一種纖維制備用熔噴噴嘴結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于熔噴非織造設備技術領域，具體涉及一種纖維制備用熔噴噴嘴結構。
【背景技術】
[0002]非織造布是指不經通常的紡紗織布工序，由纖維直接制成的片狀制品，俗稱無紡布。非織造的優點是工藝流程短、生產速度高、產品用途廣。熔噴法是一種主要用于制備超細纖維非織造布的方法。它利用高速高溫氣流將聚合物熔體拉伸成超細纖維。超細纖維的直徑在lym至5μπι之間。熔噴非織造布由于纖維超細、孔隙多、孔徑小，具有樹根狀通道體系，過濾效率達99.9%以上，廣泛用于醫藥、冶金、電子、化工、食品、機械、核工業、汽車等領域，還可用作環境凈化和生物潔凈的高級過濾材料。
[0003]熔噴非織造技術的重要發展趨勢是在基本不增加能耗的前提下制備出更細的纖維，甚至是納米纖維。如果纖維能細至納米級，那么其制品的過濾性能和吸附性能將大大提高，在生物、醫藥、國防、電子等領域的應用前景將更加廣泛。
[0004]纖維的進一步變細主要通過改進原料、工藝和設備來實現。在原料方面，主要是通過提高聚合物的熔融流動速率(Melt Flow Rate，簡稱MFR)來實現。但熔融流動速率越高，原料的價格越貴，則生產成本越高。在工藝方面，主要是通過降低聚合物流量和提高氣體初始速度來實現。但聚合物流量過低，非織造布的產量也過低。而氣體初始速度過高，則能耗會急劇增加，生產成本相應提高。
[0005]聚合物熔體本身具有的彈性導致其從噴絲孔擠出后體積會迅速膨脹，即出現擠出脹大現象。在成型時，氣流從氣流通道噴出后，對從噴絲孔擠出的聚合物熔體進行拉伸，但噴絲孔附近的熔體擠出脹大會使氣流在脹大的熔體與噴嘴之間形成回流，即氣流方向與聚合物熔體拉伸方向相反，從而不利于聚合物拉伸。為解決現有技術中存在的問題，通常是對設備方面做出改進，由于熔噴噴嘴是制備纖維的核心部件，因此許多改進都是圍繞噴嘴展開的。例如，美國專利USP3825380采用尖頭噴嘴制備更細的熔噴纖維，尖頭噴嘴大大減小了氣體流場在噴絲孔出口附近的“回流區”(該區域明顯存在于鈍頭噴嘴氣體流場中，不利于聚合物熔體拉伸變細)，增大了氣流對聚合物熔體的拉伸作用，從而制得了更細的纖維。其缺點是尖頭噴嘴的加工精度要求很高，噴絲孔的加工難度大，且不能改善聚合物熔體因擠出脹大而導致的最終纖維變粗問題。減小噴絲孔直徑和增加噴絲孔長徑比也可以減小纖維直徑，但均會導致噴絲孔的加工難度增加，過小的噴絲孔直徑也使熔噴技術的原料適應性變差。
[0006]鑒于以上問題，有必要提出一種新型的噴嘴結構，能夠顯著減小噴絲孔附近因熔體擠出脹大造成的氣體回流區，使噴絲孔附近的氣體流場更有利于聚合物拉伸，從而在不增加能耗的前提下減小熔噴非織造布的纖維直徑，實現在不改變噴絲孔徑的基礎上，得到更細的纖維，設備其他部件不必做任何改變，因而有利于節約成本。

【發明內容】

[0007]有鑒于此，本發明提供了一種纖維制備用熔噴噴嘴結構，通過設置氣流輔道，能夠顯著減小噴絲孔附近因熔體擠出脹大造成的氣體回流區，使噴絲孔附近的氣體流場更有利于聚合物拉伸，從而在不增加能耗的前提下減小熔噴非織造布的纖維直徑，實現在不改變噴絲孔徑的基礎上，得到更細的纖維，設備其他部件不必做任何改變，因而有利于節約成本。
[0008]根據本發明的目的提出的一種纖維制備用熔噴噴嘴結構，所述熔噴噴嘴結構包括噴絲孔，對稱設置于所述噴絲孔兩側的供高溫氣體通過的氣流通道，所述氣流通道為傾斜設置，所述氣流通道的出口向所述噴絲孔的出口一側聚攏；其特征在于，所述熔噴噴嘴結構上還設置有防止氣體回流的氣流輔道，所述氣流輔道設置于所述氣流通道與噴絲孔之間，并靠近所述噴絲孔設置，所述氣流輔道的出氣端與噴絲孔相平行。
[0009]優選的，所述氣流輔道的入口處與所述氣流通道連通。
[0010]優選的，所述氣流輔道對稱設置于噴絲孔的兩側。
[0011]優選的，所述氣流輔道分為兩段，分別為與氣流通道連通的連接段，以及平行于噴絲孔設置的直線段，所述氣流輔道的出口處與噴絲孔出口處相平齊。
[0012]優選的，所述連接段為下凹的弧形結構，所述連接段與直線段間為曲面過渡。
[0013]優選的，所述熔噴噴嘴結構還包括設置于氣流通道與噴絲孔間的噴嘴中間塊與輔道塊，所述輔道塊的上部與噴嘴中間塊配合形成所述連接段，所述輔道塊的下部與噴絲孔的外壁配合形成所述直線段，所述輔道塊的上部與下部間為曲面過渡。
[0014]優選的，所述氣流輔道出口處寬度為0.lmm-0.2_。
[0015]優選的，所述氣流輔道直線段高為40mm-50mm。
[0016]優選的，所述氣流輔道連接段弧形結構的半徑為35mm-45mm。
[0017]與現有技術相比，本發明公開的纖維制備用熔噴噴嘴結構的優點是:
[0018]通過在噴絲孔的附近設置氣流輔道，氣流進入噴嘴部件后分成兩部分，一部分氣流仍然進入氣流通道，另一部分氣流則進入氣流輔道。由于氣流輔道的出氣端與噴絲孔相平行，且氣流輔道出口與噴絲孔出口平齊。因此，聚合物熔體一從噴絲孔擠出就會受到從氣流輔道噴出的氣流的夾持作用，聚合物熔體雖然仍出現擠出脹大現象，但脹大的熔體與噴嘴之間的氣體回流區比不帶氣流輔道的熔噴噴嘴顯著減小，該區域內氣流的方向與聚合物熔體拉伸方向基本一致，而且氣流速度也相當高，從而有利于聚合物拉伸，從而在不增加能耗的前提下減小熔噴非織造布的纖維直徑，所制備纖維的直徑比不帶氣流輔道的熔噴噴嘴所制備纖維的直徑減少56%以上，達到納米級尺度。
[0019]同時，只需在常規熔噴噴嘴內開辟出氣流輔道即可，設備其他部件不必做任何改變，因而有利于節約成本。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為本發明公開的纖維制備用熔噴噴嘴結構的示意圖a。
[0022]圖2為本發明公開的纖維制備用熔噴噴嘴結構的示意圖b。
[0023]圖中的數字或字母所代表的相應部件的名稱:
[0024]1、噴絲孔2、氣流通道3、氣流輔道4、輔道塊5、噴嘴中間塊6、噴絲孔外壁31、連接段32、直線段
【具體實施方式】
[0025]聚合物熔體本身具有的彈性導致其從噴絲孔擠出后體積會迅速膨脹，即出現擠出脹大現象。在成型時，氣流從氣流通道噴出后，對從噴絲孔擠出的聚合物熔體進行拉伸，但噴絲孔附近的熔體擠出脹大會使氣流在脹大的熔體與噴嘴之間形成回流，即氣流方向與聚合物熔體拉伸方向相反，從而不利于聚合物拉伸。為解決上述問題，美國專利USP3825380采用尖頭噴嘴制備更細的熔噴纖維，增大了氣流對聚合物熔體的拉伸作用，從而制得了更細的纖維。其缺點是尖頭噴嘴的加工精度要求很高，噴絲孔的加工難度大，且不能改善聚合物熔體因擠出脹大而導致的最終纖維變粗問題。減小噴絲孔直徑和增加噴絲孔長徑比也可以減小纖維直徑，但均會導致噴絲孔的加工難度增加，過小的噴絲孔直徑也使熔噴技術的原料適應性變差。
[0026]本發明針對現有技術中的不足，提供了一種纖維制備用熔噴噴嘴結構，通過設置氣流輔道，能夠顯著減小噴絲孔附近因熔體擠出脹大造成的氣體回流區，使噴絲孔附近的氣體流場更有利于聚合物拉伸，從而在不增加能耗的前提下減小熔噴非織造布的纖維直徑，實現在不改變噴絲孔徑的基礎上，得到更細的纖維，設備其他部件不必做任何改變，因而有利于節約成本。
[0027]如圖1所示，為本發明公開的熔噴噴嘴結構的一種實施方式的結構，該熔噴噴嘴結構包括噴絲孔1，對稱設置于噴絲孔1兩側的氣流通道2，氣流通道為傾斜設置，為狹槽形結構，該氣流通道的出口向噴絲孔的出口一側聚攏。噴絲孔1用于擠出聚合物熔體形成纖維，氣流通道2用于供高溫氣體通過。
[0028]熔噴噴嘴結構上還設置有防止氣體回流的氣流輔道3，氣流輔道3設置于氣流通道2與噴絲孔1之間，并靠近噴絲孔設置，氣流輔道3的出氣端與噴絲孔相平行。
[0029]聚合物熔體本身具有的彈性導致其從噴絲孔擠出后體積會迅速膨脹，即出現擠出脹大現象。不帶氣流輔道的熔噴噴嘴中，氣流從兩個狹槽形氣流通道2噴出后，對從噴絲孔1擠出的聚合物熔體進行拉伸，但噴絲孔1附近的熔體擠出脹大會使氣流在脹大的熔體與噴嘴之間形成回流，即氣流方向與聚合物熔體拉伸方向相反，從而不利于聚合物拉伸。
[0030]增加氣流輔道3，氣流輔道3的入口處與氣流通道2連通。氣流進入上述噴嘴部件后分成兩部分，一部分氣流仍然進入狹槽形氣流通道2，另一部分氣流則進入氣流輔道3。氣流輔道3下部是與噴絲孔1軸線平行的直線通道，且氣流輔道3出口與噴絲孔1出口平齊。因此，聚合物熔體一從噴絲孔1擠出就會受到從氣流輔道3噴出的氣流的夾持作用，聚合物熔體雖然仍出現擠出脹大現象，但脹大的熔體與噴嘴之間的氣體回流區比不帶氣流輔道的熔噴噴嘴顯著減小，該區域內氣流的方向與聚合物熔體拉伸方向基本一致，而且氣流速度也相當高，從而有利于聚合物拉伸。
[0031 ] 氣流輔道為對稱設置于噴絲孔