一种熔喷纺丝组件
阅读说明：本技术 一种熔喷纺丝组件 (Melt-blown spinning assembly ) 是由 吴鹏飞 史贤宁 崔华帅 崔宁 李�杰 黄庆 杨雨强 张志全 王彦宁 付会娟 于 2021-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种熔喷纺丝组件,包括喷丝板、缓冷板、加热器和气板；在喷丝板和缓冷板之间设置有成型气流管；在缓冷板和气板之间设置有拉伸气流狭缝；缓冷板在喷丝板的喷丝孔下设置有缓冷拉伸区；同时经成型气流管输入的干热空气经气流狭缝进入到拉伸区后,带动熔体细流冲过熔体拉伸出口,同时拉伸气流狭缝输出的高速热空气经较窄的拉伸气流出口后成为高速热气流,此高速热气流带动经熔体拉伸出口送出的熔体细流加速向下,完成熔体细流的高倍熔体拉伸。制备的纤维直径可达0.8～2.2微米,且制备的纤维细度均匀性好。该方法工艺路线简单易行,适用多种粘度的原料,制备的超细纤维性能优异,具有较好的市场价值。(The invention discloses a melt-blown spinning assembly which comprises a spinneret plate, a slow cooling plate, a heater and an air plate; a forming airflow pipe is arranged between the spinneret plate and the slow cooling plate; a stretching airflow slit is arranged between the slow cooling plate and the air plate; the slow cooling plate is provided with a slow cooling stretching area below a spinneret orifice of the spinneret plate; meanwhile, after dry hot air input through the forming air flow pipe enters the stretching area through the air flow slit, the melt stream is driven to rush through the melt stretching outlet, meanwhile, high-speed hot air output from the stretching air flow slit becomes high-speed hot air after passing through the narrower stretching air flow outlet, and the high-speed hot air drives the melt stream sent out from the melt stretching outlet to accelerate downwards, so that high-power melt stretching of the melt stream is completed. The diameter of the prepared fiber can reach 0.8-2.2 microns, and the prepared fiber has good fineness uniformity. The method has simple and easy process route, is suitable for raw materials with various viscosities, and the prepared superfine fiber has excellent performance and better market value.)
技术领域
本发明涉及超细纤维非织造布生产技术领域，具体涉及一种熔喷纺丝用模头的生产方法。
背景技术
熔喷纺丝是指采用高速热气流将出喷丝板孔后的熔体直接拉伸细化的一种纺丝方法，其喷出的纤维直接由网帘或接受筒等接收可性能熔喷非织造布或过滤材料等，其具有纤维细、自粘合成网、流程简单等优点，在空气过滤、医卫用品、保暖防寒、吸油材料等领域广泛使用。
常规熔喷纺丝采用的原料多为分子量小、粘度低而流动性较好的高聚物材料，由于其熔体良好的流动性和拉伸性，可以在高速气流的作用下实现较高的喷丝头拉伸，从而得到细度较小的纤维。而纤维的细度对于所制备的非织造布或过滤材料的孔隙率影响较大，纤维直径越细，孔隙率越小，过滤精度越高。但采用常规喷丝板，要得到较细的纤维需要采用分子量小、流动性好的原料，这同样造成了纤维的强度低，刚性差，进而造成制备的无纺布或过滤材料的耐压性、抗张强度均偏低，限制了其应用的领域。
常规熔喷纺丝用喷丝板如图2所示，仅是有喷丝板和气板组成简单的气流喷射拉伸结构，喷丝板上密布有一字排列的喷丝孔，气板出气口紧邻喷丝板孔口呈一字型。喷丝时，熔体细流经喷丝孔喷出后由气流吹力作用下拉伸变细冷却后得到较细的纤维。由于结构简单，熔体挤出后直接进入到室温的空气中快速冷却，尽管拉伸气流为热空气，但由于与环境极快的直接热交换，造成丝条冷却较快；同时气流喷出狭缝后速度骤降，使其对纤维的拉伸力受限，当遇到分子量较高或粘度较大的原料时，难以完成拉伸、实现高强超细纤维的喷丝制备。
通过对喷丝模头的设计修改，实现相对高分子量的原料应用，进而改善纤维的强度，这已经成为熔喷纺丝领域研究的热点。常规熔喷用原料如聚丙烯其熔指约在800-2000g/10min之间，而聚酯、尼龙等由于原料的分子量较高，难以实现超细纤维的熔喷，这里的高分子量高聚物是指特性黏数在0.7以上的聚酯，相对粘度在2.4以上的尼龙类，或熔指在50g/10min以下的聚烯烃类聚合物，这些都是可熔融纺丝的常规原料，但由于熔体粘度较大，不能采用常规熔喷模头设备实现超细纤维的制备。粘度或熔指这个都是对应原料的分子量大小的，只有原料分子量大了，制备的纤维强度才能高。但由于设计的不合理或设备繁琐、操作复杂，均为见到工业化应用。因此，目前尚未看到能适用高分子量高聚物超细熔喷纤维。
发明内容
本发明的目的是提供一种熔喷纺丝组件的设计方案，其可以实现高分子量高聚物的超细纤维的高效加工。
本发明的技术方案如下：
一种熔喷纺丝组件，由喷丝板、缓冷板、加热器和气板组成；在喷丝板和缓冷板之间设置有成型气流管；在缓冷板和气板之间设置有拉伸气流狭缝；缓冷板在喷丝板的喷丝孔下设置有缓冷拉伸区。
熔喷纺丝组件喷丝孔直径为0.12～0.35mm，喷丝孔长径比为2～15。优选喷丝孔直径0.15～0.25mm，喷丝孔长径比3～12。
熔喷纺丝组件喷丝板与缓冷板之间的气流狭缝宽度为0.2～1.2mm；喷丝板孔下方的熔体拉伸区域高度h1＝50～200mm。优选喷丝板与缓冷板之间的气流狭缝宽度为为0.22～0.9mm；喷丝板孔下方的熔体拉伸区域高度h1＝60～150mm。
熔喷纺丝组件缓冷板为左右对称的两块，在两块之间形成拉伸区，其熔体细流入口宽度L5为4～12mm；其中熔体拉伸区域宽度L4为7～50mm；其熔体拉伸出口宽度L1为4～20mm；且L4/L1＝1.25～2。优选缓冷板为左右对称的两块，在两块之间形成拉伸区，其熔体细流入口宽度L5为4-10mm；其中熔体拉伸区域宽度L4为8～40mm；其熔体拉伸出口宽度L1为5～15mm；且L4/L1＝5＝1.25～1.7。
熔喷纺丝组件气板为左右对称的两块，两块之间形成的丝束加速区域出口宽度L2为5-25mm，且气板和缓冷板形成的拉伸气流出口宽度L3为0.5～5mm。优选气板为左右对称的两块之间形成的14丝束加速区域出口宽度L2为6-20mm。
熔喷纺丝组件气板高度为100～300mm，优选为110～200mm。
具体说明如下：
如图1所示本发明的一种熔喷纺丝组件，包括喷丝板5、缓冷板6、加热器7和气板8组；在喷丝板5和缓冷板6之间设置有成型气流管3；在缓冷板6和气板8之间设置有拉伸气流狭缝4。缓冷板在喷丝板的喷丝孔下设置有缓冷拉伸区16。
如上所述的喷丝孔直径为0.12～0.35mm，喷丝孔长径比为2～15；优选喷丝孔直径0.15～0.25mm，喷丝孔长径比3～12。
喷丝板与缓冷板之间的气流狭缝2宽度为0.2～1.2mm，优选狭缝宽度为0.22～0.9mm；喷丝板孔下方的熔体拉伸区9域高度h1＝50～200mm；优选熔体拉伸区域高度为60～150mm。
所述的缓冷板6为左右对称的两块，在两块之间形成拉伸区16，其熔体细流入口11宽度L5为4～12mm，优选为4-10mm；其中熔体拉伸区12域宽度L4为7～24mm；优选宽度为8～20mm；其熔体拉伸出口13宽度L1为4～20mm，优选为5～15mm；且L4/L1＝1.25～2，优选L4/L5＝1.25～1.7。
所述的气板8为左右对称的两块，两块之间形成的丝束加速区域14出口宽度L2为5-25mm，优选为6-20mm，且气板和缓冷板形成的拉伸气流15出口宽度L3为0.5～5mm。气板高度为100～300mm，优选为110～200mm。
本发明的熔喷纺丝组件使用过程如下，熔体经喷丝孔1后进入位于缓冷板6形成的拉伸区域16中，同时经成型气流管3输入的干热空气经气流狭缝2进入到拉伸区16后，带动熔体细流冲过熔体13拉伸出口，同时拉伸气流狭缝4输出的高速热空气经较窄的拉伸气流出口15后成为高速热气流，此高速热气流带动经熔体12拉伸出口送出的熔体细流加速向下，完成熔体细流的高倍熔体拉伸。
本发明公开了一种熔喷纺丝组件，采用熔融纺丝+气流拉伸的原理，通过在喷丝孔出设置缓冷拉伸区，从而可以实现高粘熔体的高速气流拉伸，进而得到强度高、细度小的纤维，制备的纤维直径可达0.8～2.2微米，且制备的纤维细度均匀性好。该方法工艺路线简单易行，适用多种粘度的原料，制备的超细纤维性能优异，具有较好的市场价值。
本发明中，熔体细流出喷丝孔后在加热器7加热的缓冷板6形成的拉伸区域中由于温度较高，仍可保持熔体状态，满足熔体拉伸的需要，这是本发明的关键部分。另外，经拉伸气流出口15冲出的高速热气流与经气流狭缝2冲出的高速热气流合力对熔体细流进行高倍拉伸是本发明的装置实现的另外一个关键的功能。这两个关键部件的设置，是保障可以利用本发明的熔喷纺丝组件实现高分子量材料制备细度较高、强度较高纤维的关键。
采用本发明的熔喷纺丝组件进行可成纤聚合物的熔喷无纺布制备，由于缓冷板的存在，可以实现熔体细流在出喷丝孔之后的更充分拉伸，达到更高的牵伸倍率，使得制备的无纺布中纤维细度可达到1微米以下，纤维的断裂强度可达到常规纺丝纤维相近的强度，如聚对苯二甲酸乙二醇酯熔喷布强度可以达到3.1cN/dtex以上，聚丙烯纤维可以到达4.0cN/dtex以上，也可适用于其它成纤聚合物的熔喷无纺布的制备，原料适用性广。而且，采用本发明的熔喷纺丝组件进行无纺布的制备，得到的无纺布产品的强度可大大提高，可扩展熔喷无纺布的应用领域。
附图说明
图1：本发明的熔喷纺丝组件的剖面结构示意图；
图2：现有技术的熔喷纺丝组件剖面结构示意图；
图3：实施例1中所采用的熔喷纺丝组件的关键尺寸结构示意图。
其中：1-喷丝孔；2-气流狭缝；3-成型气流管；4-拉伸气流狭缝；5-喷丝板；6-缓冷板；7-加热器；8-气板；9-熔体拉伸区域；10-丝束加速区域；11-熔体细流入口；12-熔体拉伸区域；13-熔体拉伸出口；14-丝束加速区域出口；15-拉伸气流出口；16-拉伸区
具体实施方式
下面结合附图1、3及具体实施例及应用方式对本发明的技术方案进行完整、清晰的描述。
实施例1，适用于聚对苯二甲酸乙二醇酯的熔喷纺丝模头，其设计组装形式如图3所示，其喷丝板孔直径0.2mm，长径比为3，气流狭缝的宽度为0.22mm；熔体拉伸区域高度为60mm，缓冷板中心形成拉伸区，其中熔体细流入口宽度为L5＝4mm，熔体拉伸区域宽度为L4＝8mm，L1＝5mm；气板安装后，丝束加速区域出口宽度L2＝6mm，拉伸气流出口宽度L3＝0.5mm；本熔喷纺丝模头可适用于特性黏数为0.55～0.60之间的聚对苯二甲酸乙二醇酯的纺丝，纺丝时，熔体温度为285℃，成型气流温度285℃，速度1m/s，缓冷板温度240℃，拉伸气流温度200℃，速度80m/s，制备的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的细度可达1.1微米，纤维断裂强度3.1cN/dtex。
实施例2，适用于聚苯硫醚的熔喷纺丝模头，其设计组装形式如图1所示，其喷丝板孔直径0.24mm，长径比为10，气流狭缝的宽度为0.5mm；熔体拉伸区域高度为180mm，缓冷板中心形成拉伸区，其中熔体细流入口宽度为L5＝8mm，熔体拉伸区域宽度为L4＝13mm，L1＝11mm；气板安装后，丝束加速区域出口宽度L2＝16mm，拉伸气流出口宽度L3＝3mm；采用本熔喷纺丝模头加工聚苯硫醚纤维时，熔体温度为315℃，成型气流温度320℃，速度2m/s，缓冷板温度270℃，拉伸气流温度250℃，速度60m/s，制备的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的细度可达1.8微米，纤维断裂强度3.5cN/dtex。
实施例3，适用于聚丙烯的熔喷纺丝模头，其设计组装形式如图1所示，其喷丝板孔直径0.25mm，长径比为12，气流狭缝的宽度为0.9mm；熔体拉伸区域高度为200mm，缓冷板中心形成拉伸区，其中熔体细流入口宽度为L5＝10mm，熔体拉伸区域宽度为L4＝20mm，L1＝15mm；气板安装后，丝束加速区域出口宽度L2＝20mm，拉伸气流出口宽度L3＝5mm；采用本熔喷纺丝模头加工融指为60g/10min的聚丙烯纤维时，熔体温度为270℃，成型气流温度270℃，速度0.8m/s，缓冷板温度160℃，拉伸气流温度140℃，速度70m/s，制备的聚丙烯纤维的细度可达0.8微米，纤维断裂强度4.5cN/dtex。。
本发明公开和提出的技术方案，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
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