CN111850713A - 一种制备超细纤维的分体式双槽熔喷模头 - Google Patents

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樊辉
肖坤楠
鲁涛
曹海建
赵南生
陈林飞
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Abstract

本发明提供一种制备超细纤维的分体式双槽熔喷模头，包括模头和分体式喷丝头，模头上设置至少一个喷丝头安装孔，分体式喷丝头可分离式安装于喷丝头安装孔内，分体式喷丝头的上段为圆柱体，下段为锥形体，分体式喷丝头的内部贯穿有熔融体流道，熔融体流道的上段为喷丝孔粗孔，下段为喷丝孔细孔，喷丝孔粗孔和喷丝孔细孔之间通过锥形孔过度；模头的内侧设有围绕在分体式喷丝头外侧的气流通道，分体式喷丝头的下段外侧的气流通道为从上往下的渐缩式结构，分体式喷丝头的下端点与模头的下端面位于同一平面上。本发明的分体式喷丝头与模头之间为分体式结构，便于模头的加工制造，节约因整体式模头的喷丝孔损坏而整体更换带来的不便和设备维护成本。

Description

一种制备超细纤维的分体式双槽熔喷模头
技术领域
本发明涉及非织造熔喷设备技术领域，具体涉及一种制备超细纤维的分体式双槽熔喷模头。
背景技术
熔喷技术的应用前景非常广阔，是一步法生产超细纤维的成型工艺。熔喷工艺中，高速高温气流吹喷熔融聚合物，并使其快速拉伸，形成超细纤维，并沉积在离模具有段距离的筛网上形成无纺布。熔喷工艺流程短、生产效率高、应用面广，因此熔喷非织造纤维在多种领域中得到了各种先进的应用，例如在过滤、绝缘，医学和保暖等领域。
熔喷模头是熔喷非织造设备中核心的部件，熔喷模头产生高速高温射流对聚合物熔体强烈的作用力，将其拉伸成微米级甚至纳米级的超细熔喷纤维。模头下方的流场不仅决定最终熔喷纤维的直径，而且对熔喷纤维的分子链取向度和结晶度等内部结构有很大影响，进而影响纤维强度。不同结构的模头会产生不同的气流场，进而影响纤维的成丝过程。而模头气流通道结构形式也是影响流场与能耗的重要因素。
熔喷模头可以让聚合物熔体通过其周围一组气孔喷出的高速气流实现拉伸细化，替代传统熔喷模头。熔喷法是制备超细纤维非织造布的重要方法。在熔喷非织造加工中，聚合物熔体是被高速高温气流拉伸成超细纤维的，溶喷非织造工艺最终纤维的性能直接取决于溶喷工艺条件，而纤维的性能又直接影响决定最终纤网的性质。喷射模头的结构形式、流场的速度和温度分布等对聚合物拉伸和最终纤维直径有重要影响。因此，需要对熔喷模头及其流场相关技术参数深入研究，将熔喷技术与其他技术相结合，优势互补，通过对现有熔喷模头进行改进，改造熔喷非织造布的生产设备，开发出新型模头，从而生产纤维直径更小、性能更优良的熔喷非织造材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种制备超细纤维的分体式双槽熔喷模头，通过改变模头狭槽气流通道的形状、模头主体构造及顶部的结构，最终采用收缩式或缩-扩式气槽、分体式喷丝头和端部为圆弧形喷丝头的新型模头，便于更换损毁的喷丝头，节省设备维护成本，增大了射流的气流速度，增加了模头附近的气体温度，降低了熔喷制造过程中的能耗，进一步提高了聚合物纤维细化的程度。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种制备超细纤维的分体式双槽熔喷模头，包括模头和分体式喷丝头，所述模头上设置至少一个喷丝头安装孔，所述分体式喷丝头可分离式安装于喷丝头安装孔内，所述分体式喷丝头的上段为矩形体，下段为锥形体，所述分体式喷丝头的内部贯穿有熔融体流道，所述熔融体流道的上段为喷丝孔粗孔，下段为喷丝孔细孔，所述喷丝孔粗孔和喷丝孔细孔之间通过锥形孔过度；
所述模头的内侧设有位于分体式喷丝头外侧的气流通道，所述分体式喷丝头的下段外侧的气流通道为从上往下的渐缩式结构，所述分体式喷丝头的下端点与模头的下端面位于同一平面上。
其中，所述模头包括模头主体和气板，所述气板固定连接于模头主体的下方，所述气流通道包括位于模头主体和气板之间的水平气槽和位于气板与分体式喷丝头的下段外侧之间的倾斜气槽，所述倾斜气槽为从上往下的渐缩式结构。
所述模头主体、分体式喷丝头和气板均为分体式结构，所述模头主体包括模头左侧主体和模头右侧主体，所述气板包括左气板和右气板，所述左气板固定连接于模头左侧主体的下方，所述右气板固定连接于模头右侧主体的下方，所述喷丝头安装孔分成对称的两半孔对称开设于模头左侧主体和模头右侧主体上，所述分体式喷丝头的两半对应地安装于喷丝头安装孔的两半孔内。
优选的，所述分体式喷丝头的下端锥尖的外侧面为圆弧面。
其中，所述模头的内部设有气腔，所述气流通道与气腔连通。
其中，所述倾斜气槽两侧的槽壁面为平面或圆弧面。
其中，所述模头的上端设有台阶孔，所述分体式喷丝头的上端外侧成型有环形凸台，所述环形凸台通过螺栓与台阶孔上端面固定连接。
优选的，所述分体式喷丝头的圆柱段与模头之间通过密封胶密封连接。
其中，所述喷丝孔细孔的直径d为0.05-0.3mm，所述喷丝孔细孔的长径比为15-45。
所述倾斜气槽的下端宽度e为0.65±1.5mm，所述倾斜气槽的高度H为5-15mm。
所述分体式喷丝头的长度P为10-100mm，所述分体式喷丝头的锥尖厚度f为1±0.25mm。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1、本发明采用收缩式气槽与横截面为圆弧形的喷丝头后，很大程度上减小了反向回流区的反向速度，减少了射流的动量损失，削弱了回流现象对熔融聚合物的不利影响，同时射流速度得到了较大程度的提高，加大了射流对聚合物纤维的牵引作用，对纤维细化具有明显地效果。
2、本发明的分体式喷丝头与模头之间为分体式结构，便于模头的加工制造，节约因整体式模头的喷丝孔损坏而整体更换带来的不便和设备维护成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中分体式喷丝头的主视图的放大图；
图3为本发明中分体式喷丝头的俯视图的放大图；
图4为本发明中模头主体的俯视图的放大图；
图5为本发明中倾斜气槽处的结构放大图。
附图标记说明：
1、模头主体；11、阶梯孔；12、喷丝头安装孔；2、分体式喷丝头；21、矩形体；22、锥形体；23、外伸结构；3、气板；4、倾斜气槽；5、熔融体流道；51、喷丝孔粗孔；52、喷丝孔细孔；6、气流通道；61、水平气槽；7、气腔；8、螺栓。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明提供一种制备超细纤维的分体式双槽熔喷模头，包括模头和分体式喷丝头2，所述模头包括模头主体1和气板3，所述气板3固定连接于模头主体1的下方，所述模头主体1上根据其宽幅尺寸设置至少一个喷丝头安装孔12（见图4）。
本实施例中，所述模头主体1、分体式喷丝头2和气板3均为分体式结构，所述模头主体1包括模头左侧主体和模头右侧主体，所述气板3包括左气板和右气板，所述左气板固定连接于模头左侧主体的下方，所述右气板固定连接于模头右侧主体的下方，所述喷丝头安装孔分成对称的两半孔对称开设于模头左侧主体和模头右侧主体上，所述分体式喷丝头2的两半对应地安装于喷丝头安装孔的两半孔内。
所述分体式喷丝头2的上部设置了向两侧延伸的外伸结构23，外伸结构23上开设有若干个安装固定用的通孔，所述的模头主体1的上端开设有阶梯孔11，并开有若干个螺纹盲孔，与分体式喷丝头2的外伸结构23的通孔相配合，用于通过螺栓8将分体式喷丝头2的安装固定。
所述分体式喷丝头2可分离式安装于喷丝头安装孔12内，所述分体式喷丝头2的圆柱段与模头1之间通过密封胶密封连接。
如图2、图3所示，所述分体式喷丝头2的上段为矩形体21，下段为锥形体22，所述分体式喷丝头2的内部贯穿有熔融体流道5，所述熔融体流道5的上段为喷丝孔粗孔51，下段为喷丝孔细孔52，所述喷丝孔粗孔51和喷丝孔细孔52之间通过锥形孔过度，所述喷丝孔粗孔51的上端与熔融态的聚合物螺杆挤出装置相连通。
所述分体式喷丝头2外侧设有气流通道6，所述模头本体1的内部设有气腔7，所述气流通道6与气腔7连通，所述气腔7与外部供应热气体的装置相连接。
所述气流通道6包括位于模头主体1和气板3之间的水平气槽61和位于气板3与分体式喷丝头2的下段外侧之间的倾斜气槽4，所述水平气槽61的横截面为直角梯形或矩形，所述倾斜气槽4的横截面为矩形或圆形，但不限于此。
所述倾斜气槽4为从上往下的渐缩式结构，所述倾斜气槽4的下端为收缩后的小口端，靠近喷丝孔细孔52的出口位置。所述倾斜气槽4两侧的槽壁面为平面或圆弧面，即分体式喷丝头2的下段外侧面和气板3的内侧面为平面或圆弧面，也可以为一般曲面。
所述分体式喷丝头2的下端锥尖为圆弧形状，即分体式喷丝头2的下端外侧面为圆弧面，并与上部的分体式喷丝头外壁面相切。
所述分体式喷丝头2的下端点与气板3的下端面位于同一平面上。
如图5所示，所述喷丝孔细孔52的直径d为0.05-0.3mm，长径比为15-45。
所述倾斜气槽4的下端宽度e为0.65±1.5mm，所述倾斜气槽4的高度H为5-15mm。
所述分体式喷丝头2的长度P为10-100mm，所述分体式喷丝头2的锥尖厚度f为1±0.25mm。
气槽角α为倾斜气槽内部的参考线与气板底部端面的夹角，参考线与分体式喷丝头外侧壁面所成的夹角为β，参考线与气板内侧壁面所成的夹角为θ，分体式喷丝头底部圆角半径为r。
本发明的工作原理为：本发明提供的制备超细纤维的分体式双槽熔喷模头，在熔喷加工过程中，热气体由外部供气设备进入气腔7流入气流通道6，再进入倾斜气槽4中，经倾斜气槽4窄口喷射高速热气流，对喷丝孔细孔52挤出的熔融聚合物进行拉伸成超细的熔喷纤维。由于倾斜气槽4的截面形状由入口到出口持续变窄，从而使气流速度得到大幅提升，使得更大的动能作用在熔融体上，进而在不增加能耗的基础上，较高的气流速度能够有效较少纤维的直径，从而得到更细的纤维，节约生产成本。
分体式喷丝头2顶部的圆弧壁面能够有效减小喷丝孔细孔52出口附近的气体回流区，降低了该区域的反向速度，使喷丝孔细孔52出口附近的气体流场更加平稳，同时使得气流速度得到了更大程度地提升，减小纤维的断裂和黏连，有利于纤维的拉伸细化。
本发明中，分体式喷丝头2相对于模头本体1分离出来，单独加工制造，利于熔喷模头喷丝孔的加工，便于将损坏的旧喷丝头更化成新喷丝头，减小了整体式结构由于喷丝孔的损毁、堵塞等原因而更换新模头带来的较大的设备成本，维护方便。
下面结合几个具体实施例进一步阐述本发明的技术方案。
实施例1
从分体式喷丝头2中的熔融体流道5的出口处挤出熔融体，从倾斜气槽4中靠近喷丝孔细孔52出口的气流出口端喷射高速高温气流，高速高温气流对熔喷细丝进行拉伸细化。
本实施例中的模头为普通熔喷模头，具体尺寸值，气槽角α为60°，倾斜气槽的出口宽度e为0.65mm，夹角β=θ=0°，喷丝头顶部宽度f=2mm，喷丝头顶部圆角半径为r=0；倾斜气槽上部入口气体的压力为1.2atm，气体温度为500K。经过模拟分析，沿着熔融体运动的中心线方向上，最大气流速度为159m/s，在距离喷丝孔顶部15mm范围内的纤维主拉伸区域，气体的平均速度为113.8m/s，气体平均温度为460K。
实施例2
从分体式喷丝头2中的熔融体流道5的出口处挤出熔融体，从倾斜气槽4中靠近喷丝孔细孔52出口的气流出口端喷射高速高温气流，高速高温气流对熔喷细丝进行拉伸细化。
本实施例中模头的具体尺寸值：气槽角α为60°，倾斜气槽的出口宽度e为0.65mm，夹角β=θ=6°，喷丝头顶部宽度f=2mm；倾斜气槽上部入口气体的压力为1.2atm，气体温度为500K。经过模拟分析，沿着熔融体运动的中心线方向上，最大气流速度为165m/s，在距离喷丝孔顶部15mm范围内的纤维主拉伸区域，气体的平均速度为118.3m/s，气体平均温度为457K，本实施例中的模头结构比实施例1中模头的最大气流速度提高了3.8%，主拉伸区的平均速度提高了4.3%。
实施例3
从分体式喷丝头2中的熔融体流道5的出口处挤出熔融体，从倾斜气槽4中靠近喷丝孔细孔出口的气流出口端喷射高速高温气流，高速高温气流对熔喷细丝进行拉伸细化。
本实施例中模头的具体尺寸值：气槽角α为60°，倾斜气槽的出口宽度e为0.65mm，夹角β=θ=6°，喷丝头顶部圆角半径为r=1.54mm；倾斜气槽上部入口气体的压力为1.2atm，气体温度为500K。经过模拟分析，沿着熔融体运动的中心线方向上，最大气流速度为200m/s，在距离喷丝孔顶部15mm范围内的纤维主拉伸区域，气体的平均速度为160.6m/s，气体平均温度为470K，本实施例中的模头结构比实施例1中模头的最大气流速度提高了25.8%，主拉伸区的平均速度提高了41.1%，平均气体温度提高了2.17%。
实施例4
从分体式喷丝头2中的熔融体流道5的出口处挤出熔融体，从倾斜气槽4中靠近喷丝孔细孔出口的气流出口端喷射高速高温气流，高速高温气流对熔喷细丝进行拉伸细化。
本实施例中模头的具体尺寸值，气槽角α为60°，倾斜气槽的出口宽度e为0.65mm，夹角β=0°，θ=12°，喷丝头顶部宽度f=2mm；倾斜气槽上部入口气体的压力为1.2atm，气体温度为500K。经过模拟分析，沿着熔融体运动的中心线方向上，最大气流速度为178m/s，在距离喷丝孔顶部15mm范围内的纤维主拉伸区域，气体的平均速度为127.9m/s，气体平均温度为457K，本实施例中的模头结构比实施例1中模头的最大气流速度提高了11.9%，主拉伸区的平均速度提高了12.4%。
实施例5
从分体式喷丝头2中的熔融体流道5的出口处挤出熔融体，从倾斜气槽4中靠近喷丝孔细孔出口的气流出口端喷射高速高温气流，高速高温气流对熔喷细丝进行拉伸细化。
本实施例中模头的具体尺寸值：气槽角α为60°，倾斜气槽的出口宽度e为0.65mm，夹角β=0°，θ=12°，喷丝头顶部圆角半径为r=1.73mm；倾斜气槽上部入口气体的压力为1.2atm，气体温度为500K。经过模拟分析，沿着熔融体运动的中心线方向上，最大气流速度为202m/s，在距离喷丝孔顶部15mm范围内的纤维主拉伸区域，气体的平均速度为158.3m/s，气体平均温度为465K，本实施例中的模头结构比实施例1中模头的最大气流速度提高了27%，主拉伸区的平均气流速度提高了39.1%，平均气体温度提高了1.085%。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种制备超细纤维的分体式双槽熔喷模头，其特征在于，包括模头和分体式喷丝头，所述模头上设置至少一个喷丝头安装孔，所述分体式喷丝头可分离式安装于喷丝头安装孔内，所述分体式喷丝头的上段为矩形体，下段为锥形体，所述分体式喷丝头的内部贯穿有熔融体流道，所述熔融体流道的上段为喷丝孔粗孔，下段为喷丝孔细孔，所述喷丝孔粗孔和喷丝孔细孔之间通过锥形孔过度；
所述模头的内侧设有位于分体式喷丝头外侧的气流通道，所述分体式喷丝头的下段外侧的气流通道为从上往下的渐缩式结构，所述分体式喷丝头的下端点与模头的下端面位于同一平面上。
2.根据权利要求1所述的制备超细纤维的分体式双槽熔喷模头，其特征在于，所述模头包括模头主体和气板，所述气板固定连接于模头主体的下方，所述气流通道包括位于模头主体和气板之间的水平气槽和位于气板与分体式喷丝头的下段外侧之间的倾斜气槽，所述倾斜气槽为从上往下的渐缩式结构。
3.根据权利要求1或2所述的制备超细纤维的分体式双槽熔喷模头，其特征在于，所述分体式喷丝头的下端锥尖的外侧面为圆弧面。
4.根据权利要求1或2所述的制备超细纤维的分体式双槽熔喷模头，其特征在于，所述模头的内部设有气腔，所述气流通道与气腔连通。
5.根据权利要求2所述的制备超细纤维的分体式双槽熔喷模头，其特征在于，所述倾斜气槽两侧的槽壁面为平面或圆弧面。
6.根据权利要求1所述的制备超细纤维的分体式双槽熔喷模头，其特征在于，所述分体式喷丝头的上部设置有向两侧延伸的外伸结构，所述外伸结构上开设有若干个安装固定用的通孔，所述的模头主体的上端开设有阶梯孔，并开有若干个与外伸结构上的通孔相配合的螺纹盲孔，所述分体式喷丝头通过螺栓与模头主体固定连接。
7.根据权利要求1所述的制备超细纤维的分体式双槽熔喷模头，其特征在于，所述分体式喷丝头的圆柱段与模头之间通过密封胶密封连接。
8.根据权利要求1所述的制备超细纤维的分体式双槽熔喷模头，其特征在于，所述喷丝孔细孔的直径d为0.05-0.3mm，所述喷丝孔细孔的长径比为15-45。
9.根据权利要求1所述的制备超细纤维的分体式双槽熔喷模头，其特征在于，所述倾斜气槽的下端宽度e为0.65±1.5mm，所述倾斜气槽的高度H为5-15mm。
10.根据权利要求1所述的制备超细纤维的分体式双槽熔喷模头，其特征在于，所述分体式喷丝头的长度P为10-100mm，所述分体式喷丝头2的锥尖厚度f为1±0.25mm。
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