CN219079713U - 一种改进的用于闪蒸纺丝的喷丝头结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种改进的用于闪蒸纺丝的喷丝头结构，所述喷丝头结构包括喷丝头管道、静态混合器，所述静态混合器设置在所述喷丝头管道内，并与所述喷丝头管道紧密贴合；所述静态混合器包括柱形区和锥形延伸段，所述柱形区设置在锥形延伸段的前端，所述锥形延伸段的末端与喷丝孔连接；所述锥形延伸段的末端与所述喷丝孔的间隙小于所述锥形延伸段长度的30％；所述锥形延伸段的长度与柱形区的长度之比为1:10～10:1。静态混合器带有一段锥形延伸区域，使得分散液在到达喷丝孔之前受到持续、不间断的分散、混合作用，避免了传统静态混合器端面与喷丝孔之间存在较大的空隙，处于非稳定状态的水/聚合物溶液混合分散液在进入喷丝孔之前发生迅速的相区粗化的问题。

Description

一种改进的用于闪蒸纺丝的喷丝头结构

技术领域

本实用新型涉及纺丝纤维领域，具体地涉及一种改进的用于闪蒸纺丝的喷丝头结构。

背景技术

闪蒸法又称为瞬时溶剂挥发成网法、瞬时释压纺丝法等，是将高温高压的聚合物溶液从喷丝孔中挤出，溶剂发生闪蒸的同时使聚合物迅速固化形成纤维。闪蒸纺丝过程中溶液经历了由非均相分散体到均相溶液，再到非均相分散体的过程。当溶液从喷丝孔挤出时，由于压力的突然释放，溶剂迅速汽化，形成超音速气流而使聚合物受到高速拉伸；同时，由于溶剂汽化吸收大量热量使聚合物快速冷却结晶而固化成纤。丝束经过高速旋转的转向板后再经过电晕放电充电使丝束开纤，形成均匀的片状的纤维网。纤维网吸附在网帘上后通过辊筒压制成形，得到高强度的闪蒸非织造布。其中，在闪蒸过程中利用减压舱将溶液的压力降低到溶液浊点压力以下使其发生相分离是制备高性能闪蒸纺丝无纺布的关键。如果将浊点压力以上将处于均相状态的聚合物溶液挤出喷口，则难以形成均匀、纤细、高强的闪蒸纤维。然而，利用减压舱将纺丝溶液压力降低到溶液的浊点压力以下进行闪蒸纺丝压力较低，汽化溶剂的喷射速度降低，不利于提高纤维的力学性能和降低纤维直径。

现有技术中多是关注于在闪蒸纺丝添加水提高成纤性能，如美国专利US4054625A报道了由水、聚合物和有机溶剂的“反相乳液”分散体生产闪蒸纤维的工艺。该工艺的关键是水在整个分散体中的含量为40-50％且以离散水滴的形式分散在聚合物和有机溶剂形成的油相连续相中。为了提高反相乳液的稳定性，加入水溶性聚合物聚乙烯醇作为分散稳定剂稳定水相和油相之间的界面。以及专利CN 1053455A公开了水、二氧化碳和聚合物的混合物闪蒸纺丝方法，在溶剂中加入了表面活性剂或者EVOH(乙烯-乙烯醇共聚物)作为分散稳定剂，水的含量为5-50％。虽然上述专利都提到在闪蒸纺丝溶液中添加水后有利于提高成纤性能，降低纤维直径、提高纤维的比表面积，有利于减少有机溶剂的使用，减少有机溶剂回收的压力。但是，水在闪蒸纺丝常用的有机溶剂以及聚合物熔体中的溶解度很低，而且水相和油相之间的界面张力很大，不使用PVA、EVOH等亲水性聚合物或者表面活性剂作为分散剂的情况下，分散的水滴会迅速聚集成大的水滴，导致水油两相的相区尺寸都迅速增大，无法获得均匀、稳定的“反相乳液”分散体。而添加亲水性聚合物或者表面活性剂后，闪蒸无纺布变得亲水，但其防水性能大幅度下降。这其实也与传统静态混合器的结构有关，传统静态混合器端面与喷丝孔之间存在较大的空隙，处于非稳定状态的水/聚合物溶液分散液由于两相界面张力很大，进而更容易发生迅速的相区粗化，使闪蒸纺丝纤维直径过大，丝束强度降低。

因此，对于如何解决传统静态混合器端面与喷丝孔之间存在较大的空隙，处于非稳定状态的水/聚合物溶液混合分散液在进入喷丝孔之前发生迅速的相区粗化，导致闪蒸纺丝效果不理想的问题，是具有重要意义的。

实用新型内容

为此，本申请提供有如下技术方案：

一种改进的用于闪蒸纺丝的喷丝头结构，包括喷丝头管道、静态混合器，所述静态混合器设置在所述喷丝头管道内，并与所述喷丝头管道紧密贴合；

所述静态混合器包括柱形区和锥形延伸段，所述柱形区设置在锥形延伸段的前端，所述锥形延伸段的末端与喷丝孔连接；所述锥形延伸段的末端与所述喷丝孔的间隙小于所述锥形延伸段长度的30％；所述锥形延伸段的长度与柱形区的长度之比为1:10～10:1。

优选地，所述静态混合器还包括混合元件，并与所述喷丝头管道和所述喷丝孔之间的收缩流道的内壁紧密贴合。

优选地，所述锥形延伸段锥形区的锥角介于10度至90度。

优选地，所述静态混合器的外径为5mm至60mm。

优选地，所述静态混合器的类型为SK型、SH型、SV型、SX型、SL型、SY型中的一种。

优选地，所述静态混合器的总长度为所述静态混合器最大外径的5-500倍。

优选地，所述喷丝头管道一端的上下两侧设置有混合溶液入口、入水口，所述混合溶液入口和入水口分别通过管道接入到喷丝头管道内。

优选地，所述混合溶液入口的管道直径为5-25mm，所述入水口的管道直径为5-15mm。

本申请具备以下优点：

(1)与传统的静态混合器结构不同，本申请的静态混合器设置有一个锥形延伸段，其中的混合元件是随着锥形延伸段的形状逐渐减小的，这种带有锥形延伸段的静态混合器使分散液在受到反复的分流-位移-合流作用的同时还额外地受到拉伸作用，促进了分散、混合和拉伸取向；同时，使得流体在到达喷丝孔之前受到持续的、不间断的分散、混合作用，避免了传统静态混合器端面与喷丝孔之间存在较大的空隙，处于非稳定状态的水/聚合物溶液混合分散液在进入喷丝孔之前发生迅速的相区粗化。

(2)通过本申请中这一静态混合器之后不需要再将混合分散液的压力降低到聚合物溶液的浊点压力以下再进行闪蒸纺丝，因此显著提高了闪蒸纺丝时喷丝孔处的压力和喷丝速度，有利于纤维的拉伸取向和性能的提高。

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为本实用新型中喷丝头的结构示意图；

图2为本实用新型中静态混合器的锥形延伸段结构示意图；

图3为传统静态混合器在闪蒸纺丝喷丝头的结构示意图；

图中，1、聚合物溶液入口；2、入水口；3、静态混合器；3-1、柱形区；3-2、锥形延伸段，3-3、混合元件；4、喷丝孔；5、喷丝头管道；6、传统静态混合器；7、中空收缩流道。

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。

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。

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

本实施例介绍一种改进的用于闪蒸纺丝的喷丝头结构。

结合附图1、2所示，图1为本实用新型中喷丝头的结构示意图；图2为本实用新型中静态混合器的锥形延伸段结构示意图。一种改进的用于闪蒸纺丝的喷丝头装置包括喷丝头外管道5、静态混合器3，所述静态混合器3设置在所述喷丝头管道5内，并与所述喷丝头管道5紧密贴合；所述静态混合器3包括柱形区3-1和锥形延伸段3-2，所述柱形区3-1设置在锥形延伸段3-2的前端，所述锥形延伸段3-2的末端与喷丝孔4连接。且锥形延伸段3-2的末端与喷丝孔4之间的空隙小于锥形延伸段长度的30％。所述锥形延伸段3-2的长度与所述柱形区3-1的长度之比为1:10～10:1。

所述静态混合器3还包括混合元件3-3，混合元件3-3的外径随着锥形延伸段3-2的形状逐渐减小，并与所述喷丝头管道5和所述喷丝孔4之间的收缩流道的内壁紧密贴合。

本实施例中，带有锥形延伸段的静态混合器使分散液在受到反复的分流-位移-合流作用的同时还额外地受到拉伸作用，促进了分散和混合；同时，使得流体在到达喷丝孔之前受到持续的、不间断的分散、混合作用，避免了传统静态混合器端面与喷丝孔之间存在较大的空隙，处于非稳定状态的水/聚合物溶液混合分散液在进入喷丝孔之前发生迅速的相区粗化的问题。

实施例2

在实施例1的基础上对该改进的喷丝头结构进一步说明。

所述锥形延伸段3-2锥形区的锥角介于10度至90度，优选20度至60度之间，角度过小则管道及静态混合器的加工困难，角度过大则锥形流道过短，拉伸流动效应不显著，并且在喷丝孔4入口区可能产生明显流动死角，容易造成喷丝不稳定以及部分聚合物在入口涡流区长时间受热发生降解。

所述静态混合器3的外径为5mm至60mm，优选8mm至40mm，更优的选择是10mm至30mm。小于5mm时静态混合器的加工难度过高，且流动阻力过大；而直径大于60mm时需要很长的静态混合器才能达到较好的分散混合效果。

所述静态混合器3的类型为SK型、SH型、SV型、SX型、SL型或者SY型中的一种，优选SK型和SH型；静态混合器3的总长度(即柱形区3-1与锥形延伸段3-2的长度之和)为该静态混合器最大外径的5-500倍，优选10-100倍。长度过短则无法达到理想的混合效果，长度过长则导致较大的压力损失。

实施例3

如图1所示，图1为本实用新型中喷丝头的结构示意图。与前述实施例1、2不同的是，在喷丝头管道5一端的上下两侧设置有聚合物溶液入口1、入水口2，所述混合溶液入口1和入水口2分别通过管道接入到喷丝头管道5内。

混合溶液入口1的管道直径为5-25mm，入水口2的管道直径为5-15mm。

实施例4

本实施例基于上述实施例1-3，通过将本申请与传统静态混合器的闪蒸喷头结构进行对比，以说明本申请改进的喷丝头结构的优点、效果。

结合图1、3所示，图1为本实用新型中喷丝头的结构示意图，图3为传统静态混合器在闪蒸纺丝喷头的结构示意图。图3中所示的带有传统静态混合器的闪蒸喷丝头，传统静态混合器6整体为圆柱体，其端面为平面，传统静态混合器6的末端到喷丝孔4之间有一段长度为30mm的中空收缩流道7。对于传统静态混合器6在喷丝头中的结构是属于现有技术，本领域及人员所熟知的，再此对该结构的其他部件不进行赘述。

由上述展示结构对比以及现有技术中已存在的结构缺陷可知，传统静态混合器6端面与喷丝孔4之间存在较大的空隙，导致喷丝效果不佳。对于此，本申请改进的这一喷丝头结构，使静态混合器3带有一段锥形延伸段3-2区域，使得静态混合器3的末端和喷丝孔4之间空隙很小，没有流动死角。在使用过程中，处于非稳定状态的水/聚合物溶液混合物从静态混合器3至喷丝孔4之间一直受到静态混合器3内的混合元件3-3的分散、混合作用，进而就避免了发生相区粗化，也就是避免了由于界面张力导致的相区尺寸变大的问题，大大提升了闪蒸喷丝的效果。

因此，具有锥形延伸段的静态混合器也比圆柱体形状的传统静态混合器更适合添加水且不添加亲水分散稳定剂的非均相分散液的闪蒸纺丝。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，其并非因此限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，通过常规的替代或者能够实现相同的功能在不脱离本申请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申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种改进的用于闪蒸纺丝的喷丝头结构，其特征在于，包括喷丝头管道(5)、静态混合器(3)，所述静态混合器(3)设置在所述喷丝头管道(5)内，并与所述喷丝头管道(5)紧密贴合；

所述静态混合器(3)包括柱形区(3-1)和锥形延伸段(3-2)，所述柱形区(3-1)设置在锥形延伸段(3-2)的前端，所述锥形延伸段(3-2)的末端与喷丝孔(4)连接；所述锥形延伸段(3-2)的末端与所述喷丝孔(4)的间隙小于所述锥形延伸段长度的30％；所述锥形延伸段(3-2)的长度与所述柱形区(3-1)的长度之比为1:10～10:1。

2.根据权利要求1所述的一种改进的用于闪蒸纺丝的喷丝头结构，其特征在于，所述静态混合器(3)还包括混合元件(3-3)，并与所述喷丝头管道(5)和所述喷丝孔(4)之间的收缩流道的内壁紧密贴合。

3.根据权利要求1或2任一项所述的一种改进的用于闪蒸纺丝的喷丝头结构，其特征在于，所述锥形延伸段(3-2)锥形区的锥角介于10度至90度。

4.根据权利要求1或2任一项所述的一种改进的用于闪蒸纺丝的喷丝头结构，其特征在于，所述静态混合器(3)的外径为5mm至60mm。

5.根据权利要求4所述的一种改进的用于闪蒸纺丝的喷丝头结构，其特征在于，所述静态混合器(3)的类型为SK型、SH型、SV型、SX型、SL型、SY型中的一种。

6.根据权利要求1或2或5任一项所述的一种改进的用于闪蒸纺丝的喷丝头结构，其特征在于，所述静态混合器(3)的总长度为所述静态混合器(3)最大外径的5-500倍。

7.根据权利要求1或2任一项所述的一种改进的用于闪蒸纺丝的喷丝头结构，其特征在于，所述喷丝头管道(5)一端的上下两侧设置有混合溶液入口(1)、入水口(2)，所述混合溶液入口(1)和入水口(2)分别通过管道接入到喷丝头管道(5)内。

8.根据权利要求7所述的一种改进的用于闪蒸纺丝的喷丝头结构，其特征在于，所述混合溶液入口(1)的管道直径为5-25mm，所述入水口(2)的管道直径为5-15mm。

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