專利名稱：一種制備微納米纖維的熔噴模頭裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬納米技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種制備微納米纖維的熔噴模頭裝置。
背景技術(shù)：
熔噴非織造技術(shù)始于20世紀(jì)50年代，是一種以高聚物切片為原料直接制備超細(xì)纖維及其纖維網(wǎng)的一步法技術(shù)。其原理是，高聚物原料切片先被逐漸加熱熔融，擠壓、過(guò)濾和計(jì)量，從毛細(xì)孔被擠出后，被高速熱空氣流牽伸下成為超細(xì)纖維，逐漸凝聚到接受裝置上靠自身粘合而形成纖維網(wǎng)。熔噴工藝制備出纖維直徑一般為1 5μπι，目前最新技術(shù)已經(jīng)達(dá)到微米以下。熔噴纖維這種微納米尺度賦予熔噴纖網(wǎng)產(chǎn)品許多優(yōu)良性能，如過(guò)濾性、屏蔽性、覆蓋性、絕熱性等。熔噴法非織造材料產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于過(guò)濾材料、保暖材料、醫(yī)療衛(wèi)生材料、吸油材料、擦拭布、電池隔板以及隔音材料等領(lǐng)域。在研究如何將纖維直徑尺度進(jìn)一步減小，是熔噴工藝中研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。熔噴模頭是生產(chǎn)纖維的核心部件，許多研究和改進(jìn)圍繞模頭展開(kāi)。如美國(guó)模頭專利 USP3825380，該專利主要采用尖模頭紡出更細(xì)熔噴纖維。其細(xì)化纖維機(jī)理是，通過(guò)采用尖頭模頭組合件，使得雙槽空氣流場(chǎng)在噴絲孔出口附近沒(méi)有“死區(qū)”或“反向回流區(qū)”(該區(qū)在鈍模頭組合件中存在，對(duì)熔體的細(xì)化不利)，提高了氣流對(duì)熔體的拉伸作用，達(dá)到更加細(xì)化纖維的目的。該專利的缺點(diǎn)是不能改善熔體因擠出脹大而導(dǎo)致的最終纖維直徑變粗現(xiàn)象
細(xì)化熔噴纖維的方法還有采用高M(jìn)FI (熔融指數(shù))原料、小直徑和大長(zhǎng)徑比噴絲孔。這些方法能夠一定程度減小纖維直徑，但都有局限，因?yàn)樵系腗FI不能無(wú)限增大，小直徑和大長(zhǎng)徑比噴絲孔加工難度很高。在細(xì)化熔噴纖維過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)擠出脹大現(xiàn)象，擠出脹大現(xiàn)象也叫巴拉斯效應(yīng) (Barus effect)，是當(dāng)具有粘彈性的高聚物熔體從小孔、毛細(xì)管或狹縫中擠出時(shí)擠出物在擠出?？诤笈蛎浭蛊錂M截面大于?？跈M截面的現(xiàn)象。定量上用脹大比B來(lái)表示。這是由于聚合物熔體在模具內(nèi)因流動(dòng)而取向，在流出模口時(shí)分子重新蜷曲。擠出物脹大隨切變速度增大而增大，在到達(dá)最大值后再下降。分子量增大和其他能增加纏結(jié)的因素(如長(zhǎng)支鏈的增加)都將使擠出物脹大增大。在熔噴工藝中，擠出脹大效應(yīng)是高聚物熔體常見(jiàn)現(xiàn)象，一般不能消除。在傳統(tǒng)圓形噴絲孔的條件下，擠出脹大效應(yīng)不利于熔噴工藝中形成更為細(xì)化的纖維?，F(xiàn)有熔噴模頭不能較好地減小或轉(zhuǎn)化擠出脹大現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種制備微納米纖維的熔噴模頭裝置，利用高聚物擠出脹大現(xiàn)象，進(jìn)一步細(xì)化熔噴纖維直徑。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供一種制備微納米纖維的熔噴模頭裝置，包括模頭噴絲板，所述的模頭噴絲板上部和下部對(duì)稱各分布一個(gè)氣流入口 ；所述的氣流入口各連接一個(gè)矩形槽；所述的矩形槽分別通過(guò)氣流通道連接到噴絲孔，所述的噴絲孔包括圓柱形的噴絲孔后段和與噴絲孔后段相接的噴絲孔變形段；所述的噴絲孔變形段為
3截面逐漸變大的矩形截面柱體。所述的噴絲孔后段的直徑為0. 05 0. 5mm,長(zhǎng)徑比為10 30。所述的噴絲孔變形段的長(zhǎng)度為0. 5 1mm。有益效果本發(fā)明涉及一種制備微納米纖維的熔噴模頭裝置，通過(guò)采用截面逐漸變大的矩形截面噴絲孔結(jié)構(gòu)，具有如下優(yōu)勢(shì)首先，矩形截面柱體較圓形截面柱體有較大的周長(zhǎng)，形成較大表面積，使得矩形截面熔體細(xì)流與空氣接觸充分，從而產(chǎn)生較大的拉伸力，容易形成更細(xì)直徑的纖維；其次，矩形截面的長(zhǎng)邊平行于雙矩形槽，容易被高速拉伸氣流壓縮而形成橫截面更加扁平，形成柱體有更大的表面積，從而形成更細(xì)的纖維。此外本發(fā)明結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，不需要添加任何額外配件，也非常適合在常規(guī)熔噴模頭上改進(jìn)，原有的噴絲孔形狀按本發(fā)明進(jìn)行改進(jìn)，其它部分完全不變，而且操作方式跟原來(lái)相同不需改變，形成纖維的直徑卻可以比原來(lái)減小大約14 22%，具有直徑更細(xì)，直徑分布窄等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明熔噴模頭裝置組合的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為噴絲孔出口左視圖。圖3為噴絲孔出口主視圖。圖4為噴絲孔出口俯視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。實(shí)施例1如圖1至4所示，本發(fā)明為一種制備微納米纖維的熔噴模頭裝置，包括模頭噴絲板 7，所述的模頭噴絲板7上部和下部對(duì)稱各分布一個(gè)氣流入口 1 ；所述的氣流入口 1各連接一個(gè)矩形槽6 ；所述的矩形槽6分別通過(guò)氣流通道2連接到噴絲孔3，所述的噴絲孔3包括圓柱形的噴絲孔后段4和與噴絲孔后段4相接的噴絲孔變形段5 ；所述的噴絲孔變形段5 為截面逐漸變大的矩形截面柱體；所述的噴絲孔后段4的直徑為0. 05 0. 5mm,長(zhǎng)徑比為 10 30 ；所述的噴絲孔變形段5的長(zhǎng)度為0. 5 1mm。本發(fā)明裝置的工作過(guò)程如下高聚物熔體在螺桿擠出壓力作用下，由紡絲箱進(jìn)入模頭噴絲板7的噴絲孔3時(shí)，由于流道截面變小，熔體受到的擠壓力轉(zhuǎn)化成彈性能存儲(chǔ)在流動(dòng)熔體中，隨著熔體在圓柱形噴絲孔后段4部分中繼續(xù)向前流動(dòng)，由于截面面積尺寸不變，彈性能不能釋放；當(dāng)熔體流到噴絲孔變形段5的矩形截面部分時(shí)，由于截面面積增大，儲(chǔ)存在熔體中的彈性能隨著截面積的逐漸增大而逐漸釋放；當(dāng)熔體快流出矩形截面時(shí)，彈性能基本上釋放完畢，不再脹大， 而形成穩(wěn)定的矩形截面的柱體流出噴絲孔的末端。原料是聚丙烯，熔融溫度大約為170°C，熔融指數(shù)為1800 ；熔噴非織造設(shè)備及工藝參數(shù)為噴絲孔直徑0. 06mm，熔噴熔體溫度為350°C，空氣壓力為0. 3MPa，經(jīng)過(guò)熔噴工藝制備纖維平均直徑為430nm，噴絲孔為無(wú)變化的圓柱形時(shí)纖維直徑約為500nm，直徑比原來(lái)減少了近 14.0%。實(shí)施例2發(fā)明裝置與發(fā)明裝置的工作過(guò)程與實(shí)施例1相同。原料是低熔點(diǎn)多元共聚酰胺，熔融溫度大約為120°C，熔融指數(shù)為35 ；熔噴非織造設(shè)備及工藝參數(shù)為噴絲孔直徑0. 22mm，熔噴熔體溫度為200°C，空氣壓力為0. 2MPa，經(jīng)過(guò)熔噴工藝制備纖維平均直徑為2. 70 μ m,噴絲孔為無(wú)變化的圓柱形時(shí)紡絲直徑為3. 46 μ m, 直徑比原來(lái)減少了近22. 0 %。實(shí)施例3發(fā)明裝置與發(fā)明裝置的工作過(guò)程與實(shí)施例1相同。原料是聚丙烯，熔融溫度大約為170°C，熔融指數(shù)為1200 ；熔噴非織造設(shè)備及工藝參數(shù)為噴絲孔直徑0. 4mm，熔噴熔體溫度為260°C，空氣壓力為0. 15MPa，經(jīng)過(guò)熔噴工藝制備纖維平均直徑為4. 61 μ m,噴絲孔為無(wú)變化的圓柱形時(shí)紡絲直徑為5. 90 μ m,直徑比原來(lái)減少了近21.9%。實(shí)施例4發(fā)明裝置與發(fā)明裝置的工作過(guò)程與實(shí)施例1相同。原料是聚丙烯，熔融溫度大約為170°C，熔融指數(shù)為36 ；熔噴非織造設(shè)備及工藝參數(shù)為噴絲孔直徑0. 4mm，熔噴熔體溫度為250°C，空氣壓力為0. 08MPa，經(jīng)過(guò)熔噴工藝制備纖維平均直徑為9. 05 μ m,噴絲孔為無(wú)變化的圓柱形時(shí)紡絲直徑為11. 6 μ m，直徑比原來(lái)減少了近 22. 0%。實(shí)施例5發(fā)明裝置與發(fā)明裝置的工作過(guò)程與實(shí)施例1相同。原料是聚丙烯，熔融溫度大約為170°C，熔融指數(shù)為75 ；熔噴非織造設(shè)備及工藝參數(shù)為噴絲孔直徑0. 4mm，熔噴熔體溫度為350°C，空氣壓力為0. 02MPa，經(jīng)過(guò)熔噴工藝制備纖維平均直徑為50. 5 μ m，噴絲孔為無(wú)變化的圓柱形時(shí)紡絲直徑為62. 3 μ m，直徑比原來(lái)減少了近 18. 9%。
權(quán)利要求
1.一種制備微納米纖維的熔噴模頭裝置，包括模頭噴絲板(7)，所述的模頭噴絲板(7) 上部和下部對(duì)稱各分布一個(gè)氣流入口(1)；所述的氣流入口(1)各連接一個(gè)矩形槽(6)；所述的矩形槽(6)分別通過(guò)氣流通道( 連接到噴絲孔(3)，其特征在于，所述的噴絲孔(3) 包括圓柱形的噴絲孔后段(4)和與噴絲孔后段(4)相接的噴絲孔變形段(5)；所述的噴絲孔變形段( 為截面逐漸變大的矩形截面柱體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備微納米纖維的熔噴模頭裝置，其特征在于，所述的噴絲孔后段⑷的直徑為0. 05 0. 5mm，長(zhǎng)徑比為10 30。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備微納米纖維的熔噴模頭裝置，其特征在于，所述的噴絲孔變形段(5)的長(zhǎng)度為0. 5 1mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備微納米纖維的熔噴模頭裝置，包括模頭噴絲板，所述的模頭噴絲板上部和下部對(duì)稱各分布一個(gè)氣流入口；所述的氣流入口各連接一個(gè)矩形槽；所述的矩形槽分別通過(guò)氣流通道連接到噴絲孔，所述的噴絲孔包括圓柱形的噴絲孔后段和與噴絲孔后段相接的噴絲孔變形段；所述的噴絲孔變形段為截面逐漸變大的矩形截面柱體。本發(fā)明結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，不需要添加任何額外配件，也非常適合在常規(guī)熔噴模頭上改進(jìn)，原有的噴絲孔形狀按本發(fā)明進(jìn)行改進(jìn)，其它部分完全不變，而且操作方式跟原來(lái)一樣不改變，形成纖維的直徑卻可以比原來(lái)減小約20％左右，具有直徑更細(xì)，直徑分布窄等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)D01D5/253GK102260926SQ20111021100
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者王新厚, 辛三法 申請(qǐng)人:東華大學(xué)