微型熔喷的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种微型熔喷机。本发明包括空气压缩机、压缩空气加热器、样品罐、喷头、接收装置和工控系统。空气压缩机的出气口分成两路，其中的一路输入至压缩空气加热器，另一路输入至样品罐，经压缩空气加热器加热后的压缩空气输入至样品罐底部的喷头。所述的喷头正对接收装置，接收装置通过工控系统完成接收滚筒在平面上的匀速左右往返运动和旋转运动。所述样品罐用于熔融材料样品，在热压缩空气的作用下，使熔融材料样品向喷头移动。本发明采用自行特殊设计的加热管，实现了压缩空气出口温度0-200℃持续可调；通过样品罐内部结构的特殊设计，实现了熔融原料样品，在热压缩空气的作用下，向喷头定量移动。
【专利说明】微型熔喷机
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种熔喷非织造材料研究专用设备，具体是一种微型熔喷机。
【背景技术】
[0002] 熔喷法制备非织造材料工艺是聚合物挤压法非织造工艺中的一种，起源于20世 纪50年代初。美国海军实验室研究首先开发用于收集上层大气中放射性微粒的过滤材料， 1954年发表研究成果。20世纪60年代中期，美国ESS0公司（今Exxon公司）进一步对 这一工艺进行改进，并取得了相关的美国专利。20世纪80年代后期，由于熔喷法非织造 布市场的开发，一些非织造布机械制造商开始参与熔喷法生产设备的制造，其中有美国的 Accurate公司和J & Μ公司，德国的Reifenhaeuser公司等。从20世纪80年代开始，烙喷 法非织造布迅速增长。美国的Kimble-clark公司为了克服熔喷法非织造布强力低的缺点， 开发了熔喷非织造布与纺丝成网非织造布叠层材料，即SMS复合材料，大量应用于手术服、 过滤材料等，有力地推动了熔喷非织造布的发展。
[0003] 我国熔喷法非织造工艺研究始于20世纪70年代中期，80年代中后期，熔喷法非织 造布在我国得到推广应用，主要产品有过滤材料、医疗卫生用材料、环境保护材料、服装材 料、擦拭材料、吸油材料、保暖材料、电池隔膜等。进入90年代，随着熔喷技术的成熟，我国 完成了宽幅熔喷生产线的研制。尤其是近年来环境空气净化的需要，空气过滤材料的需求 迅猛增长，导致熔喷生产设备的快速发展。目前我国现有熔喷法非织造布生产线已达1000 多条。
[0004] 熔喷无纺布是一种高附加值、高科技的产品，随着熔喷织造材料应用领域的不断 扩展，新材料的研究越来越被重视，熔喷新产品的开发已经成为每个熔喷厂家的重中之重。 在传统的熔喷聚丙烯（PP)非织造布外，熔喷工艺常用的聚合物切片原料已扩展到聚乳酸 (PLA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)、聚酰胺（PA)、聚乙烯（PE)、聚四氟乙烯（PTFE)、聚苯 乙烯（PS)、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT)、聚氨基甲酸酯（PU)等。为满足熔喷新材料研发的 需要，作为非织造材料研究专用设备的小型熔喷机的需求也不断扩大。但熔喷产品的开发 需要很大的投入，在研发过程中材料的投入费用占很大的比例，如何降低这方面的投入也 成为了一个课题。但目前国内外市场上已有的小型熔喷设备都是大型熔喷设备的压缩版， 其基本结构和大型生产线基本配置相当，只是比例缩小。具体包括：螺杆挤出机、计量泵、熔 喷模头组合件、空压机、空气加热器、接收装置、卷绕装置等，具体如图1所示。在实际使用 时，存在试样用量大、工艺复杂、时间周期长、成本高等问题。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有技术的不足，提供了一种微型熔喷机。
[0006] 本发明由空气压缩机、压缩空气加热器、样品罐、喷头、接收装置和工控系统组成。
[0007] 所述的空气压缩机的出气口分成两路，其中的一路输入至压缩空气加热器，另一 路输入至样品罐，经压缩空气加热器加热后的压缩空气输入至样品罐底部的喷头；压缩空 气加热器、样品罐、喷头及接收装置放置在铝型材框架内，铝型材框架上设有框架门，压缩 空气加热器位于铝型材框架后背，样品罐装在铝型材框架顶部，喷头装在样品罐下部，接收 装置放置在铝型材框架内的中部。
[0008] 所述的压缩空气加热器包括内置有小管的大管，其中小管密封，小管内装有电炉 丝并用石棉填充，小管外缠绕空气管，大管与小管之间也用石棉填充，来自空气压缩机的气 体经空气管后被加热，并输入至样品罐底部的喷头；在空气管的出口处还设置有温度传感 器。
[0009] 所述的样品罐四周紧贴设置有加热器，外围有保护套，并设置有温度传感器；样品 罐的温度由温度传感器感知后发送给工控系统；开启加热器后试料样品将在样品罐内熔 融，在热压缩空气的作用下，使熔融试料样品向喷头移动。
[0010] 所述的喷头包括喷嘴和以喷嘴为中心的圆锥形出气口，来自压缩空气加热器的热 空气在喷嘴四周由导流槽由下往上提升后进入圆锥形出气口的大口输入端，从入圆锥形出 气口的小口输出端喷出后用于拉伸喷嘴处出来的熔融原料，得到超细纤维；喷头正对接收 装直。
[0011] 所述的接收装置包括接收滚筒和气动平台，接收滚筒依靠架设在滚筒下方的气动 平台完成在平面上的匀速左右往返运动，由装在滚筒轴外部的电机控制完成旋转运动，同 时采用负压吸附纤维完成接收成网；气动平台放置在工作台上，工作台可由升降机构完成 上下移动，并由支撑部件支撑；气动平台和电机均受控于工控系统。
[0012] 所述的工控系统通过计算机自动完成数据采集、监控和显示各工艺段的相关数 据，并控制和调节各部分的温度和运动速度。
[0013] 本发明的有益效果：采用自行特殊设计的加热管，实现了压缩空气出口温度 0-200°C持续可调；通过样品罐内部结构的特殊设计，实现了熔融原料样品，在热压缩空气 的作用下，向喷头定量移动，通过喷头内部结构的特殊设计，实现了热压缩空气的均匀、稳 定作用，拉伸熔融原料，得到超细纤维。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为现有的小型熔喷设备； 图2为本发明的不意图； 图3为本发明的具体结构示意图。
[0015] 图4为本发明中喷头结构示意图。
[0016] 图5为图4中局部放大图。
【具体实施方式】
[0017] 如图2所示，基于熔喷过程的基本原理，本发明提出了一种用于熔喷新材料研发 的微型熔喷机。其基本结构如下。
[0018] 压缩空气加热器：将来自超静音空压机的压缩空气加热，并提供给样品罐和喷头。
[0019] 样品罐：熔融材料样品，在热压缩空气的作用下，使熔融材料样品向喷头移动。
[0020] 喷头：在热压缩空气的作用下，通过控制原料挤塑量，拉伸熔融原料，得到超细纤 维。
[0021] 接收装置：通过自动控制系统完成接收滚筒在平面上的匀速左右往返运动和旋转 运动，同时采用负压吸附纤维完成接收成网。
[0022] 工控系统：控制和调节各部分的温度和运动速度，采样、监控和显示实验各工艺段 的相关数据。
[0023] 如图3所示，本实施例包括空气压缩机、压缩空气加热器11、样品罐1、喷头、接收 装置5和工控系统。
[0024] 空气压缩机的出气口分成两路，其中的一路输入至压缩空气加热器，另一路输入 至样品罐，经压缩空气加热器加热后的压缩空气输入至样品罐底部的喷头。
[0025] 喷头正对接收装置，接收装置通过工控系统完成接收滚筒在平面上的匀速左右往 返运动和旋转运动，同时采用负压吸附纤维完成接收成网其中的左右往返运动依靠架设在 滚筒下方的气动平台6完成，旋转运动由装在滚筒轴外部的电机控制完成，气动平台和电 机均受控于工控系统，气动平台6放置在工作台7上，工作台7可由升降机构8完成上下移 动，并由支部件9支撑。
[0026] 所述的压缩空气加热器包括内置有小管的大管，其中小管密封，小管内装有电炉 丝并用石棉填充，小管外缠绕空气管，大管与小管之间也用石棉填充，来自空气压缩机的气 体经空气管后输入至样品罐底部的喷头；在空气管的出口处还设置有温度传感器10。
[0027] 所述样品罐1四周紧贴设置有加热器2,外围有保护套3,样品罐的温度由温度传 感器4感知后发送给工控系统。开启加热器后材料样品将在样品罐内溶融材料样品，在热 压缩空气的作用下，使熔融材料样品向喷头移动。
[0028] 样品罐及接收装置放置在定制的铝型材框架12内，铝型材框架上设有框架门13， 压缩空气加热器位于铝型材框架12后背，铝型材框架12顶部装喷头。
[0029] 如图4和图5所示，喷头13包括喷嘴13-3和以喷嘴为中心的圆锥形出气口 13-2， 来自压缩空气加热器的热空气在喷嘴四周（左侧箭头指向处）由导流槽13-1由下往上提升 后进入圆锥形出气口的大口输入端，从圆锥形出气口的小口输出端喷出后用于拉伸喷嘴处 出来的熔融原料，来得到超细纤维。
[0030] 本实施例微型熔喷机技术参数： 压缩空气： 压力：0-0· 8MPa ;流量：400L/min以上，无水无油；噪声：75dB以下 压缩空气加热器 温度范围：0-2001：，精度：1.5级，持续可调。
[0031] 样品罐参数： 容积：0. 2L，控温范围：0-300°C，精度：1. 5级，不锈钢材质。
[0032] 接收装置：滚筒型，可X，Y两个方向移动。X方向和Y方向行程分别为：400_，精 度：1. 5级。
[0033] 工控系统 数据采集和控制都通过计算机自动完成控制和显示。
[0034] 微型熔喷机产品基本参数： ___ 幅宽（mm) 最小平均直径（μ m) 克重（g/m2) -次投料（g) 总功率（kW) (Γ40 |l. 0 丨6~可调 丨20~200 |8 本发明提出的微型熔喷机可以适应各种材料，如PP、PLA、PA、PET、PU等；用于科学研究 具有试验用料少，速度快，纤维丝径可控，最小平均丝径〈1. ο μ m，常规纤网克重可调，最小 为6g/m2,最大可根据需要调节，纤网均匀。可进行各种复合材料试验与测试，也可模拟大生 产过程，进行工艺模拟、配色等。
[0035] 具体实施例1 材料：聚丙烯（PP)，融指1400g/10min，熔点Γ165? 工况条件：压缩空气压力：〇. 2MPa ;压缩空气流量：40L/min ; 压缩空气加热器温度：200°C ;样品罐温度：200°C ;接收距离：10cm ;平台横向移动距离 30cm，移动速度6cm/min ;往返次数：4 滚筒转速：2圈/min 所获熔喷布基本参数： __ 幅宽（cm) 克重（g/m2) 平均丝径（μ m) 30 丨20 |l. 60 ' 具体实施例2 材料：聚丙烯（PP)，融指1400g/10min，熔点Γ165? 工况条件：压缩空气压力：〇. 2MPa ;压缩空气流量：40L/min ; 压缩空气加热器温度：200°C ;样品罐温度：200°C ;接收距离：10cm ;平台横向移动距离 30cm，移动速度5cm/min ;往返次数：8 滚筒转速：2圈/min 所获熔喷布基本参数： __ 幅宽（cm) 克重（g/m2) 平均丝径（μ m) 30 丨40 |l. 60 - 具体实施例3 材料：聚丙烯（PP)，融指1400g/10min，熔点Γ165? 工况条件：压缩空气压力：〇. 3MPa ;压缩空气流量：50L/min ; 压缩空气加热器温度：200°C ;样品罐温度：200°C ;接收距离：10cm ;平台横向移动距离 30cm，移动速度6cm/min ;往返次数：6 滚筒转速：2圈/min 所获熔喷布基本参数： __ 幅宽（cm)平均丝径（μ m) 克重（g/m2) 30 |l. 52 丨30 ' 具体实施例4 材料：聚丙烯（PP)，融指1500g/10min，熔点Γ162? 工况条件：压缩空气压力：〇. 2MPa ;压缩空气流量：40L/min ; 压缩空气加热器温度：200°C ;样品罐温度：200°C ;接收距离：5cm;平台横向移动距离 30cm，移动速度6cm/min ;往返次数：4 滚筒转速：2圈/min 所获熔喷布基本参数： __ 幅宽（cm)平均丝径（μ m) 克重（g/m2) 30 |l. 63 |l5.6 - 具体实施例5 材料：助剂改性聚丙烯（PP)，融指1400g/10min，熔点Tl63°C 工况条件：压缩空气压力：〇. 2MPa ;压缩空气流量：40L/min ; 压缩空气加热器温度：200°C ;样品罐温度：200°C ;接收距离：10cm ;平台横向移动距离 30cm，移动速度6cm/min ;往返次数：4 滚筒转速：2圈/min 所获熔喷布基本参数： __ 幅宽（cm)平均丝径（μ m) 克重（g/m2) 30 |l. 67 |l8.8 - 具体实施例6 材料：助剂改性聚丙烯（PP)，融指1400g/10min，熔点Tl63°C 工况条件：压缩空气压力：〇. 3MPa ;压缩空气流量：50L/min ; 压缩空气加热器温度：200°C ;样品罐温度：200°C ;接收距离：6cm;平台横向移动距离 30cm，移动速度6cm/min ;往返次数：6 滚筒转速：2圈/min 所获熔喷布基本参数： __ 幅宽（cm)平均丝径（μ m) 克重（g/m2) 30 |l. 53 丨32 ' 具体实施例7 材料：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)，比重1. 30-1. 38,熔点广250°C 工况条件：压缩空气压力：〇· 4MPa ;压缩空气流量：40L/min ; 压缩空气加热器温度：250°C ;样品罐温度：280°C ;接收距离：8cm;平台横向移动距离 30cm，移动速度6cm/min ;往返次数：4 滚筒转速：2圈/min 所获熔喷布基本参数： __ 幅宽（cm)平均丝径（μ m) 克重（g/m2) 30 |l. 82 |l8.4 '
【权利要求】
1.微型熔喷机，由空气压缩机、压缩空气加热器、样品罐、喷头、接收装置和工控系统 组成，其特征在于： 所述的空气压缩机的出气口分成两路，其中的一路输入至压缩空气加热器，另一路输 入至样品罐，经压缩空气加热器加热后的压缩空气输入至样品罐底部的喷头；压缩空气加 热器、样品罐、喷头及接收装置放置在铝型材框架内，铝型材框架上设有框架门，压缩空气 加热器位于铝型材框架后背，样品罐装在铝型材框架顶部，喷头装在样品罐下部，接收装置 放置在铝型材框架内的中部； 所述的压缩空气加热器包括内置有小管的大管，其中小管密封，小管内装有电炉丝并 用石棉填充，小管外缠绕空气管，大管与小管之间也用石棉填充，来自空气压缩机的气体经 空气管后被加热，并输入至样品罐底部的喷头；在空气管的出口处还设置有温度传感器； 所述的样品罐四周紧贴设置有加热器，外围有保护套，并设置有温度传感器；样品罐的 温度由温度传感器感知后发送给工控系统；开启加热器后试料样品将在样品罐内熔融，在 热压缩空气的作用下，使熔融试料样品向喷头移动； 所述的喷头包括喷嘴和以喷嘴为中心的圆锥形出气口，来自压缩空气加热器的热空气 在喷嘴四周由导流槽由下往上提升后进入圆锥形出气口的大口输入端，从圆锥形出气口的 小口输出端喷出后用于拉伸喷嘴处出来的熔融原料，得到超细纤维；喷头正对接收装置； 所述的接收装置包括接收滚筒和气动平台，接收滚筒依靠架设在滚筒下方的气动平台 完成在平面上的匀速左右往返运动，由装在滚筒轴外部的电机控制完成旋转运动，同时采 用负压吸附纤维完成接收成网；气动平台放置在工作台上，工作台可由升降机构完成上下 移动，并由支撑部件支撑；气动平台和电机均受控于工控系统； 所述的工控系统通过计算机自动完成数据采集、监控和显示各工艺段的相关数据，并 控制和调节各部分的温度和运动速度。
【文档编号】D01D13/00GK104109948SQ201410360825
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】陈钢进, 龙大海 申请人:杭州电子科技大学