[發(fā)明專利]一種鏈?zhǔn)筋A(yù)調(diào)制熔噴方法、鏈?zhǔn)筋A(yù)調(diào)制熔噴頭及熔噴裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010835568.0
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN114075700B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張文武;陳鵬;張?zhí)鞚?/a>;茹浩磊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: D01D5/098
• 分類號: D01D5/098;D01D4/02;D01D5/253;D04H1/56
• 代理公司: 寧波元為知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33291
• 代理人: 趙興華

本發(fā)明公開了一種鏈?zhǔn)筋A(yù)調(diào)制熔噴方法、鏈?zhǔn)筋A(yù)調(diào)制熔噴頭及熔噴裝置，根據(jù)熔融體材料的分子量和加工溫度，標(biāo)定出熔融體材料的弛豫時(shí)間；熔噴通道具有用于調(diào)制熔融體材料形狀的形狀調(diào)制通道，熔融體材料經(jīng)過形狀調(diào)制通道到噴射出噴嘴的時(shí)間小于弛豫時(shí)間，本發(fā)明可以主動(dòng)控制熔絲的纏繞特性，同時(shí)可以更加經(jīng)濟(jì)高效地縮小纖維直徑，保證熔噴無紡布的均勻性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及極細(xì)纖維構(gòu)成的熔噴無紡布制造領(lǐng)域，具地說是一種用于熔噴無紡布生產(chǎn)的鏈?zhǔn)筋A(yù)調(diào)制熔噴方法以及用于該方法的鏈?zhǔn)筋A(yù)調(diào)制熔噴頭和熔噴裝置。

背景技術(shù)

微米、亞微米/納米級無紡布具有超高比表面積、超疏水、高效過濾等特性，是新能源、環(huán)保、生命健康、醫(yī)療與日常護(hù)理等領(lǐng)域急需和不可替代的基礎(chǔ)材料，由于其優(yōu)異的顆粒捕捉性能，被廣泛用于氣體過濾、液體過濾，電池隔板等等。比如，病毒防疫用口罩需要使用聚丙烯制成的無紡布，纖維需要充分細(xì)小，平均孔徑和最大孔徑需要充分小，整個(gè)口罩面需要通透性均勻。類似病毒防疫這樣的需求，對熔噴無紡布的制造提出了嚴(yán)峻的工程挑戰(zhàn)。

熔噴技術(shù)基于空氣動(dòng)力學(xué)原理，在高速(音速或亞音速)、高溫(240-320℃)氣流牽引下，將熔噴頭噴出的熔融聚合物等材料拉伸、變細(xì)，生產(chǎn)亞微米及納米級無紡布，是業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用的技術(shù)，其中熔噴頭為核心器件。業(yè)內(nèi)一直在探索各種熔噴頭，以更理想地滿足細(xì)密均勻、孔徑小同時(shí)通透性好的綜合要求。

很多熔噴頭設(shè)計(jì)為V字一體化結(jié)構(gòu)，上端大口進(jìn)給熔融聚合物，界面縮流，最終進(jìn)入0.1-0.5毫米直徑的微孔。為了消除聚合物噴出后冷卻時(shí)的過度纏繞，微孔一般要求較高的長徑比，一般大于5：1，高質(zhì)量的則大于10：1，業(yè)內(nèi)已經(jīng)使用20：1的噴嘴來制造極細(xì)的纖維。這樣的噴射孔一般排成一排，噴射后，被外邊的熱氣流裹挾，拉長變細(xì)然后在承接裝置上蜷縮纏繞為多孔蓬松的熔噴無紡布。

縮小纖維初始直徑，同時(shí)兼顧生產(chǎn)效率和熔噴頭制造成本是一個(gè)顯著的工程矛盾，因?yàn)椋肜w維細(xì)，就要孔徑細(xì)，孔徑細(xì)，材料流通率受限，就要通過增加孔數(shù)來補(bǔ)償，而大量的大深徑比微孔(0.2毫米以下)的加工制約了制造成本和孔型的設(shè)計(jì)。目前業(yè)內(nèi)的孔型基本為直圓孔或直孔的簡單變異，如錐孔等。熔噴孔制造技術(shù)的局限，使得能夠?qū)崿F(xiàn)更好聚合物擠出性能的結(jié)構(gòu)很難工程實(shí)現(xiàn)。熔噴頭還要解決不均勻、斷絲、在出口處纏繞和局部團(tuán)聚等問題。

鑒于一體化V形熔噴頭孔加工的困難性，專利CN20752538C及CN103380242A披露了對稱分體然后對齊形成大深徑比熔噴孔的思路。這些方法部分解決了一體化噴嘴制造的弊端，但是，陣列微孔的精密對齊成為裝配和使用的大問題。

此外，目前我們所知的技術(shù)文獻(xiàn)中，熔噴孔普遍采用大深徑比的孔，方向?yàn)榇怪眹娚洌瑖娚涑龊笥蓺饬骼熳兗?xì)或爆炸分裂，不能精確調(diào)控噴絲之間的纏繞角度。大深徑比孔的采用一是為了產(chǎn)生層流噴射，二是為了消除熔腔內(nèi)的湍流影響。如此噴出的熔絲容易出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，噴射氣流下游的湍流擾動(dòng)雖然可以形成無紡布，但是，纖維之間的間隙缺乏精確主動(dòng)的調(diào)控能力。

如果能人為精確主動(dòng)地調(diào)控熔絲的噴出特性和纏繞特性，則將進(jìn)一步提升熔噴無紡布的各類功能。但是，目前的技術(shù)并不具備這種能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)，而提供一種鏈?zhǔn)筋A(yù)調(diào)制熔噴方法、鏈?zhǔn)筋A(yù)調(diào)制熔噴頭及熔噴裝置，可以主動(dòng)控制熔絲的纏繞特性，同時(shí)可以更加經(jīng)濟(jì)高效地縮小纖維直徑，保證熔噴無紡布的均勻性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種鏈?zhǔn)筋A(yù)調(diào)制熔噴方法，用于生產(chǎn)熔噴無紡布的熔融體材料通過熔噴通道噴射擠出，根據(jù)熔融體材料的分子量和加工溫度，標(biāo)定出熔融體材料的弛豫時(shí)間；熔噴通道具有用于調(diào)制熔融體材料形狀的形狀調(diào)制通道，熔融體材料經(jīng)過形狀調(diào)制通道到噴射出噴嘴的時(shí)間小于弛豫時(shí)間。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，熔噴通道具有多級母子分叉鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，形狀調(diào)制通道位于熔噴通道的次級通道；形狀調(diào)制通道從形狀調(diào)制開始位置至形狀調(diào)制結(jié)束位置具有震蕩結(jié)構(gòu)。