CN115537945A - 一种可细化聚合物纤维的熔喷纺丝模头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可细化聚合物纤维的熔喷纺丝模头，涉及非织造设备技术领域。该新型熔喷纺丝模头结构包括喷丝板、气板和绕流件，喷丝板的熔融体流道下方设有出丝孔，气板设于新型熔喷模头的下侧方，绕流件设于喷丝板与气板之间，绕流件将喷丝板与气板之间的气道分成了第一气道和第二气道，绕流件从上端至下端的横截面形状呈现先小逐渐变大再变小的形状。本发明中气道中设置的绕流件增大了熔喷纺丝的气流速度，增加了纺丝模头附近的气体温度，使得聚合物纤维细化的程度得到了较大程度地提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种可细化聚合物纤维的熔喷纺丝模头，属于非织造熔喷设备技术领域。
背景技术
非织造布又称无纺布，作为最近几十年出现的新型纺纺织布料，凭借着其良好的透气和舒适性，熔喷技术的应用前景非常广阔，占据了纺织品市场的大部分份额。而非织造纺织布生产所采用的熔喷技术是纺织工业中重要的领域，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，将熔融的聚合物沉积在离模具有段距离的筛网成粘结成非织造材料。
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，替代传统具有内壁面为平行结构的熔喷模头（如图1）。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。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种可细化聚合物纤维的熔喷纺丝模头，通过在模头的喷丝板与气板之间设置一绕流件改变模头气流通道的形状与模头出丝孔顶部的结构，设计了熔喷纺丝模头，模头设计巧妙、结构简单，增大了射流的气流速度和气流温度，进一步提高了聚合物纤维细化的程度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可细化聚合物纤维的熔喷纺丝模头，包括喷丝板、气板和绕流件；所述绕流件设置在喷丝板与气板之间的气道；所述喷丝板的中心位置设置有熔融体流道；所述熔融体流道的下方设置有出丝孔；所述喷丝板与绕流件之间的空腔为第一气道；所述气板与绕流件之间的空腔为第二气道。
进一步的，所述熔融体流道两侧为内壁面，其和喷丝板的外侧斜面呈现一定夹角，且两者接触位置为尖头状或圆弧状。
进一步的，所述绕流件为轴对称结构，其中心的对称轴与所述气道的对称轴平行或重合。
进一步的，所述绕流件从上端至下端的横截面形状呈先小逐渐变大再逐渐变小的形状，可设为圆形，椭圆形、翼型或者三角形。
进一步的，所述第一气道和第二气道分别位于绕流件的左右两侧，第一气道和第二气道的结构形状呈现为先收缩再突变扩大的形式。
进一步的，所述喷丝板的外侧斜面与气板的内壁面的截线设为具有一定角度且收缩段朝下。
进一步的，所述气板和绕流件的底端的高度不高于喷丝板的出丝孔的高度，所述气板底端的高度低于绕流件底端的高度。
本发明的有益效果是：本发明通过将传统的熔喷模头的气道中设置一绕流件，同时将气道两边的内壁面由传统的平行结构改成具有一定角度的收缩结构，从而增加气流在丝路上的流速；出丝孔处设为圆弧状，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，使纤维束能够得到更加稳定地更大程度地牵伸，从而得到超细的纳米纤维。
附图说明
图1为现有的传统熔喷模头示意图；
图2为本发明的熔喷纺丝模头结构示意图；
图3为本发明喷丝板顶部为圆弧状的结构示意图；
图4为本发明一实施例示出的绕流件为三角形的结构示意图；
图5为本发明一实施例示出的绕流件为圆头尖尾翼型的结构示意图；
图6为本发明一实施例示出的绕流件为尖头尖尾翼型的结构示意图。
图中：1、喷丝板，11、熔融体流道，12、出丝孔，13、外侧斜面，14、出丝孔内壁面，2、气板，21、气板内壁面，22、气板底面，3、绕流件，31、对称轴，4、气道，41、第一气道，42、第二气道。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
如图2所示，本发明实施了一种可细化聚合物纤维的熔喷纺丝模头，包括喷丝板1、气板2和绕流件3，喷丝板的1中心设有熔融体流道11，喷丝板1的熔融体流道11下方设有出丝孔12；气板2设于新型熔喷模头的下侧方，的绕流件3设于喷丝板1与气板2之间，绕流件3将喷丝板1与气板2之间的气道4分成了第一气道41和第二气道42。
如图3所示，喷丝板1的出丝孔12内壁面14与喷丝板1外侧斜面13设为尖头状，或者设为圆弧形状，圆弧与喷丝板1外侧斜面13相切，很大程度上减小了出丝孔12处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，使纤维束能够得到更加稳定地更大程度地牵伸。
如图4至图6所示，绕流件3设为轴对称结构，轴对称绕流件3的对称轴31与的气道4的对称轴平行或重叠，的绕流件3从上端至下端的横截面形状呈先小逐渐变大再逐渐变小的形状，可设为圆形，椭圆形、翼型、三角形等，但不限于此。
如图2所示，的第一气道41和第二气道42分别位于绕流件3的左右两侧，第一气道和第二气道的形状呈现为先收缩再突变扩大的结构。
如图2所示，构成气道4的喷丝板1外侧斜面13与气板2内壁面21的截线设为具有一定角度且收缩段朝下，可设为平行直线、圆弧线或其他曲线，斜面13与内壁面21与绕流件围成的第一气道41和第二气道42皆为缩-扩结构，双通道能够有效提升气流的速度，起到对气流加速的作用。
如图4至图6所示，的气板2和绕流件3的底端的高度不高于喷丝板1的出丝孔12的高度，的气板2底端的高度可低于绕流件3底端的高度。
本发明实施例提供的新型熔喷纺丝模头结构，在熔喷加工过程中，热气体由外部供气设备进入气腔4分别流入第一气道41和第二气道42，在各气道中由于缩-扩式结构气流加速喷射高速热气流，在出丝孔处两道气流合流，对出丝孔12挤出的熔融聚合物牵伸成纳米纤维。由于气道的截面形状由入口到出口持续变窄收缩再突变扩大，从而使气流速度得到大幅提升，气流温度得到较长时间的保持，使得更大的动能和较高的热量作用在熔融体上，进而使较高的气流速度和温度能够有效减小纤维的直径，从而得到更细的纤维。
如图1至图6所示，出丝孔12的直径d可取0.1-0.5mm；气道底端宽度e为0.5-2mm，气道高度h为5-15mm，出丝孔12顶端宽度f取值为0.25mm-1mm。
其中，m为绕流件3的底端与出丝孔的距离，n为气板2的底面22与出丝孔的距离，第一气道与第二气道的最小宽度分别为b1、b2，气道角α为绕流件3的对称轴线31与气板底部端面22的夹角，对称轴线31与喷丝板1外侧壁面13、气板内壁面22所成的夹角分别为θ1和θ2，喷丝头顶部圆角半径为r。
实施例1
从喷丝板2熔融体流道11的出丝孔处挤出熔融体，同时气道4中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。
本实施例中的喷丝模头为普通熔喷模头，如图1所示，具体尺寸值，气道角α为60°，气槽的出口宽度e为0.6mm，夹角β=θ=0°，喷丝头顶部宽度f=1.5mm，喷丝头顶部圆角半径为r=0；气槽上部入口气体的压力为1.3atm，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175m/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122.9m/s，气体平均温度为448K。
实施例2
从从喷丝板2熔融体流道11的出丝孔处挤出熔融体，同时第一气道41和第二气道42中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。
本实施例中的喷丝模头结构，如图4所示，具体尺寸值，气道的出口宽度b1=b2=0.6mm，α为60°，夹角θ1=θ2=10°，喷丝头顶部宽度f=1.5mm，距离m=0mm,距离n=0.78mm；气槽上部入口气体的压力为1.3atm，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234m/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190m/s，气体平均温度为465K，本实施例中的模头结构比实施例1中传统模头的最大气流速度提高了33.7%，主拉伸区的平均速度提高了54.6%，平均气体温度提高了3.8%。
实施例3
从喷丝板2熔融体流道11的出丝孔处挤出熔融体，同时第一气道41和第二气道42中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。
本实施例中的喷丝模头结构，如图5所示，的具体尺寸值，气道角α为60°，气道的出口宽度b1=b2=0.6mm，夹角θ1=θ2=10°，出丝孔直径d=0.5mm，喷丝头顶部圆角半径为r=0.75mm，距离m=2mm,距离n=3.2mm；气槽上部入口气体的压力为1.3atm，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251m/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193.2m/s，气体平均温度为484K，本实施例中的模头结构比实施例1中传统模头的最大气流速度提高了43.4%，主拉伸区的平均速度提高了57.2%，平均气体温度提高了8%。
实施例4
从从喷丝板2熔融体流道11的出丝孔处挤出熔融体，同时第一气道41和第二气道42中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。
本实施例中的喷丝模头结构，如图6所示，具体尺寸值，气道角α为60°，气道的出口宽度b1=0.6，b2=0.6mm，夹角θ1=θ2=15°，出丝孔直径d=0.5mm，喷丝头顶部圆角半径为r=0.75mm，距离m=2mm,距离n=3.2mm；气槽上部入口气体的压力为1.3atm，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262m/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224m/s，气体平均温度为465K，本实施例中的模头结构比实施例1中传统模头的最大气流速度提高了49.7%，主拉伸区的平均速度提高了82.2%，平均气体温度提高了3.8%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种可细化聚合物纤维的熔喷纺丝模头，其特征在于，包括喷丝板（1）、气板（2）和绕流件（3）；所述绕流件（3）设置在喷丝板（1）与气板（2）之间的气道（4）；所述喷丝板（1）的中心位置设置有熔融体流道（11）；所述熔融体流道（11）的下方设置有出丝孔（12）；所述喷丝板（1）与绕流件（3）之间的空腔为第一气道（41）；所述气板（2）与绕流件（3）之间的空腔为第二气道（42）。
2.根据权利要求1所述的一种可细化聚合物纤维的熔喷纺丝模头，其特征在于，所述熔融体流道（11）两侧为出丝孔内壁面（14），其和喷丝板（1）的外侧斜面呈现一定夹角，且两者接触位置为尖头状或圆弧状，圆弧与喷丝板（1）的外侧斜面（13）相切。
3.根据权利要求1所述的一种可细化聚合物纤维的熔喷纺丝模头，其特征在于，所述绕流件（3）为轴对称结构，其中心的对称轴（31）与所述气道（4）的对称轴平行或重合。
4.根据权利要求1所述的一种可细化聚合物纤维的熔喷纺丝模头，其特征在于，所述绕流件（3）从上端至下端的横截面形状呈先小逐渐变大再逐渐变小的形状，可设为圆形，椭圆形、翼型或者三角形。
5.根据权利要求1所述的一种可细化聚合物纤维的熔喷纺丝模头，其特征在于，所述第一气道（41）和第二气道（42）分别位于绕流件（3）的左右两侧，第一气道（41）和第二气道（42）的结构形状呈现为先收缩再突变扩大的形式。
6.根据权利要求1所述的一种可细化聚合物纤维的熔喷纺丝模头，其特征在于，所述喷丝板（1）的外侧斜面（13）与气板（2）的气板内壁面（21）的截线设为具有一定角度且收缩段朝下。
7.根据权利要求1所述的一种可细化聚合物纤维的熔喷纺丝模头，其特征在于，所述气板（2）和绕流件（3）的底端的高度不高于喷丝板（1）的出丝孔（12）的高度，所述气板（2）底端的高度低于绕流件（3）底端的高度。
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