[发明专利]一种链式预调制熔喷方法、链式预调制熔喷头及熔喷装置

说明书

本发明公开了一种链式预调制熔喷方法、链式预调制熔喷头及熔喷装置，根据熔融体材料的分子量和加工温度，标定出熔融体材料的弛豫时间；熔喷通道具有用于调制熔融体材料形状的形状调制通道，熔融体材料经过形状调制通道到喷射出喷嘴的时间小于弛豫时间，本发明可以主动控制熔丝的缠绕特性，同时可以更加经济高效地缩小纤维直径，保证熔喷无纺布的均匀性。

技术领域

本发明涉及极细纤维构成的熔喷无纺布制造领域，具地说是一种用于熔喷无纺布生产的链式预调制熔喷方法以及用于该方法的链式预调制熔喷头和熔喷装置。

背景技术

微米、亚微米/纳米级无纺布具有超高比表面积、超疏水、高效过滤等特性，是新能源、环保、生命健康、医疗与日常护理等领域急需和不可替代的基础材料，由于其优异的颗粒捕捉性能，被广泛用于气体过滤、液体过滤，电池隔板等等。比如，病毒防疫用口罩需要使用聚丙烯制成的无纺布，纤维需要充分细小，平均孔径和最大孔径需要充分小，整个口罩面需要通透性均匀。类似病毒防疫这样的需求，对熔喷无纺布的制造提出了严峻的工程挑战。

熔喷技术基于空气动力学原理，在高速(音速或亚音速)、高温(240-320℃)气流牵引下，将熔喷头喷出的熔融聚合物等材料拉伸、变细，生产亚微米及纳米级无纺布，是业内广泛应用的技术，其中熔喷头为核心器件。业内一直在探索各种熔喷头，以更理想地满足细密均匀、孔径小同时通透性好的综合要求。

很多熔喷头设计为V字一体化结构，上端大口进给熔融聚合物，界面缩流，最终进入0.1-0.5毫米直径的微孔。为了消除聚合物喷出后冷却时的过度缠绕，微孔一般要求较高的长径比，一般大于5：1，高质量的则大于10：1，业内已经使用20：1的喷嘴来制造极细的纤维。这样的喷射孔一般排成一排，喷射后，被外边的热气流裹挟，拉长变细然后在承接装置上蜷缩缠绕为多孔蓬松的熔喷无纺布。

缩小纤维初始直径，同时兼顾生产效率和熔喷头制造成本是一个显著的工程矛盾，因为，要想纤维细，就要孔径细，孔径细，材料流通率受限，就要通过增加孔数来补偿，而大量的大深径比微孔(0.2毫米以下)的加工制约了制造成本和孔型的设计。目前业内的孔型基本为直圆孔或直孔的简单变异，如锥孔等。熔喷孔制造技术的局限，使得能够实现更好聚合物挤出性能的结构很难工程实现。熔喷头还要解决不均匀、断丝、在出口处缠绕和局部团聚等问题。

鉴于一体化V形熔喷头孔加工的困难性，专利CN20752538C及CN103380242A披露了对称分体然后对齐形成大深径比熔喷孔的思路。这些方法部分解决了一体化喷嘴制造的弊端，但是，阵列微孔的精密对齐成为装配和使用的大问题。

此外，目前我们所知的技术文献中，熔喷孔普遍采用大深径比的孔，方向为垂直喷射，喷射出后由气流拉伸变细或爆炸分裂，不能精确调控喷丝之间的缠绕角度。大深径比孔的采用一是为了产生层流喷射，二是为了消除熔腔内的湍流影响。如此喷出的熔丝容易出现断丝现象，喷射气流下游的湍流扰动虽然可以形成无纺布，但是，纤维之间的间隙缺乏精确主动的调控能力。

如果能人为精确主动地调控熔丝的喷出特性和缠绕特性，则将进一步提升熔喷无纺布的各类功能。但是，目前的技术并不具备这种能力。

发明内容

本发明针对上述现有技术，而提供一种链式预调制熔喷方法、链式预调制熔喷头及熔喷装置，可以主动控制熔丝的缠绕特性，同时可以更加经济高效地缩小纤维直径，保证熔喷无纺布的均匀性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种链式预调制熔喷方法，用于生产熔喷无纺布的熔融体材料通过熔喷通道喷射挤出，根据熔融体材料的分子量和加工温度，标定出熔融体材料的弛豫时间；熔喷通道具有用于调制熔融体材料形状的形状调制通道，熔融体材料经过形状调制通道到喷射出喷嘴的时间小于弛豫时间。

作为上述技术方案的进一步改进，熔喷通道具有多级母子分叉链式结构，形状调制通道位于熔喷通道的次级通道；形状调制通道从形状调制开始位置至形状调制结束位置具有震荡结构。