷非织造技术领域,具体涉及一种狭槽型气流熔喷模头的新型辅助装置。具体包括辅助气流管道,所述辅助气流管道设置在熔喷模头的气槽喷口的两侧,所述辅助气流管道包括第一管体和第二管体。本发明改进了狭槽形气流熔喷模头下方流场分布不均的问题。尤其是在气槽端面附近区域内,流场的气流速度和温度明显得到提高。这就一定程度上消除了各流场区域内纤维直径、强度、结晶度和取向度的差异。从而对提高纤维质量有积极的作用。

Description

一种狭槽形气流熔喷模头的新型辅助装置
技术领域
本发明属于熔喷非织造技术领域,具体涉及一种狭槽形气流熔喷模头的新型辅助装置。
背景技术
熔喷非织造技术始于20世纪50年代,是一种利用高速高温气流将聚合物熔体拉伸成超细纤维的加工技术。
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、Wente,Van A.,Industrial and Engineering Chemistry,48,No.8(1956,pp1342-1346).
3、Naval Research Laboratory Report4364“Formation of Superfine,Thermoplastic Fibers,”Feb.11,1959.
4、美国专利文献USP3849040.
5、美国专利文献USP3825380.
6、美国专利文献USP6013223.
7、美国专利文献USP6074597.
8、美国专利文献USP6103181.
9、美国专利文献USP6146580.
10、美国专利文献USP3379811
11、美国专利文献USP384924
10、日本专利文献Japanese patent25871/69.
11、中国专利文献CN102787374A.
如附图1,所示,熔喷气流模头是熔喷非织造设备中的核心备件,其提供的高速气流场将聚合物熔体细流制备成微米级纤维材料。常见的熔喷气流模头包括圆环形熔喷气流模头和狭槽形熔喷气流模头两种。相对于圆环形熔喷气流模头(例如美国专利USP3954361和USP4380570),狭槽形熔喷气流模头(例如美国专利USP3379811,USP3849040,USP6013223,USP6074597,USP6103181和USP6146580)是目前熔喷非织造设备最普遍采用的。这是由于狭槽形熔喷气流模头的长度理论上可以无限的延长,可以生产幅宽无限延长的熔喷非织造材料。
在狭槽形熔喷气流模头中,两条狭槽形喷气孔道成一定角度分布在喷丝孔两侧。两股高速高温射流从狭槽形喷气孔道中喷出,可将喷丝孔挤出的聚合物熔体细流迅速拉伸成超细纤维。狭槽形熔喷气流模头下方的气流场不仅影响着纤维的直径,而且还会影响纤维的结晶度、取向度和强度等指标。研究(Harpham A.S.;Shambaugh R.L.Flow Field ofPracticalDual Rectangular Jets.Industry&Engineering Chemistry Research,1996,35(10),3776-3781.孙亚峰.[博士学位论文].上海:东华大学纺织学院,2011.姬长春;张开源;王玉栋;王新厚.熔喷三维气流场的计算与分析.纺织学报,2019,40(8),175-180)表明由于喷气孔端面的影响,在狭槽形模头气流场不同区域内的压强、速度、温度以及湍流强度等存在差异。这就造成了不同区域内气流牵伸力和冷却条件等不同,也就造成了不同流场区域内纤维的直径、取向度、结晶度和强度等存在一定的差别。尤其是气流模头下方流场中心区域和气槽端面附近区域制备的纤维之间的差异更大。双槽形熔喷气流模头流场的这种分布规律也会影响熔喷非织造材料面密度的均匀性。
所以需要一种降低不同流场区域内纤维直径、结晶度、取向度和强度的差异的装置,从而降低熔喷非织造产品面密度不匀率和提高产品质量。
发明内容
本发明为了改善狭槽形气流熔喷模头下方流场分布不均的问题,达到降低熔喷纤维直径、强度、结晶度、取向度的不匀率和纤网面密度不匀率的目的。
进而提出了一种狭槽形气流熔喷模头的新型辅助装置,具体包括辅助气流管道,所述辅助气流管道设置在熔喷模头的气槽喷口的两侧,所述辅助气流管道包括第一管体和第二管体;
所述第一管体的长度e为1mm至1000mm之间,所述第一管体截面的宽度j为0.1mm至300mm之间,所述第一管体截面的高度d为0.1mm至20mm之间,所述第一管体的中线与所述熔喷模头壁面的夹角β为0°至90°之间;
所述第二管体的管口至所述第一管体的距离f为0.1mm至100mm之间,所述第二管体截面的长度h为0.1mm至300mm之间,所述第二管体截面的宽度g为0.1mm至20mm之间,所述第二管体的中线与所述喷丝孔的夹角α为0°至90°之间;
所述第一管体至所述熔喷模头壁面的距离c为0mm至100mm之间,所述第一管体至所述熔喷模头气槽的距离k为0mm至100mm之间。
辅助气流管道可以由单独的空压机或风机等设备提供气源,也可以和狭槽形气流熔喷模头共用一个供气设备。辅助气流管道内的空气可以由单独的加热设备提供,也可以与狭槽形气流熔喷模头共用同一个加热设备。辅助气流管道内的空气流的温度从室温到1000℃变化。
第一管体、第二管体两部分截面形状可以一致,也可以不一致;第一管体、第二管体两个部分的截面在不同位置可以完全不变,也可以逐渐增大、减小或突变。
第一管体、第二管体的截面可以为三角形、圆形、矩形、正多边形、椭圆形或其它任意形状。
进一步地,所述辅助气流管道的材质为金属材料或碳纤维材料。
与现有技术相比,本发明的优势在于:
1、本发明提供的一种狭隘槽型气流熔喷模头的新型辅助装置,改进了狭槽形气流熔喷模头下方流场分布不均的问题。尤其是在气槽端面附近区域内,流场的气流速度和温度明显得到提高。这就一定程度上消除了各流场区域内纤维直径、强度、结晶度和取向度的差异。从而对提高纤维质量有积极的作用。
2、本发明通过改善狭槽形气流熔喷模头下方流场的分布状况,可以改善流场内速度和温度的分布不均,可以达到改善纤网面密度不匀率的目的。
3、熔喷模头和辅助气流管道可以整体加工而成。也可以将辅助气流管道安装在现有狭槽形气流熔喷模头系统上,实现对其改进的目的。狭槽形熔喷气流模头(例如美国专利USP3379811,USP3849040,USP6013223,USP6074597,USP6103181和USP6146580)添加辅助装置后,较没有辅助装置的气流模头,纤维和纤网的质量得到较大的改善。
4、狭槽形的气槽可以是连续式的槽形孔,也可以是非连续式的槽形孔。无论哪种形式的槽形孔,辅助气流装置都可以达到改善纤维强度、直径等不匀率和纤网面密度不匀率的效果。另外,辅助气流装置不会恶化的狭槽形气流熔喷模头的纤维细化效果。
5、本发明应用范围很广,适用于各种熔喷机和满足各种不同的熔喷非织造产品生产的要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的仰视图。
图3为气槽呈阵列形式的非连续式熔喷模头和辅助气流管道的组合示意图。
图中:1-熔喷模头;2-喷丝孔;3-气槽;4-第一管体;5-辅助气流管道;6-第二管体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明:
如图1、图2所示,一种狭隘槽型气流熔喷模头的新型辅助装置,包括辅助气流管道5,所述辅助气流管道5设置在熔喷模头1的气槽3喷口的两侧,所述辅助气流管道5包括第一管体4和第二管体6。
所述第一管体4的长度e为1mm至1000mm之间,所述第一管体4截面的宽度j为0.1mm至300mm之间,所述第一管体4截面的高度d为0.1mm至20mm之间,所述第一管体4的中线与所述熔喷模头1壁面的夹角β为0°至90°之间。
所述第二管体6的管口至所述第一管体4的距离f为0.1mm至100mm之间,所述第二管体6截面的长度h为0.1mm至300mm之间,所述第二管体6截面的宽度g为0.1mm至20mm之间,所述第二管体6的中线与所述喷丝孔2的夹角α为0°至90°之间。
所述第一管体4至所述熔喷模头1壁面的距离c为0mm至100mm之间,所述第一管体4至所述熔喷模头1气槽3的距离k为0mm至100mm之间。
所述辅助气流管道5的材质为金属材料或碳纤维材料。
辅助气流管道5可用于熔喷模头气槽呈连续式的双槽形熔喷模头系统;如图3所示,辅助气流管道也可用于熔喷模头气槽呈阵列形式、且气槽较短的双槽形熔喷模头中。
本发明的原理为:熔喷模头1的气槽3与辅助气流管道5对喷丝孔2喷出的纤维丝同时吹动,有效改善流场内速度和温度的分布不均,达到改善纤网面密度不匀率的目的。
对比实验数据
对比实验1
选用两个相同的普通双槽型熔喷模头,普通双槽形熔喷模头采用连续型双槽型孔,气槽的宽度为0.65mm,气槽与喷丝孔方向的夹角为30°,气槽的长度为1000mm,头端宽度为2.02mm;熔喷模头气槽的热空气温度为230℃,熔体温度为270℃,气槽进口端空气压力为0.3atm;聚丙烯原料是聚丙烯,熔融温度大约为180℃,熔融指数为1800,纤网面密度为30g/m2。其中一个熔喷模头安装辅助气流装置,辅助气流管道的热空气温度为230℃,辅助气流管道空气压力为0.31atm;其余尺寸参数分别为:c=0mm,d=0.65mm,e=50mm,f=5mm,g=0.65mm,α=30°,β=0°,h=40mm,j=40mm,k=0mm。具体实验结果如表1所示。
表1实验结果Ⅰ
Figure BDA0002371678820000041
注:△d-模头中心区域和气槽下方区域内纤维直径的相对误差;△C-模头中心区域和气槽下方区域内纤维结晶度的相对误差;△Q-模头中心区域和气槽下方区域内纤维取向度的相对误差;△T-模头中心区域和气槽下方区域内纤维强度的相对误差;△M-模头中心区域和气槽下方区域内非织造材料面密度的相对误差。
对比实验2
选用两个相同的普通双槽型熔喷模头,普通双槽形熔喷模头采用连续型双槽型孔,气槽的宽度为0.65mm,气槽与喷丝孔方向的夹角为30°,气槽的长度为1000mm,头端宽度为2.02mm。热空气温度为170℃,熔体加热温度和纺丝组件温度都为220℃,气槽进口端空气压力为0.25atm;纺丝原料是低熔点多元共聚酰胺,熔融温度大约为115℃,熔融指数为35,纤网面密度为20g/m2。其中一个熔喷模头安装辅助气流装置,辅助气流管道的热空气温度为170℃,辅助气流管道空气压力为0.25atm,其余尺寸参数分别为:c=0mm,d=0.65mm,e=60mm,f=5mm,g=0.7mm,α=30°,β=0°,h=50mm,j=50mm,k=0.1mm。实验结果如图2所示。
表2实验结果Ⅱ
Figure BDA0002371678820000051
对比实验3
选用两个相同的普通双槽型熔喷模头,普通双槽形熔喷模头采用连续型双槽型孔,气槽的宽度为0.65mm,气槽与喷丝孔方向的夹角为30°,气槽的长度为1000mm,头端宽度为2.02mm,热空气温度为195℃,熔体加热温度和纺丝组件温度都为230℃,气槽进口端空气压力为0.6atm。纺丝原料为聚氨脂,熔融温度大约为160℃,熔融指数为1200,纤网面密度为40g/m2。其中一个熔喷模头安装辅助气流装置,辅助气流管道的热空气温度为195℃,辅助气流管道的空气压力为0.6atm;其余尺寸参数分别为:c=0mm,d=0.65mm,e=45mm,f=5mm,g=0.65mm,α=30°,β=0°,h=60mm,j=60mm,k=0mm。实验结果如表3所示。
表3实验结果Ⅲ
Figure BDA0002371678820000052
对比实验4
选用两个相同的普通双槽型熔喷模头,普通双槽形熔喷模头采用连续型双槽型孔,气槽的宽度为0.65mm,气槽与喷丝孔方向的夹角为30°,气槽的长度为1000mm,头端宽度为2.02mm;热空气温度为200℃,熔体加热温度和纺丝组件温度都为250℃,气槽进口端空气压力为0.7atm;纺丝原料是聚丙烯,熔融温度大约为170℃,熔融指数为1200,纤网面密度为35g/m2。其中一个熔喷模头安装辅助气流装置,辅助气流管道的热空气温度为200℃,辅助气流管道空气压力为0.71atm;其余尺寸参数分别为:c=0mm,d=0.65mm,e=50mm,f=5mm,g=0.65mm,α=30°,β=0°,h=43mm,j=43mm,k=0mm。实验结果如表4所示。
表4实验结果Ⅳ
Figure BDA0002371678820000061
根据对比实验1-对比实验4的实验结果可知,在任何使用情况下,安装了辅助气流装置的熔喷模头较未安装辅助气流装置的熔喷模头,其在气槽端面附件区域内,流场的气流速度和温度明显得到提高。这就一定程度上消除了各流场区域内纤维直径、强度、结晶度和取向度的差异。从而对提高纤维质量有积极的作用。

Claims (2)

1.一种狭槽形气流熔喷模头的新型辅助装置,其特征在于,包括:辅助气流管道(5),所述辅助气流管道(5)设置在熔喷模头(1)的气槽(3)喷口的两侧,所述辅助气流管道(5)包括第一管体(4)和第二管体(6);
所述第一管体(4)的长度e为1mm至1000mm之间,所述第一管体(4)截面的宽度j为0.1mm至300mm之间,所述第一管体(4)截面的高度d为0.1mm至20mm之间,所述第一管体(4)的中线与所述熔喷模头(1)壁面的夹角β为0°至90°之间;
所述第二管体(6)的管口至所述第一管体(4)的距离f为0.1mm至100mm之间,所述第二管体(6)截面的长度h为0.1mm至300mm之间,所述第二管体(6)截面的宽度g为0.1mm至20mm之间,所述第二管体(6)的中线与所述喷丝孔(2)的夹角
Figure 572750DEST_PATH_IMAGE002
为0°至90°之间;
所述第一管体(4)至所述熔喷模头(1)壁面的距离c为0mm至100mm之间,所述第一管体(4)至所述熔喷模头(1)气槽(2)的距离k为0mm至100mm之间。
2.根据权利要求1所述的一种狭槽形气流熔喷模头的新型辅助装置,其特征在于,所述辅助气流管道(5)的材质为金属材料或碳纤维材料。
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