一种高速旋风协同的超重力熔喷纺丝装置及其使用方法

1.本发明涉及熔喷纺丝技术领域，特别涉及一种高速旋风协同的超重力熔喷纺丝装置及其使用方法。


背景技术：

2.非织造布是指定向或随机排列的纤维通过摩擦、抱合、粘合或这些方法的组合而制成的片状物、纤网或絮垫，纤维可以是天然纤维或化学纤维。熔喷技术是聚合物直接成网制备非织造布的一种重要方法。其原理是利用高速高温气流喷吹聚合物熔体使其得到迅速拉伸并逐渐凝固成丝条，从而得到超细纤维，然后将超细纤维收集到集网帘上形成非织造布。熔喷非织造布孔隙多、结构蓬松、抗褶皱能力好，其独特的毛细结构的超细纤维增加了单位面积纤维的数量和表面积，从而使熔喷布具有很好的过滤性、屏蔽性、绝热性和吸油性，被广泛用于空气、液体过滤材料、隔离材料、吸纳材料、口罩材料、保暖材料、吸油材料及擦拭布等领域。
3.理论上讲，凡是热塑性聚合物切片原料均可用于熔喷工艺。然而，为了避免聚合物在喷丝头出口处过度膨胀，熔喷工艺只能采用低粘度的聚合物才能纺成熔融喷涂网。据统计，超过90％的熔喷非织造布是采用较高熔融流动指数(mfr)的聚丙烯制成，这样可提高产量、降低加热温度，从而降低能耗。但是，低分子量聚合物的采用使得熔喷纤维低分子取向或没有分子取向，导致制品机械性能较差。熔喷纤维网的脆弱性也给下游加工带来了困难，如熔喷织物难以染色、难以与其他非织造织物的过滤介质结构结合等，从而限制了熔喷布的应用范围。
4.cn201520898166.x的公开了一种熔喷无纺布制备装置，该装置在熔体成丝过程中受到高速高温气流和高速静电场的双重拉伸作用，纤维更加纤细，可以达到纳米级别。但该方法仍局限与对传统喷丝设备改进升级，并未能解决传统纺丝设备材料适应范围窄、高分子量聚合物难加工的问题。wo2019130697a1公开了一种平均纤维径小，比表面积大的熔喷无纺布快速制备方法及其装置。该装置通过改进喷丝板的结构，实现了高分子量聚丙烯熔喷纺丝，且制品具有较好的机械性能。但该装置仅能够加工高分子量于聚丙烯，材料适应范围仍有待扩展。
5.由此可见，虽然通过设备改进、原料改性、工艺复合等方法在一定程度上扩展了熔喷技术物料使用范围和提高了制品性能，但现有技术均局限于对传统喷丝设备进行升级改进，材料适应性无法取得较大突破，尤其是在高分子量、低熔融流动指数聚合物的熔喷纺丝上进展缓慢。因此，针对现有熔喷非织造布成型工艺存在的不足，开发一种物料适用范围广、纤维成型效率高、直径均匀、综合性能高的高分子材料熔喷纺丝方法与装置对推动熔喷非织造材料的发展和应用具有重要意义。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种物料适用范围广、纤维成型效
率高、直径均匀、综合性能高的高分子材料熔喷纺丝方法与装置。本发明的详细技术方案如下所述。
7.本发明第一个方面，保护一种高速旋风协同的超重力熔喷纺丝装置，包括挤出机(1)、超重力甩丝组件、盘状风鼓组件和铺丝装置(9)，所述超重力甩丝组件位于所述盘状风鼓组件内部，所述超重力甩丝组件包括圆筒底盘(2)、与圆筒底盘(2)连接的圆筒(3)，所述圆筒(3)与驱动电机(5)固定连接，所述圆筒(3)表面设置微孔(4)，所述挤出机(1)的喷嘴与所述圆筒底盘(2)连接，所述盘状风鼓组件包括螺旋风道(6)、风鼓壳体(7)和离心风机(8)，所述螺旋风道(6)沿所述圆筒(3)外壁同心设置，所述风鼓壳体(7)包裹住所述超重力甩丝组件，所述离心风机(8)的出风口与所述风鼓壳体(7)内部连通，所述风鼓壳体(7)设置有物料出口(10)，所述铺丝装置(9)位于所述物料出口(10)的下方。
8.本技术的超重力技术，指的是在比地球重力加速度大得多的环境下物质所受到的力，主要是通过转动设备整体或部件形成离心力场,离心力加速度大于重力加速度，广泛应用在化工分离、材料工程、生物化工和环境保护等领域。本技术的高速风，是指高速超过10米每秒的风速。
9.作为优选，所述超重力甩丝组件与所述盘状风鼓组件同轴设置。
10.作为优选，所述物料出口(10)位于所述螺旋风道(6)末端切线处。
11.作为优选，所述微孔(4)的截面形状为圆形、三角形、多边形、多弧形中的一种，优选地，所述微孔(4)为圆形时，直径为0.01-10mm，相邻圆心的间距为0.1-10mm。
12.作为优选，圆盘底盘(2)通过同心布置的芯轴(13)可旋转地连接所述圆筒(3)，所述圆盘底盘(2)与所述圆筒(3)能够围绕所述芯轴(13)同轴旋转，所述圆筒底盘(2)内部设置有熔体流道(11)，所述圆筒底盘(2)靠近所述圆筒(3)一侧的表面上设置有放射型微槽(12)。
13.作为优选，所述圆筒(3)靠近圆筒底盘(2)的一侧的表面上设置有与放射型微槽(12)相匹配的圆筒微槽。
14.作为优选，所述熔体流道(11)有若干条，所述熔体流道(11)沿所述圆盘底盘(2)的轴心对称分布。
15.作为优选，所述放射型微槽(12)为与圆筒(3)径向倾斜的均布放射型微槽，所述放射型微槽(12)的横截面形状包括半圆形、三角形、多边形、多弧形中的一种，优选地，当横截面形状为半圆形时，直径为0.01-1mm，相邻圆心的间距为0.1-1mm，径向倾斜角度为1-180
°
。
16.本发明的第二个方面保护一种熔喷纺丝装置的使用方法，包括以下步骤：
17.a1将圆筒和圆筒底盘紧固，开启驱动电机通过动力输出轴驱动圆筒和圆筒底盘一起旋转，开启离心风机提供围绕圆筒的高速螺旋风场；
18.a2启动挤出机，高分子熔体由喷嘴喷射进入旋转圆筒，熔体在离心力的作用下从圆筒上均匀分布的微孔中被甩出；
19.a3从微孔中被甩出的丝状高分子熔体在圆筒周边同轴设置的盘状风鼓组件高速螺旋风场作用下被冷却并拉伸成纤维；
20.a4纤维沿螺旋风道被输送至螺旋风道末端切线处的物料出口，通过物料出口由铺丝装置收集整理。
21.基于前面的所述，本发明中的高速螺旋风场，高速是指风速在10米每秒以上。
22.本发明的第三个方面保护另一种熔喷纺丝装置的使用方法，包括以下步骤：
23.b1圆筒和圆筒底盘通过芯轴滚动连接，开启驱动电机通过动力输出轴驱动圆筒旋转，开启离心风机提供围绕圆筒的高速螺旋风场；
24.b2启动挤出机，高分子熔体由喷嘴喷射进入圆筒底盘内部熔体流道，高分子熔体在离心力的作用下通过放射型微槽分割后被甩出进入旋转圆筒，熔体在离心力的作用下从圆筒上均匀分布的微孔中被甩出；
25.b3从微孔中被甩出的丝状高分子熔体在圆筒周边同轴设置的盘状风鼓组件高速螺旋风场作用下被冷却并拉伸成纤维；
26.b4纤维沿螺旋风道被输送至螺旋风道末端切线处的物料出口，通过物料出口由铺丝装置收集整理。
27.本发明的有益效果有：
28.(1)本高速旋风协同的高分子材料超重力熔喷纺丝方法利用旋转圆筒提供的超重力场将高分子熔体从微孔或微槽中甩出，有利于提高纤维成型效率，改善纤维直径均匀性；
29.(2)本高速旋风协同的高分子材料超重力熔喷纺丝装置改变了传统的喷丝方式，物料适应性广，可采用高分子量、低熔融指数的聚合物为原料，熔喷纤维综合性能好，能够纺制多功能、高附加值的熔喷产品；
30.(3)本高速旋风协同的高分子材料超重力熔喷纺丝装置结构紧凑简单，喷丝、拉伸、冷却同时进行，缩短了成丝过程，提高了生产效率。
附图说明
31.图1是实施例1装置结构图；
32.图2是实施例2装置结构图；
33.图3是实施例2圆筒底盘局部放大图；
34.图4实施例2圆筒局部放大图。
35.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：挤出机1、圆筒底盘2、圆筒3、微孔4、驱动电机5、螺旋风道6、风鼓壳体7、离心风机8、铺丝装置9、物料出口10、熔体流道11、放射型微槽12。
具体实施方式
36.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
37.实施例1
38.一种高速旋风协同的高分子材料超重力熔喷纺丝装置，如图1所示，包括挤出机1、超重力甩丝组件、盘状风鼓组件和铺丝装置9，超重力甩丝组件位于盘状风鼓组件内部，超重力甩丝组件包括圆筒底盘2、与圆筒底盘2连接的圆筒3，圆筒3与驱动电机5固定连接，圆筒3表面设置微孔4，挤出机1的喷嘴与圆筒底盘2连接，盘状风鼓组件包括螺旋风道6、风鼓壳体7和离心风机8，螺旋风道6沿圆筒3外壁同心设置，风鼓壳体7包裹住超重力甩丝组件，
离心风机8的出口与风鼓壳体7内部连通，所述风鼓壳体7设置有物料出口10，铺丝装置9位于物料出口10的下方。
39.作为优选的实施例，所述超重力甩丝组件与所述盘状风鼓组件同轴设置。
40.作为优选的实施例，所述物料出口10位于螺旋风道6末端切线处。
41.作为优选的实施例，所属微孔4的截面形状为圆形、三角形、多边形、多弧形中的一种，优选地，微孔为圆形时，直径为0.01-10mm，相邻圆心的间距为0.1-10mm。
42.使用本实施例时，包括以下步骤：
43.(1)驱动圆筒3和圆筒底盘2紧固，开启驱动电机5通过动力输出轴驱动圆筒3和圆筒底盘2一起旋转，开启离心风机8提供围绕圆筒3的高速螺旋风场；
44.(2)启动挤出机1，高分子熔体由喷嘴喷射进入离心力大于重力的旋转圆筒3，熔体在离心力的作用下从圆筒3上均匀分布的微孔4中被甩出；
45.(3)从微孔4中被甩出的丝状高分子熔体在圆筒3周边同轴设置的盘状风鼓组件高速螺旋风场作用下被冷却并拉伸成纤维；
46.(4)纤维沿螺旋风道6被输送至螺旋风道6末端切线处的物料出口10，并由铺丝装置9收集整理。
47.实施例2
48.本实施例与实施例1不同之处在于圆筒底盘2的不同，具体如下所述。
49.如图2-4所示，圆盘底盘2通过同心布置的芯轴13可旋转地连接所述圆筒3，所述圆盘底盘2与所述圆筒3能够围绕所述芯轴13同轴旋转，圆筒底盘2内部设置有熔体流道11，圆筒底盘2靠近圆筒3一侧的表面上设置有放射型微槽12。
50.作为优选的实施例，圆筒3靠近圆筒底盘2的一侧的表面上设置有与放射型微槽12相匹配的圆筒微槽。
51.作为优选的实施例，熔体流道11包括有4条，所述熔体流道11沿圆盘底盘2的轴心对称分布。
52.作为优选的实施例，放射型微槽12为与圆筒3径向倾斜的均布放射型微槽，微槽横截面形状包括半圆形、三角形、多边形、多弧形中的一种。微槽的尺寸和间距为恒定不变的，或为沿横向和/或纵向变化的，优选地，当微槽为半圆形时，直径为0.01-1mm，相邻圆心的间距为0.1-1mm，径向倾斜角度为1-180
°
。
53.使用本实施例时，包括以下步骤：
54.(1)开启驱动电机5通过动力输出轴驱动圆筒3旋转，开启离心风机8提供围绕圆筒3的高速螺旋风场，圆筒3和圆筒底盘2通过芯轴13相对旋转运动；
55.(2)启动挤出机1，高分子熔体由喷嘴喷射进入圆筒底盘2内部熔体流道11，高分子熔体在离心力的作用下通过放射型微槽12分割后被甩出进入离心力远大于重力的旋转圆筒3，熔体在离心力的作用下从圆筒3上均匀分布的微孔4中被甩出；
56.(3)从微孔4中被甩出的丝状高分子熔体在圆筒3周边同轴设置的盘状风鼓组件高速螺旋风场作用下被冷却并拉伸成超细纤维；
57.(4)超细纤维沿螺旋风道6被输送至螺旋风道6末端切线处的物料出口10，并由铺丝装置9收集整理。
58.实施例2与实施例1的不同之处在于提供了更适用于高分子量、低熔融指数聚合物
的熔喷纺丝，装置结构更为简单紧凑、易于成型加工。
59.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。