文丘里纺丝模头、文丘里喷头及其制备微米纤维的方法

摘要

本发明公开了一种文丘里纺丝模头、文丘里喷头及其制备微米纤维的方法，包括：文氏管路和喷嘴前端，所述喷嘴前端设置于所述文氏管路的一端上并与所述文氏管路为一体成型结构，所述喷嘴前端包括：喷嘴入口、喷嘴出口和喉部，所述喉部包括：喉部入口和喉部出口，所述喷嘴入口逐渐减少内径尺寸并延伸至所述喉部入口，所述喉部出口逐渐扩大内径尺寸并延伸至所述喷嘴出口；所述喷嘴入口与所述喉部之间设有扩散部；这样不仅能够提高气流速度，更提高物料进口真空度，降低了设备投入和运行成本，微米纤维的品质得到了显著提高。

说明书

技术领域

本发明涉及微纳米纤维生产技术领域，具体涉及一种文丘里纺丝模头、文丘里喷头及其制备微米纤维的方法。

背景技术

微纳米纤维由于直径小、比表面积大等优点，被认为是一种高性能、高附加值的纤维产品，在过滤材料、保暖材料、吸油材料、医疗卫生等领域应用广泛。目前制备微纳米纤维的方法包括熔喷法、双组份复合纺丝法、静电纺丝法以及溶液喷射纺丝法等。溶液喷射纺丝法作为一种新型纺丝技术，目前尚未有专门针对该技术的纺丝模头，尤其是可适用规模化生产的纺丝模头。作为一种气流拉伸成形纺丝技术，溶液喷射纺丝法可视为由熔喷技术演变而来，其区别在于，在溶液喷射纺丝过程中使用纺丝溶液代替熔喷技术中纺丝熔体，因此在熔喷技术中广泛使用的双槽型纺丝模头也可应用于溶液喷射法中，但在实际操作中，该类模头容易出现纺丝熔体粘附喷丝孔、喷吹风风速不匀导致的风口狭缝、易出现并丝和纺丝不均匀等问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种文丘里纺丝模头、文丘里喷头及其制备微米纤维的方法，不仅能够提高气流速度，更提高了物料进口真空度，降低了设备投入和运行成本，微米纤维的品质得到了显著提高。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种文丘里纺丝模头，包括：文氏管路和喷嘴前端，所述喷嘴前端设置于所述文氏管路的一端上并与所述文氏管路为一体成型结构，所述喷嘴前端包括：喷嘴入口、喷嘴出口和喉部，所述喉部包括：喉部入口和喉部出口，所述喷嘴入口逐渐减少内径尺寸并延伸至所述喉部入口，所述喉部出口逐渐扩大内径尺寸并延伸至所述喷嘴出口；所述喷嘴入口与所述喉部之间设有扩散部。

本发明提供的一种文丘里纺丝模头、文丘里喷头及其制备微米纤维的方法，不仅能够提高了气流速度，更提高物料进口真空度，降低了设备投入和运行成本，微米纤维的品质得到了显著提高

在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：

作为优选的方案，所述文氏管路另一端连接有消音装置，所述消音装置用于减少文丘里纺丝模头内气流震荡。

作为优选的方案，所述文氏管路上还设有扩散腔，所述喷嘴前端能够通过扩散腔的长度设置不同得到不同的临界压力比。

本发明还公开了一种文丘里喷头，包括：

以上任一种所述的文丘里纺丝模头，所述文丘里纺丝模头设置于文丘里喷头上；

喷丝头，所述喷丝头两侧设有进气孔。

作为优选的方案，所述喷丝头上设有喷丝嘴，所述喷丝嘴由阵列排布的毛细管组成。

作为优选的方案，所述毛细管直径为0.2～0.4mm。

作为优选的方案，所述进气孔上设有进气孔头端，所述进气孔头端用于将热长丝牵伸成微米纤维。

作为优选的方案，包括：传送带，所述喷丝嘴与所述传送带相对应且相互配合，所述传送带用于传输微米纤维。

本发明还公开了一种文丘里喷头制备微米纤维的方法，包括以下步骤：

聚合物母粒原料在挤出机内熔融，将熔融的聚合物传送至文丘里喷头；

在喷丝头两侧的进气孔通入250～300℃的压缩空气；

当熔融的聚合物挤出喷丝头时，进气孔的头端作用于熔融的聚合物，以大于550m/s的气流将热长丝牵伸成纤维；

压缩空气向下流动时与周围空气混合，使纤维冷却并最终固结成微米纤维；

通过传送带传输制备得到的微米纤维。

作为优选的方案，所述微米纤维的直径为1～10μm。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种文丘里纺丝模头的结构图；

图2为本发明实施例提供的一种文丘里喷头的结构图；

其中：1.文氏管路，2.喷嘴前端，3.喷嘴入口，4.喷嘴出口，5.喉部，6.扩散部，7.扩散腔，8.文丘里纺丝模头，9.喷丝头，10.进气孔，11.喷丝嘴，12.传送带。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

为了达到本发明的目的，如图1-2所示，本实施例中的一种文丘里纺丝模头，包括：文氏管路1和喷嘴前端2，所述喷嘴前端2设置于所述文氏管路1的一端上并与所述文氏管路1为一体成型结构，所述喷嘴前端2包括：喷嘴入口3、喷嘴出口4和喉部5，所述喉部5包括：喉部入口和喉部出口，所述喷嘴入口3逐渐减少内径尺寸并延伸至所述喉部入口，所述喉部出口逐渐扩大内径尺寸并延伸至所述喷嘴出口4；所述喷嘴入口3与所述喉部5之间设有扩散部6。

本发明提供的一种文丘里纺丝模头、文丘里喷头及其制备微米纤维的方法，不仅能够提高气流速度，更提高物料进口真空度，降低了设备投入和运行成本，微米纤维的品质得到了显著提高。

在一些实施例中，所述文氏管路1另一端连接有消音装置(未示出)，所述消音装置(未示出)用于减少文丘里纺丝模头8内气流震荡。

采用上述实施例，其结构简单，操作方便，消音装置的设置，便于减少文丘里纺丝模头内气流震荡。

在一些实施例中，所述文氏管路1上还设有扩散腔7，所述喷嘴前端2能够通过扩散腔7的长度设置不同得到不同的临界压力比。

采用上述实施例，其结构简单，操作方便，能够提高气流速度，提高物料进口真空度，降低设备投入和运行成本，提高了微米纤维的品质。

文丘里效应表现在流体受限流动在通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大的现象，其流速与过流断面成反比。而由伯努利定律知流速的增大伴随流体压力的降低，即常见的文丘里现象。通俗地讲，这种效应是指在高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用。当风吹过阻挡物时，在阻挡物的背风面上方端口附近气压相对较低，从而产生吸附作用并导致空气的流动。本发明利用这种效应制作出文氏管路1；本发明文氏管路1的原理是把气流流道由粗变细，以加快气体流速，然后把气流流道由细变粗，使气体在喷嘴前端2的后侧形成一个“真空”区的扩散腔7；当这个真空区靠近工件时会对工件产生一定的吸附作用。压缩空气从喷嘴入口3进入，少部分通过截面很小的喷管排出，随之截面逐渐减小，喉部5的截面直径最小，压缩空气的压强减小，流速变大，这时就在扩散腔7的进口内产生一个真空度，致使周围空气被吸入文氏管路1内，随着压缩空气一起流进扩散腔内减小气体的流速，之后通过消音装置减少气流震荡；这样能够提高气流速度，提高物料进口真空度，降低设备投入和运行成本，提高了微米纤维的品质。

本发明实施例还公开一种文丘里喷头，包括：

以上任一种所述的文丘里纺丝模头8，所述文丘里纺丝模头8设置于文丘里喷头上；

喷丝头9，所述喷丝头两侧设有进气孔10。

采用上述实施例，其结构简单，操作方便，能够提高气流速度，提高物料进口真空度，降低设备投入和运行成本，提高了微米纤维的品质。

在一些实施例中，所述喷丝头9上设有喷丝嘴11，所述喷丝嘴11由阵列排布的毛细管组成。

采用上述实施例，其结构简单，操作方便，能够提高气流速度，提高物料进口真空度，降低设备投入和运行成本，提高了微米纤维的品质。

在一些实施例中，所述毛细管直径为0.2～0.4mm。

采用上述实施例，其结构简单，操作方便，能够提高气流速度，提高物料进口真空度，降低设备投入和运行成本，提高了微米纤维的品质。

在一些实施例中，所述进气孔10上设有进气孔头端，所述进气孔头端用于将热长丝牵伸成微米纤维。

采用上述实施例，其结构简单，操作方便，能够提高气流速度，提高物料进口真空度，降低设备投入和运行成本，提高了微米纤维的品质。

在一些实施例中，包括：传送带12，所述喷丝嘴11与所述传送带12相对应且相互配合，所述传送带用于传输微米纤维。

采用上述实施例，其结构简单，操作方便，能够提高气流速度，提高物料进口真空度，降低设备投入和运行成本，提高了微米纤维的品质。

本发明实施例还公开一种文丘里喷头制备微米纤维的方法，包括以下步骤：

聚合物母粒原料在挤出机内熔融，将熔融的聚合物传送到文丘里喷头；

在喷丝头9两侧的进气孔10通入250～300℃的压缩空气；

当熔融的聚合物挤出喷丝头9时，进气孔10的头端作用于熔融的聚合物，以大于550m/s的气流将热长丝牵伸成纤维；

压缩空气向下流动时与周围空气混合，使纤维冷却并最终固结成微米纤维；

通过传送带12传输制备得到的微米纤维。

采用上述实施例，其结构简单，操作方便，能够提高气流速度，提高物料进口真空度，降低设备投入和运行成本，提高了微米纤维的品质。

在一些实施例中，所述微米纤维的直径为1～10μm。

采用上述实施例，其结构简单，操作方便，能够提高气流速度，提高物料进口真空度，降低设备投入和运行成本，提高了微米纤维的品质。

熔融喷射纺丝文丘里喷头气流出口速度达到亚音速，适用于在整个测量段内流体保持亚音速流动，且可被认为是单相流的喷嘴前端和文丘里喷丝嘴。本发明涉及文氏管路雷诺数大于10000的管道中的使用。喷嘴前端的基本原理主要是由于喷嘴前端2是一个喷入口孔径逐渐减小延伸至喉部5，经过喉部5又逐渐扩大延伸至喷嘴出口4。孔径最小的部分为喉部5，在喉部5的后面有孔径逐渐扩大的文氏管路。喷嘴前端2可随着其下游设置扩散腔长度不同得到不同的临界压力比，当上游喷嘴入口3滞止压力P0保持不变，逐渐减小喷嘴出口4压力P2，即减小背压力比(P2/P0)，通过喷嘴的气体流量先是不断增加，当达到临界压力比时，气体在喉部5达到临界速度即等于当地音速，流过文氏管路的气体质量流量达到最大；进一步降低背压比，流量将保持不变；此时马赫数等于1，流量只与上游压力P0有关(与下游压力P2无关)，流出系数只与雷诺数有关。喷嘴前端设有角度为R的圆锥形的扩散段，所以压损较小，而文氏管路是喉部5的后面带有孔径逐渐扩大的流道的扩散腔，如图2所示，出口压力高低与喷嘴入口3与所述喉部入口之间设有扩散部6有关，约为进口压力的80％～95％，压力损失较小，最佳情况下只损失进口压力的5％左右。

当高速的液体经过文氏管路时带动发其周围的液体进入喷射形成循环，这部分液体与泵出的溶液混合从而提高了循环的溶液总量，喷丝嘴11能产生4∶1的流率比率，所以装有混流文氏管路的小型泵能用于大容量的流体循环，而节省各方面的能耗。因此将文丘里结构应用于溶液喷射纺丝，可以降低纺丝生产能耗，提高生产效率。但生产工艺需要根据喷头的特点就行调整，已达到产品最近性质。

聚合物母粒原料在挤出机内熔融，将熔融的聚合物传送至文丘里纺丝模头8；喷丝嘴11由一排间距不到1mm，直径在0.2～0.4mm的毛细管组成；在毛细管的两侧就是进气孔10，进气孔通入250～300℃的压缩空气；当刚刚形成的聚合物挤出喷丝头时，进气孔的头端作用于聚合物，以高于声速(550m/s)的气流将热长丝牵伸至直径1～10μm；热压缩空气向下流动时与周围空气混合，使纤维冷却并最终固结成短而细的微米纤维，这样能够提高气流速度，提高物料进口真空度，降低设备投入和运行成本，提高了微米纤维的品质。

以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。