CN219157058U - 一种闪蒸纺丝的喷丝头结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计了一种闪蒸纺丝的喷丝头结构，其包括聚烯烃与良溶剂混合液管道、不良溶剂管道、静态混合器以及喷丝孔；所述聚烯烃与良溶剂混合液管道和不良溶剂管道分别接入静态混合器的入口端；所述静态混合器的出口端和喷丝孔连接；所述静态混合器包括外部管、混合主体管和锥形延伸段；所述混合主体管和锥形延伸段设置在外部管内；所述混合主体管与锥形延伸段一体化连通连接；所述混合主体管、锥形延伸段与外部管的内壁紧密贴合。通过本申请设计的喷丝头结构，直接将该相结构不稳定的聚烯烃熔体与良溶剂混合液和不良溶剂非均相分散体直接进行闪蒸纺丝，能够获得均匀、直径小、比表面积大、强度高且生产速度快的无纺布。

Description

一种闪蒸纺丝的喷丝头结构

技术领域

本实用新型属于纺丝制备领域，具体涉及一种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，其特征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。

如专利CN113005543A、US3081519等所述，闪蒸纺丝选择的溶剂需满足以下条件：(1)溶剂在其沸点对应的温度和压力以下对于聚合物而言是不良溶剂；(2)在高温高压下与聚合物形成均相溶液；(3)当溶液压力在减压室中适当降低至浊点压力以下后发生一定程度的相分离，形成一相为富聚合物相另一相为富溶剂相的两相分散体，该压力称为浊点压力；(4)当两相分散体通过喷丝孔释放到更低压力的区域时，溶剂迅速闪蒸汽化。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进入常温常压环境中时，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。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聚烯烃无纺布的关键。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，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。

现有闪蒸纺丝的技术路线是通过混合溶剂将聚合物溶液的浊点温度和浊点压力调整到合适的范围，然后先制备出均相混合溶液，再适当降低压力使溶液发生相分离并获得均匀且较稳定的两相溶液，最后进行闪蒸纺丝。然而，为了获得合适的浊点压力，需要对主溶剂和共溶剂的种类和比例进行严格的控制；并且为了确定理想的闪蒸压力和温度等工艺条件，需进行大量的实验，确定其浊点压力与浊点温度和溶液组成之间的关系，工作量大。此外，混合溶剂中的共溶剂一般属于不良溶剂，使聚合物在溶液中的溶解性能显著下降，增大了配置均相溶液的难度。专利US147586、CN1041190A、CN1053455A均采用将三者的混合物在两个圆筒中加热加压，然后进行往复挤压，强制其反复通过两个圆筒之间的静态混合器得到可供闪蒸的聚合物溶液，该工艺效率低、非连续化且设备和工艺较复杂。

实用新型内容

针对现有纺丝制备装置所带来的工艺效率低、设备和工艺较复杂的情况，本实用新型提供了一种闪蒸纺丝的喷丝头结构。

一种闪蒸纺丝的喷丝头结构，其包括聚烯烃与良溶剂混合液管道、不良溶剂管道、静态混合器以及喷丝孔；

所述聚烯烃与良溶剂混合液管道和不良溶剂管道分别接入静态混合器的入口端；

所述静态混合器的出口端和喷丝孔连接。

优选地，所述静态混合器包括外部管、混合主体管和锥形延伸段；

所述混合主体管和锥形延伸段设置在外部管内；

所述混合主体管与锥形延伸段一体化连通连接；

所述混合主体管、锥形延伸段与外部管的内壁紧密贴合。

优选地，所述锥形延伸段与喷丝孔的管道内部紧密贴合。

优选地，所述锥形延伸段的末端与喷丝孔出口之间的空隙小于2mm。

优选地，所述锥形延伸段的锥角介于20度至120度之间。

优选地，所述锥形延伸段的锥角介于30度至60度之间。

优选地，所述静态混合器的最大外径为5mm～60mm。

优选地，所述静态混合器的最大外径为8mm～40mm。

优选地，所述静态混合器总长度为最大外径的5-500倍。

优选地，所述静态混合器总长度为最大外径的10-100倍。

本申请的优点和效果如下：

1、本申请设计的静态混合器的锥形延伸区使非均相分散体达到喷丝孔之前受到持续的分散、混合和拉伸作用，解决了非均相分散体的相区粗化或者相尺寸不稳定的问题，能够获得理想的闪蒸纺丝效果；解决了添加不良溶剂以后聚烯烃溶解性变差，需要特殊的、复杂的工艺进行混合的问题；本申请提供了一种闪蒸纺丝的喷丝头结构，在预先制备好的聚烯烃和其良溶剂的混合溶液中添加不良溶剂使其变成非均相分散体，并直接将该相结构不稳定的非均相分散体直接进行闪蒸纺丝，获得均匀、直径小、比表面积大、强度高且生产速度易于调控的闪蒸无纺布的方法。

2、本申请设计的聚烯烃熔体与良溶剂混合液和不良溶剂通过静态混合器之后，可以直接进行闪蒸纺丝，不需要根据溶剂体系的特点调节压力，或者将混合物的压力降低到聚烯烃溶液的浊点压力以下再进行闪蒸纺丝，闪蒸压力高，不仅显著提高了闪蒸纺丝时喷丝速度，有利于纤维的拉伸取向和性能的提高。

3、本申请设计的静态混合器有一段锥形的延伸段并且与管道与喷丝孔之间的收缩流道的内壁紧密贴合，并直达喷丝孔，在静态混合器延伸段的末端和最终的喷丝孔之间的空隙长度小于2mm，且没有流动死角。与传统的等径的静态混合器相比，不仅对流体具有反复分流-位移-合流的作用，而且锥形流道使流体产生了拉伸流动，促进分散和混合。

4、本申请设计的锥形延伸段一直延伸至喷丝口附近，使得相结构和相尺寸不稳定的聚烯烃非均相分散体在到达喷丝孔之前持续地受到静态混合器内的混合元件的分散、混合和拉伸作用，避免了相区粗化的问题。

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为本申请提供的喷丝头结构示意图；

图2为现有技术提供的喷丝头结构示意图；

附图标记：1、聚烯烃与良溶剂混合液管道；2、不良溶剂管道；3、喷丝孔；4、外部管；5、混合主体管；6、锥形延伸段。

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

本实施例主要介绍一种闪蒸纺丝的喷丝头结构的基础设计，具体设计请参考图1，其包括聚烯烃与良溶剂混合液管道、不良溶剂管道、静态混合器以及喷丝孔；

所述聚烯烃与良溶剂混合液管道和不良溶剂管道分别接入静态混合器的入口端；

所述静态混合器的出口端和喷丝孔连接。

进一步的，所述静态混合器包括外部管、混合主体管和锥形延伸段；

所述混合主体管和锥形延伸段设置在外部管内；

所述混合主体管与锥形延伸段一体化连通连接；

所述混合主体管、锥形延伸段与外部管的内壁紧密贴合。

进一步的，所述锥形延伸段与喷丝孔的管道内部紧密贴合。

进一步的，所述锥形延伸段的末端与喷丝孔出口之间的空隙小于2mm。

进一步的，所述锥形延伸段的锥角介于20度至120度之间。

进一步的，所述静态混合器的最大外径为5mm～60mm。

进一步的，所述静态混合器总长度为最大外径的5-500倍。

将聚乙烯熔体和二氯甲烷混合，将该混合液和乙二醇甲醚在20MPa高压下分别以细流的形态挤入喷丝头内的管道系统内，随后进入上述末端带有锥形延伸段的静态混合器中进一步分散、混合，形成由富溶剂相和富聚乙烯熔体相组成的非均相分散体后立即进入喷丝孔完成闪蒸纺丝。管道内非均相分散体一直保持高压，经喷丝孔后喷出后在高压气流的拉伸下形成的丝束。

本申请设计的静态混合器的锥形延伸区使非均相分散体达到喷丝孔之前受到持续的分散、混合和拉伸作用，解决了非均相分散体的相区粗化或者相尺寸不稳定的问题，能够获得理想的闪蒸纺丝效果；解决了添加不良溶剂以后聚烯烃溶解性变差，需要特殊的、复杂的工艺进行混合的问题；本申请提供了一种闪蒸纺丝的喷丝头结构，在预先制备好的聚烯烃和其良溶剂的混合溶液中添加不良溶剂使其变成非均相分散体，并直接将该相结构不稳定的非均相分散体直接进行闪蒸纺丝，获得均匀、直径小、比表面积大、强度高且生产速度易于调控的闪蒸无纺布的方法。

实施例2

基于上述实施例1，本实施例主要介绍一种闪蒸纺丝的喷丝头结构的优化设计，其包括聚烯烃与良溶剂混合液管道、不良溶剂管道、静态混合器以及喷丝孔；

所述聚烯烃与良溶剂混合液管道和不良溶剂管道分别接入静态混合器的入口端；

所述静态混合器的出口端和喷丝孔连接。

进一步的，所述静态混合器包括外部管、混合主体管和锥形延伸段；

所述混合主体管和锥形延伸段设置在外部管内；

所述混合主体管与锥形延伸段一体化连通连接；

所述混合主体管、锥形延伸段与外部管的内壁紧密贴合。

进一步的，所述锥形延伸段与喷丝孔的管道内部紧密贴合。

进一步的，所述锥形延伸段的末端与喷丝孔出口之间的空隙小于2mm。

进一步的，所述锥形延伸段的锥角介于30度至60度之间。

进一步的，所述静态混合器的最大外径为8mm～40mm。

进一步的，所述静态混合器总长度为最大外径的10-100倍。

将聚乙烯熔体和三氯氟甲烷混合，将该混合液和二甲基甲酰胺在22MPa高压下分别以细流的形态挤入喷丝头内的管道系统内，随后进入上述末端带有锥形延伸段的静态混合器中进一步分散、混合，形成由富溶剂相和富聚乙烯熔体相组成的非均相分散体后立即进入喷丝孔完成闪蒸纺丝。管道内非均相分散体一直保持高压，经喷丝孔后喷出后在高压气流的拉伸下形成的丝束。

本申请设计的聚烯烃熔体与良溶剂混合液和不良溶剂通过静态混合器之后，可以直接进行闪蒸纺丝，不需要根据溶剂体系的特点调节压力，或者将混合物的压力降低到聚烯烃溶液的浊点压力以下再进行闪蒸纺丝，闪蒸压力高，不仅显著提高了闪蒸纺丝时喷丝速度，有利于纤维的拉伸取向和性能的提高。

本申请设计的静态混合器有一段锥形的延伸段并且与管道与喷丝孔之间的收缩流道的内壁紧密贴合，并直达喷丝孔，在静态混合器延伸段的末端和最终的喷丝孔之间的空隙长度小于2mm，且没有流动死角。与传统的等径的静态混合器相比，不仅对流体具有反复分流-位移-合流的作用，而且锥形流道使流体产生了拉伸流动，促进分散和混合。

本申请设计的锥形延伸段一直延伸至喷丝口附近，使得相结构和相尺寸不稳定的聚烯烃非均相分散体在到达喷丝孔之前持续地受到静态混合器内的混合元件的分散、混合和拉伸作用，避免了相区粗化的问题。

实施例3

基于上述实施例1-2，本实施例主要介绍本申请设计的喷丝头结构的效果验证。

首先，请参考对比例1，以图2所示带有传统静态混合器(端面为平面)的闪蒸喷头制备闪蒸丝束，其静态混合器末端与喷丝孔3之间有一段长度为10mm的中空收缩流道，此外的其他条件均与实施例1一致。

对比例2，以图2所示带有传统静态混合器(端面为平面)的闪蒸喷头制备闪蒸丝束，其静态混合器末端与喷丝孔3之间有一段长度为25mm的中空收缩流道，此外的其他条件均与实施例2一致。

本申请制得的纤维丝束进行纤维细度、BET比表面积及强度测试，结果如表1所示。

表1纤维丝束性能的测试结果

由测试结果可知，通过本实用新型方法制备的闪蒸纤维中的纤维直径比较小并且强度比较高。传统静态混合器端面与喷丝孔3之间存在较大的空隙，处于非稳定状态的聚烯烃溶液/不良溶剂混合分散体由于两相界面张力较大发生迅速的相粗化，使闪蒸纺丝纤维直径过大，丝束强度降低。而带有锥形延伸段6的静态混合器使分散体在进入喷丝孔3之前一直受到分散元件的分散、混合作用，减少了相区粗化对闪蒸纤维性能的不利影响。因此，本实用新型的具有锥形延伸段6的静态混合器比传统的端面为平面结构的静态混合器更适合添加不良溶剂的非稳定的、非均相的聚烯烃分散体的闪蒸纺丝。

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

Claims (9)

1.一种闪蒸纺丝的喷丝头结构，其特征在于，其包括聚烯烃与良溶剂混合液管道(1)、不良溶剂管道(2)、静态混合器以及喷丝孔(3)；

所述聚烯烃与良溶剂混合液管道(1)和不良溶剂管道(2)分别接入静态混合器的入口端；

所述静态混合器的出口端和喷丝孔(3)连接；

所述静态混合器包括外部管(4)、混合主体管(5)和锥形延伸段(6)；

所述混合主体管(5)和锥形延伸段(6)设置在外部管(4)内；

所述混合主体管(5)与锥形延伸段(6)一体化连通连接；

所述混合主体管(5)、锥形延伸段(6)与外部管(4)的内壁紧密贴合。

2.根据权利要求1所述的一种闪蒸纺丝的喷丝头结构，其特征在于，所述锥形延伸段(6)与喷丝孔(3)的管道内部紧密贴合。

3.根据权利要求1或2任一项所述的一种闪蒸纺丝的喷丝头结构，其特征在于，所述锥形延伸段(6)的末端与喷丝孔(3)出口之间的空隙小于2mm。

4.根据权利要求1或2任一项所述的一种闪蒸纺丝的喷丝头结构，其特征在于，所述锥形延伸段(6)的锥角介于20度至120度之间。

5.根据权利要求4所述的一种闪蒸纺丝的喷丝头结构，其特征在于，所述锥形延伸段(6)的锥角介于30度至60度之间。

6.根据权利要求1或2任一项所述的一种闪蒸纺丝的喷丝头结构，其特征在于，所述静态混合器的最大外径为5mm～60mm。

7.根据权利要求6所述的一种闪蒸纺丝的喷丝头结构，其特征在于，所述静态混合器的最大外径为8mm～40mm。

8.根据权利要求1或2任一项所述的一种闪蒸纺丝的喷丝头结构，其特征在于，所述静态混合器总长度为最大外径的5-500倍。

9.根据权利要求8所述的一种闪蒸纺丝的喷丝头结构，其特征在于，所述静态混合器总长度为最大外径的10-100倍。

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