CN106435768A - 喷丝模头以及极细纤维制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不使用高压电，即使使用少量的热风也能安定将高分子聚合物拉丝成微细纤维，而且容易做成小型化，轻量，可控制降低制造成本的喷丝用模头以及极细纤维制造装置；喷丝模头内部由1个以上可吐出加热融化后的高分子溶液的液体喷嘴和一个以上能吹出热风将液体喷嘴吐出的高分子聚合物溶液拉伸成纤维状的热气体喷嘴构成；热气体喷嘴和液体喷嘴相互接近，热气体喷嘴的吹出方向与液体喷嘴的喷出方向在喷丝模头下方形成交叉的配置。

Description

喷丝模头以及极细纤维制造装置

技术领域

本发明是喷丝模头以及使用此模头生产的极细纤维装置。

背景技术

一般把直径在1μm以下的微细纤维定义为纳米纤维，用来生产制造这种极细纤维的ESD（electric spray deposition）制法已为大众所知。

这种ESD制法是将高分子聚合物加入溶媒中溶解后的高分子聚合物溶液在高电压的作用下来制造纤维。即液体喷嘴喷出聚合物溶液，通过喷嘴和收集口之间的直流高电压的作用下，喷出的高分子溶液中的溶媒瞬间蒸发，并在在库仑力的拉伸下形成极细纤维层堆积于收集处。（参考专利文件１）

这种ESD制法由于需使用到高压电，因此需要制作防止溶媒挥发引发火灾的相关设置，在操作上比较麻烦。

专利文件2中记载的纳米纤维制法是，不用高压电，直接通过纺织喷头喷丝，以纺丝模头的喷嘴为圆中心，围绕着以该吐出中心为同心轴的环形状高速出风口的一种纳米纤维制造方法。

【先行技术文件】

【专利文件１】日本特开２０１２－１２７００８号公报；

【专利文件２】日本特开２０１３－１８５２７３号公报；

如上专利文件1所述的构造，防止着火的操作上比较麻烦。

而专利文件2不采用高压电的构造，可以解决专利文件1的问题。但是以高分子吐出口为中心，周围围绕着用于拉伸高分子聚合物纤维的高速气体吹出口的构造，高速气体吹出口的口径大，需要大量热气体，这样又会引起包含着液体吐出口以及高速吹风口的纺丝模头的整体构造大型化，复杂化的新问题。

发明内容

所以，本发明鉴于前面的问题，提供不使用高压电，通过少量的热风也可将吐出的高分子聚合物溶液安定拉伸出纳米纤维一样的极细纤维，同时达到将模具小型化，轻量化，便于降低了纺丝模头的成本以及极细纤维制造装置成本。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

喷丝模头，拥有1个以上可吐出在溶剂中溶化的聚合物溶液的液体喷嘴以及与之对应的1个以上的用于延伸溶液的热气体喷头的热气体喷嘴，热气体喷嘴与液体喷嘴接近，热气体喷嘴的气体喷出方向与液体喷嘴的喷出方向在模头下方形成交叉的特征。 这种构造可以做成即使是少量的热气体，也能将可拉伸的高分子溶液拉伸出稳定的超细纤维的喷丝模头以及极细纤维生产制造装置。同时，喷丝模头内溶液的液体喷嘴与热风的热气体喷嘴的占用地方小， 可增加喷丝模头的液体喷嘴以及热气体喷嘴的配置自由度。

本发明的有益效果为：

利用本发明，用少量的热气体可将溶解后的高分子聚合物溶液稳定进行纺丝成纳米纤维一样的极细纤维，即可以减少热风的使用量。液体喷嘴以及热气体的喷嘴所占据的空间小，模具内可配置多组这样喷嘴、可达到模具的小型化，轻量化，以达到制造成本降低的目的。

附图说明

【图1】本发明第1实施形态的喷丝模头的断面图和与之配套的极细纤维制造装置的模式。

【图2】图1所示喷丝模具的平面图。

【图3】根据本发明第2的实施形态的喷丝模头断面图。

【图4】根据本发明第3的实施形态的喷丝模头断面图。

【图5】图4所示喷丝模具的平面图。

【图6】根据本发明第4的实施形态的喷丝平面图。

【图7】根据本发明第5的实施形态的喷丝平面图。

【图8】图7的沿A-A线的喷丝剖面图。

【图9】根据本发明第6的实施形态的喷丝平面图。

【图10】使用图7模头极细纤维制造装置的斜视图。

【图11】使用图9模头极细纤维制造装置的斜视图。

具体实施方式

第1实施形态

参照图1和图2，对第１实施形态的喷丝模头２０以及极细纤维制造装置进行说明。

如图1所示，极细纤维制造装置由提供高分子聚合物溶液的液体提供装置２００和热气体生成器３００和将从高分子聚合物提供装置200出来的高分子聚合物溶液拉伸成纤维状的喷丝模头２０构成。

如图1及图2所示，喷丝模头２０由高分子溶液吐出的液体喷嘴２２和吹出热气体的热气体喷嘴２４构成。

液体喷嘴２２与热气体喷嘴２４，各自为具有一定的断面的一个柱状中空体，互相接近放置。并且，以液体喷嘴２２的中心轴Ｏ_ｒ和热气体喷嘴２４的中心轴Ｏ_ｇ在同一平面上，喷丝模头２０内，中心轴Ｏ_ｒ倾斜、中心轴Ｏ_ｒ的延长线和中心轴Ｏ_ｇ的延长线在喷丝模头前方２０ａ的前面点Ｘ处呈角度θ_１相交。

上述构造、即使热气体喷嘴２４出来的少量热气体、也可以将液体喷嘴２２出来的高分子聚合物瞬间拉伸凝固成纳米纤维极的超细纤维。

液体喷嘴２２是一个可以吐出高分子聚合物液体的出口，不限定断面现状，例如圆形，椭圆形，四边形，六边形等多边形也可使用。考虑到便于均一加工，采用圆形为好。

同时液体喷嘴２２断面根据液体材料的种类，温度，选择适宜的尺寸。圆形的场合，直径可使用０．１ｍｍ到１．０ｍｍ为好，０．２ｍｍ到０．５ｍｍ更好。

热气体喷嘴２４的气体吐出口，只要是可以喷出热气体，对断面的形状没有特殊限定，例如，圆形，椭圆形，四边形，六边形等多边形，以及四边形的弯曲槽形等多种形状均可。

同时，热气体喷嘴２４的断面大小根据溶融树脂的种类和温度进行选择适宜尺寸。采用圆形时，直径可使用０．２ｍｍ到３．０ｍｍ较好，０．５ｍｍ到１．５ｍｍ更好。

液体喷嘴２２与热气体喷嘴２４，相互接近配置，双方在喷丝模头的下面２０ａ设置，最短距离ｔ₁为０．１ｍｍ到５ｍｍ，１ｍｍ到４．５ｍｍ为好、２ｍｍ到４ｍｍ更适宜。不满０．１ｍｍ的情况下，太接近加工困难。超过５ｍｍ的超细纤维拉丝效果不好。

图1，中心轴Ｏ_ｒ的延长线和中心轴Ｏ_ｇ的延长线构成角度θ_１，选择０度到３０度，０度到２５度为好、５度到２０度更好。超过３０度，出来的热风不能很好地拉伸超细纤维。角度θ_１在接近０度的情况下，图1所示的点X与模头下面20a的距离变大，这种情况也能将高分子聚合物溶液拉伸成纳米纤维等微细纤维。

图1所示的喷丝模具２０中，液体喷嘴２２倾斜摆放，相反也可以将热气体喷嘴２４倾斜摆放，或者两个都倾斜也可。上述情况，中心轴Ｏ_ｒ的延长线与中心轴Ｏ_ｇ的延长线构成的角度θ_１在３０度以内为好。

第2实施形态

参考图3，对第２的实施形态的喷丝模头３０做说明。

如图3所示，喷丝模头３０中，液体喷嘴３２的上侧，做出一个相对液体喷嘴３２断面更大的中心空腔的液体保存部３２ｂ，一般情况下加工液体喷嘴３２，如要求加工贯穿很厚的金属模头且要求直径在０．５ｍｍ左右这样细小孔，是非常困难的。有３２ｂ这样的设计，可以减少小孔液体喷嘴的加工厚度，同时便于液体的流通。

如图3所示，液体喷嘴32的上侧做成较大断面的中空部３２ｂ，热气体喷嘴的上侧部也可以做成这样的形状，液体的中空部与热风的中空部不贯通即可。

第3实施形态

参照图4及图5，对第３实施形态的喷丝模头40加以说明。

如图4及图5所示、喷丝模头４０的内部由吐出溶液的液体喷嘴４２和吹出热气体的热气体喷嘴４４组成。

图中所示的喷丝模头４０的液体喷嘴４２是做成倾斜的。

热气体喷嘴４４，在靠近喷丝模头下面４０ａ处、有一部分呈喇叭状的部分４４a。

这个结构，可以让从热气体喷嘴４４出来的即使是少量热气体，将液体喷嘴４２出来的溶液在沿着热气体喷嘴４４ａ吹出的气体的作用下，瞬间拉伸并凝固细小纤维从而得到纳米纤维等极细纤维。

对于喇叭部44a，不一定要将热气体喷头４４的出口处全部设计成喇叭状，只要将靠近液体喷嘴４２处的热气体喷嘴44设计成喇叭形状。热气体喷嘴44或液体喷嘴42的断面为圆形的情况下，两者直径相同较好。

同时，图4中的喇叭状44ａ，把热气体喷嘴中心轴和喇叭方向交叉成的角度θ_２做成35度为好，25度以内为较好。15度以内更好。超过35度，横向热风气体会造成喷丝溶液拉伸不充分对微细纤维的形成造成影响，不宜得到纳米纤维等极细纤维。

同时，图4及图5中，在喷丝模头下面，喇叭形状４４ａ，与液体喷嘴４２的出口的设计是几乎连接在一起，同时将角度θ_２做的很小并与液体喷嘴４２的出口近距离设计为好。

如上所述，图4及图5中，第１实施形态的喷丝模头使用的热气体喷嘴的吹出部至少有一部分呈喇叭形状，同样，也适合于第２实施形态的喷丝模头。

第4实施形态

参考图6，对第４种实施形态的喷丝模头５０进行说明。

如图6所示，喷丝模头５０上，在直径Ｄ_１的圆周上分布着多个喷出高分子聚合物液体的液体喷嘴５２。并且各自液体喷嘴５２上，配以图示所没有显示的热气体喷嘴，该热气体喷嘴接近液体喷嘴52，热气体喷嘴的吹出方向与液体喷嘴52的喷出方向在喷丝模头下面50a的下方形成交叉。这种设计，可让各自的热气体喷嘴喷出的少量热风，将由各自的液体喷嘴５２吐出的高分子聚合物液体在热气体作用下被拉伸成纳米纤维等的极细纤维，这样具有非常优越的生产性能。同时，热空气喷头的配置可以根据各种材料的粘性不同自由更改，有利于液体喷头的高密度配置。

喷丝模头５０的外形，断面不一定要圆形，根据具体要求，也可以是椭圆形，四边形，六边形等多边形。从喷丝模头加工的便利性上考虑，圆形更理想。

如图6所示，液体喷嘴５２在圆周上的配置数量是１２个，根据模具的外形以及产品的要求可配置更多数量的液体喷嘴。

这里相邻连接的液体喷嘴52的间距为2mm-12mm，3mm-10mm更好，不足2mm的相邻太近产生对邻近的液体喷嘴的干扰，不能生产出稳定细小纤维，超过12mm的则降低生产率。

第5实施形态

参照图7及图8，对第５种实施形态的喷丝模头６０进行说明。

如图7所示、喷丝模头６０的内部中液体喷嘴６２在直径Ｄ_１的圆周上多处分布。热气体喷嘴６４分布于液体喷嘴６２所在的同心圆的直径为Ｄ_２的圆周上，并且各自与液体喷嘴６２对应分布。

这个装置，各自的热气体喷嘴吹出的少量热气体，可将与之配套的液体喷头６２喷出的高分子聚合物液体延伸成大量的极细纳米纤维，具有优越的生产性能。

喷丝模头６０中，如图所示高分子聚合物液体是从直径Ｄ_１的接近圆周的喷丝模头的纵向方向进入。热气体的导入途径是以直径Ｄ_２圆周附近的纵向方向进入，分别配置。直径Ｄ_２比直径Ｄ_１小。

这样的配置，液体和热气体以各自的管道分别进入，可以简单分离，这样便于喷丝模头的加工以及模头的小型化。

如图7及图8，热气体喷嘴６４的吹出口部分设计成喇叭状６４ａ。这样，吐出的高分子液体在热空气作用下更有效拉伸成超微细纤维。

同时、图7中、与热气体喷嘴６４相联接的热空气导入口３００ｂ设置在喷丝模头的侧面中心处，与导入口相干扰的液体喷嘴与热气体喷嘴可以不设置。如要避免这样状态，可将导入口300b移置喷丝模头下部的反对面、即喷丝模头上部也可。

图7中，热气体喷嘴６４的断面是圆形的，椭圆形，四边形，六边形等多边形均可。同时，细长的四边形在直径Ｄ_２的圆周上分布时，圆弧形也可以。这样情况，可防止吐出的超微细纤维或液体飞入直径Ｄ_２的圆周内。

以上所述在喷丝模头60内，直径D_２是比直径D_１小的结构方式。相反直径D_２是比直径D_１大的结构也可同样得到微细纤维。也同样容易分开高分子聚合物与热气体的各自通入途径。

第5实施形态

参照图9，对第6种实施形态的喷丝模头70进行说明。

图9所示，喷丝模头70的内部多个熔融树脂的液体喷嘴72在直线I_１上均匀分布。且各自的液体喷嘴72上有与之相对应的热气体喷嘴74。热气体喷嘴与液体喷嘴72相接近，热气体喷嘴的吹出方向与液体喷嘴72的吐出方向是同方向在喷丝模头的下面70a的下方相交。这样从各个液体喷嘴74喷出的少量热气体，拉伸相对应的从液体喷嘴72吐出的熔融树脂形成微细纤维乃至极细纤维，具有优异的生产性。同时热气体喷嘴可根据液体喷嘴的密度自由配置，从极细纤维到范围广泛的不织布制造上都很有利。

还有，喷丝模头70的外形断面容易做成细长的四角形的形状，但没有特意限定。

邻近的液体喷嘴72的间距为 2mm到12mm，3mm到10mm更好，不足2mm相邻距离太近与邻接喷嘴产生干扰不能稳定纺丝，超过12mm液体喷嘴太少生产效率降低。

图10是利用图7所示的装有多个喷丝模头60的超细纤维制造装置。高分子聚合物液体从液体提供装置进入配管200a经过液体导入口200b进入喷丝模头60，在经过多个液体喷嘴62拉伸成纤维。同时，热风生成装置上吹出的热空气通过热风导入配管300a进入热风道入口300b后从热气体喷嘴64喷出，然后将液体喷嘴62喷出的高分子液体瞬间拉伸成微细纤维并固化成极细纳米纤维。

如图10所示，在喷丝模头60下方铺置网状传送带，微细化的极细纳米纤维在行走的传送带上堆积成极细纤维层。

图10中的喷丝模头60在幅宽上配置数量是3个，生产效率的提高可配置更多的喷丝模头数量。

多个喷丝模头60可提供同一种类树脂材料的熔融树脂，另外不同的喷丝模头60也可提供不同种类，特性不同的可溶解于溶剂的高分子聚合物，形成复合的极细纤维组合。

图11是图9所示为使用多个喷丝模头70的纳米纤维装配示意图。从高分子溶液供给装置出来的高分子溶液，经液体导入配管210a经过液体进入口210b到喷丝模头70再从配置多数的液体喷嘴72中吐出。同时另一边的热风生成装置生成的热风从热风导入管310a经过热风导入口310b到喷丝模头70，再从多数的热气体喷嘴吹出，这样可将液体喷嘴72吐出的高分子聚合物瞬间拉伸成微细纤维，得到极细的纳米纤维。

如图11所示，在喷丝模头70下面铺设网状传送带，微细化的纳米纤维在行走的传送带上堆积形成极细纤维层。

再者， 图11中的喷丝模头70在传送带的行进方向上设置了3台，如果需要提高生产量，也可多设置喷丝模头台数。

还有，复数的喷丝模头70中可提供同样原材料的高分子聚合物液体，也可给每个喷丝模头70提供不同种类，特性不同的高分子聚合物液体，形成复合化的纳米纤维的极细纤维组合。

【符号说明】

２０、３０、４０、５０、６０、７０：喷丝模头

２０ａ、３０ａ、４０ａ、５０ａ、６０ａ、７０ａ：喷丝模头的下面（底面）

２２、３２、４２、５２、６２、７２：液体喷嘴

２４、３４、４４、６４、７４：热气体喷嘴

３２ｂ：液体保存部

４４ａ、６４ａ：热风喷头的喇叭部

２００：高分子聚合物溶液提供装置

２００ａ、２１０ａ：液体导入管

２００ｂ：液体导入口

３００：热风生成装置

３００ａ、３１０ａ：热风导入管

３００ｂ：热风导入口。

Claims (6)

1.喷丝模头，其特征为，具备1个以上可吐出在溶剂中溶解的高分子聚合物液体的液体喷嘴，以及将上述液体拉伸的并与上述液体喷嘴相对应的1个以上的热气体喷嘴；上述热气体喷嘴接近上述液体喷嘴，上述的热气体喷嘴的吹出方向与上述的液体喷嘴的吐出方向在喷丝模头的下方形成交叉式配置。

2.如权利要求1所述的喷丝模头，其特征为，所述热气体喷嘴的吹出部有一部分成喇叭状。

3.如权利要求1或2所述的喷丝模头，其特征为，具有多个在直径Ｄ_１的圆周上配置的上述液体喷嘴。

4.如权利要求3所述的喷丝模头，其特征为，配置在与上述配置液体喷嘴的圆周的具有同一的圆心的直径为Ｄ_２的圆周上，Ｄ_２比Ｄ_１小或者大。

5.如权利要求1或2所述的喷丝模头，其特征为，多个液体喷嘴呈直线配置。

6.如权利要求1-5所述的喷丝模头，其特征为，使用此熔喷喷丝模头生产的超极细纤维制造装置，从上述液体喷嘴吐出高分子聚合物液体的同时，对吐出的高分子聚合物液体配以上述热风喷嘴吹出的热风使其延伸成纤维状的树脂纤维。