CN112726191B - 一种熔喷丝在线等离子材料表面改性装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种熔喷丝在线等离子材料表面改性装置，包括喷丝板，所述喷丝板底部连接有进料板，所述喷丝板上端设置有侧端凸出部及中间凸起部，所述中间凸起部上端设置有出气口，所述中间凸起部与侧端凸出部之间设置有气流板，所述气流板与中间凸起部接触处设置有等离子放电电极结构。本发明采用等离子电极结构进行材料表面改性，无需使用改性剂，绿色环保；无需使用特殊性能材料,减少投入；本发明将等离子电极结构引入熔喷过程实现熔喷丝的表面性能改善，提高产品性能，克服了无法对成品布卷内层组织进行处理的问题；本发明结构简单，易于拆卸和安装，可更换电极材料，方便快捷；使用方法简单，安全高效。

Description

一种熔喷丝在线等离子材料表面改性装置及其方法

技术领域

本发明属于熔喷非织造技术领域，具体涉及一种熔喷丝在线等离子材料表面改性装置及其方法。

背景技术

熔喷法非织造布最早于1954年由美国海军研制，其通过气流喷射方法，可将纤维直径控制在5μm以下。由于纤维直径很小，柔软，从而被制得非织造布。随着技术的不断发展于完善，熔喷非织造材料在过滤、防水、吸附、阻菌、保暖、医疗卫生等方面应用增多。近年来，熔喷非织造新材料、新工艺和新产品不断涌现，应用领域不断拓展。

中国专利CN111334875A公开了一种熔喷织机喷丝喷头用气流导流板，包括熔流体进料板、喷丝板主体，所述熔流体进料板上表面设有熔体流道；在喷丝板主体上部凸起处两侧设有对称的气体喷流板；所述喷丝板主体上表面设有气腔，凸起处顶端设有一排均匀分布的喷丝孔；所述气体喷流板上设有进气孔与导流槽，该专利通过导流槽形成导向流，使空气射流更加平稳，从而对熔丝纤维的牵引更加平稳尺寸均匀，提升熔喷无织布的品质；但该发明在使用过程中溶体流道较少，处理过程较慢，缺乏喷丝前的预处理和过滤过程，喷出的丝可能存在杂质，品质难以保证。

熔喷无纺布生产成本低，具有柔软和蓬松的特点，因此用作湿巾的基材可保证产品的柔软性，吸水率和保水率。原料方面，由于聚丙烯(PP)具有质地轻、弹性好、强力高、不起球、耐腐蚀、耐酸、耐碱、耐化学溶剂性、抗微生物性好、不毒不蛀、对皮肤无过敏、卫生性能好、阻燃性好、耐污性好、易洗涤清洁等一系列优点，是较佳的湿巾材料选择。加之丰富的原料及低廉的价格，当今绝大多数湿巾材料均选择PP原料，目前为止，有90％以上的熔喷非织造布以PP为原料。但是，由于PP为大分子结构，且不含亲水性基团，结构致密，缺少微孔和缝隙，所以未经处理的PP熔喷非织造布亲水性较差。

中国专利CN107938172B公开了一种亲水性熔喷无纺布及其制备方法，该发明以聚丙烯、聚丁烯对苯二甲酸酯为基体，通过加入氯化联苯和二硫化钼进行改性，可以大幅提升熔喷加工中熔体流动性，制备出一种孔径较小、过滤精度较高的改性熔喷无纺布，制备得到的无纺布强度高、弹性好；同时，对熔喷得到的无纺布采用复配活性表面剂进行表面亲水性处理，调整亲水性处理的参数，使得表面活性剂能够吸附于无纺布的表面，能有效改变无纺布表面的润湿性能，降低水的表面张力，提升无纺布的亲水性。但是，该发明主要是在通过新材料研制或无纺布成品处理方式来实现亲水性改善；新材料研发成本高昂，而对成品布卷的处理，往往只能对表层进行处理，无法处理内层组织。

常压DBD等离子装置，是指能在1个标准大气压或近似于大气压下引发气体电离，产生类似于辉光等离子体的设备。与丝状放电相比，准辉光放电等离子体更加稳定、均匀，更适合大面积的材料或产品进行表面处理。在等离子体表面处理中，等离子体与表面材料之间产生多种物理、化学反应，表面因产生刻蚀而变粗糙(属表面能增加，与水分子之间的吸引力增加)，同时引入不同的含氧极性基团(氧等离子体处理，或放置空气中后续产生后续氧化)，极性基团与有极分子水分子存在吸引力作用，由此处理后材料表面表现出亲水性。

但是，等离子装置气体电离的强烈程度受到初始电子密度、气体纯度、气体附着、剩余气体中存在亚稳态、电子、离子、电介质、电子能量等多种因素的影响。等离子装置中的特殊性质的电介质也有利于大面积均匀等离子体的产生；且需要电子具有较高的能量；较低能量的电子只能通过振动损失输入电能，无法满足化学反应的反应条件。因此提高高能电子放电空间内的分布对于获得有效的等离子体化学反应速率非常重要。

因此，如何将等离子装置引入熔喷过程，设计一种减少改性剂使用、绿色环保的熔喷丝在线等离子材料表面改性装置及其方法，实现熔喷丝的亲水性改善，提高产品性能，对本领域技术人员来说是至关重要的。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于将等离子装置引入熔喷过程，设计一种减少改性剂使用、绿色环保的熔喷丝在线等离子材料表面改性装置及其方法，实现熔喷丝的亲水性改善，提高产品性能。

为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案。

一种熔喷丝在线等离子材料表面改性装置，包括喷丝板，所述喷丝板底部连接有进料板，所述喷丝板上端设置有侧端凸出部及中间凸起部，所述中间凸起部上端设置有出气口，所述中间凸起部与侧端凸出部之间设置有气流板，所述气流板与中间凸起部接触处设置有等离子放电结构。

优选地，所述等离子放电结构内嵌于气流板中，所述等离子放电结构的长度小于气流板的长度。

优选地，所述等离子放电结构上表面与气流板上表面呈水平。

优选地，所述等离子放电结构包括电极，所述电极外侧包覆有绝缘层。

优选地，所述电极为导电金属，所述电极接入电源。

优选地，所述喷丝板侧端凸出部的高度与气流板高度一致。

优选地，所述喷丝板与进料板之间设置有过滤层，所述过滤层上设置有规则排列的过滤孔。

优选地，所述喷丝板上表面设置有气腔，所述气流板上设置有进气孔和输气孔，所述气腔、所述进气孔与所述输气孔连通。

优选地，所述进料板上表面设置有熔体通道。

一种熔喷丝在线等离子材料表面改性方法，使用上述所述的一种熔喷丝在线等离子材料表面改性装置，包括以下步骤：

S1、装置组装及通电；

S2、等离子放电结构在出气口之间产生大量等离子体；

S3、将熔融的化纤原材料通入进料板的熔体流道；

S4、熔融的化纤原材料经过过滤板过滤后从喷丝板出气口喷出丝状材料；

S5、等离子体对喷出的丝状材料进行表面改性；

S6、向进气孔通入高温高压气体；

S7、气体经气腔向输气孔运动，喷出气流；

S8、气流牵引表面改性后的丝状材料形成纤维。

本发明所获得的有益技术效果：

1)本发明采用等离子电极结构进行材料表面改性，无需使用改性剂，绿色环保；无需无需使用特殊性能材料,减少投入，成本较低。

2)本发明将等离子电极结构引入熔喷过程实现熔喷丝的表面性能改善，提高产品性能。

3)本发明的表面改性基于布卷的原材料表面处理，克服了无法对成品布卷内层组织进行处理的问题。

4)本发明在熔体流道上设置了较多支路，并含有较多的气孔，加快了处理的过程，本发明通过设置过滤层对喷丝原材料进行喷丝前过滤，克服了喷出的丝可能存在杂质的问题。

5)本发明结构简单，易于拆卸和安装，可更换电极材料，方便快捷；使用方法简单，安全高效。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

根据下文结合附图对本申请具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述及其他目的、优点和特征。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中的剖视图；

图3是本发明剖视图的局部放大图；

图4是本发明中的气流板的结构示意图；

图5是本发明中的喷丝板的结构示意图；

图6是本发明喷丝板中A部的局部放大图；

图7是本发明进料板的结构示意图；

图8是本发明过滤板的结构示意图。

其中：1、喷丝板；2、进料板；3、侧端凸出部；4、中间凸出部；5、出气口；6、气流板；7、等离子放电结构；8、电极；9、绝缘层；10、过滤层；11、过滤孔；12、气腔；13、进气孔；14、输气孔；15、熔体通道。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。

应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

本文中术语“至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B的至少一种，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。

实施例1

如附图1所示，一种熔喷丝在线等离子材料表面改性装置，包括喷丝板1，所述喷丝板1底部连接有进料板2，所述喷丝板1上端设置有侧端凸出部3及中间凸起部4，所述中间凸起部4与侧端凸出部3之间设置有气流板6，所述气流板6与中间凸起部4接触处设置有等离子放电结构7。

进一步的，如附图2所示，所述喷丝板内部设置有中空结构，所述中空结构用于传输气流和溶体材料；所述气流板6横切面为直角梯形，所述直角梯形上底与喷丝板1上端面相连。

进一步的，如附图4所示，所述等离子放电结构7内嵌于气流板6中，所述等离子放电结构7的长度小于气流板6的长度。

进一步的，所述等离子放电结构7为柱体，横切面为三角形或扇形中的一种，所述三角形或扇形的角度与气流板6横切面锐角的角度一致。

进一步的，如附图3所示，所述等离子放电结构7包括电极8，所述电极8外侧包覆有绝缘层9，所述绝缘层为玻璃或陶瓷中的一种或其组合。

进一步的，所述电极8为导电金属，包括铜、铝、锌、锂、镍，或其合金中的一种或其结合，所述电极8接入电源。

如附图5所示，所述喷丝板1侧端凸出部3的高度与气流板6高度一致；所述喷丝板1中间凸起部4的角度为30～150°。

如附图6所示，所述中间凸起部4上端设置有出气口5，所述出气口5为一排均匀排布的小孔。

如附图7所示，所述进料板2上表面设置有熔体通道15，所述熔流通道包含一个通道。

进一步的，所述通道上设置有n条支路，n为正整数。

进一步的，如附图2所示，所述喷丝板1与进料板2之间设置有过滤层10，所述过滤层设置于中空结构内部，所述过滤层设置在如附图8所述过滤层10上设置有规则排列的过滤孔11。

进一步的，所述喷丝板1上表面设置有气腔12，所述气腔为一排均匀排布的孔，所述气流板6上设置有进气孔13和输气孔14，所述气腔12、所述进气孔13与所述输气孔14连通。

实施例2

本实施例是在上述实施例1的基础上进行阐述，与上述实施例1相同之处不予赘述。

本实施例主要介绍一种等离子体放电结构。

一种等离子体放电结构内嵌于气流板6中，所述等离子放电结构的长度小于气流板6的长度。

进一步的，所述等离子放电结构7为柱体，所述等离子放电结构最外层为绝缘层，所述绝缘层内部设置有n个电极，所述n个电极之间设置有弹簧，所述弹簧使得n个电极与陶瓷绝缘件10紧密配合，保证电极和陶瓷的充分接触。

进一步的，所述电极的一端连接外部高压电源装置。

进一步的，所述等离子体放电结构上端设有进气通道，侧面设有等离子通道设有与等离子通道连接的等离子出口。

横切面为三角形或扇形中的一种，所述三角形或扇形的角度与气流板(6)横切面锐角的角度一致。

进一步的，所述绝缘层为玻璃或陶瓷中的一种或其组合。

进一步的，所述电极为导电金属，包括铜、铝、锌、锂、镍，或其合金中的一种或其结合。

实施例3

本实施例是在上述实施例1的基础上进行阐述，与上述实施例1相同之处不予赘述。

本实施例主要介绍一种熔喷丝在线等离子材料表面改性方法，使用所述的一种熔喷丝在线等离子材料表面改性装置，包括以下步骤：

S1、装置组装及通电；

S2、等离子放电结构7在出气口5之间产生大量等离子体；

S3、将熔融的化纤原材料通入进料板2的熔体流道15；

S4、熔融的化纤原材料经过过滤层10过滤后从喷丝板1出气口5喷出丝状材料；

S5、等离子体对喷出的丝状材料进行表面改性；

S6、向进气孔13通入气体；

S7、气体经气腔12向输气孔14运动，喷出气流；

S8、气流牵引表面改性后的丝状材料形成纤维。

实施例4

本实施例是在上述实施例3的基础上进行阐述，主要介绍该装置亲水性改进方法。

一种熔喷丝在线等离子材料表面改性方法，包括以下步骤：

首先，根据需表面处理更改的性能选取电极，控制反应条件；

然后，将电极嵌入气流板中，通电；电极在出气口5之间产生大量等离子体；

将熔融的化纤原材料通入进料板中，原材料通过熔体流道15流至过滤层10，过滤层10过滤后，流入喷丝板1中；

同时，向进气孔12通入气体，气体在装置中流通，后形成高压气流喷出；

最后，喷丝板1从出风口喷出丝状材料；喷出过程中等离子体对丝状材料进行表面处理使其获得亲水性；高压气流将处理后的丝状材料吹出设备形成纤维。

实施例5

本实施例是在上述实施例1的基础上进行阐述，主要介绍该装置中的喷丝板。

所述喷丝板1为HALF结构，所述喷丝板1包括两个熔喷板组件，所述每个熔喷板组件上端一侧设置有侧端凸出部3，所述每个熔喷板组件上端另一侧设置有尖端凸出部，所述两个尖端凸出部组成中间凸起部，所述两个熔喷板组件之间通过导向定位结构或研合连接。

进一步的，所述导向定位结构包括凸出部和凹陷部，所述凸出部和凹陷部分别设置在两个熔喷板组件上，所述凸出部和凹陷部匹配连接。

进一步的，所述尖端凸出部中间部设置有出气口5，所述出气口5为一排均匀分布的柱体凹槽，所述柱体凹槽位于尖端凸出部4的侧面。

进一步的，所述出气口5的横截面为圆弧形、方形、三角形中的一种或任意结合。

进一步的，所述出气口5的孔径为0.05～0.15mm或0.2～0.25mm，所述喷丝孔的深度为1.5～4mm。

进一步的，所述出气口5位于两个熔喷板组件中的其中一个。

进一步的，所述出气口5位于两个熔喷板组件上。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，其并非因此限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，通过常规的替代或者能够实现相同的功能在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和参数变更均落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种熔喷丝在线等离子材料表面改性装置，包括喷丝板(1)，其特征在于，所述喷丝板(1)底部连接有进料板(2)，所述喷丝板(1)上端设置有侧端凸出部(3)及中间凸起部(4)，所述中间凸起部(4)上端设置有出气口(5)，所述中间凸起部(4)与侧端凸出部(3)之间设置有气流板(6)，所述气流板(6)与中间凸起部(4)接触处设置有等离子放电结构(7)；

所述喷丝板(1)与进料板(2)之间设置有过滤层(10)，所述过滤层(10)上设置有规则排列的过滤孔(11)。

2.根据权利要求1所述的一种熔喷丝在线等离子材料表面改性装置，其特征在于，所述等离子放电结构(7)内嵌于气流板(6)中，所述等离子放电结构(7)的长度小于气流板(6)的长度。

3.根据权利要求2所述的一种熔喷丝在线等离子材料表面改性装置，其特征在于，所述等离子放电结构(7)为柱体，横切面为三角形或扇形中的一种。

4.根据权利要求2所述的一种熔喷丝在线等离子材料表面改性装置，其特征在于，所述等离子放电结构(7)包括电极(8)，所述电极(8)外侧包覆有绝缘层(9)。

5.根据权利要求4所述的一种熔喷丝在线等离子材料表面改性装置，其特征在于，所述电极(8)为导电金属，所述电极(8)接入电源。

6.根据权利要求1所述的一种熔喷丝在线等离子材料表面改性装置，其特征在于，所述喷丝板(1)中间凸起部(4)的角度为30～150°。

7.根据权利要求1所述的一种熔喷丝在线等离子材料表面改性装置，其特征在于，所述喷丝板(1)上表面设置有气腔(12)，所述气流板(6)上设置有进气孔(13)和输气孔(14)，所述气腔(12)、所述进气孔(13)与所述输气孔(14)连通。

8.根据权利要求1所述的一种熔喷丝在线等离子材料表面改性装置，其特征在于，所述进料板(2)上表面设置有熔体通道(15)。

9.一种熔喷丝在线等离子材料表面改性方法，使用权利要求1-8任一项所述的一种熔喷丝在线等离子材料表面改性装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1、装置组装及通电；

S2、等离子放电结构(7)在出气口(5)之间产生大量等离子体；

S3、将熔融的化纤原材料通入进料板(2)的熔体流道(15)；

S4、熔融的化纤原材料经过过滤层(10)过滤后从喷丝板(1)出气口(5)喷出丝状材料；

S5、等离子体对喷出的丝状材料进行表面改性；

S6、向进气孔(13)通入气体；

S7、气体经气腔(12)向输气孔(14)运动，喷出气流；

S8、气流牵引表面改性后的丝状材料形成纤维。

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