[发明专利]一种用于闪蒸纺丝的喷丝头及其闪蒸纺丝无纺布工艺

说明书

本发明公开一种用于闪蒸纺丝的喷丝头及其闪蒸纺丝无纺布工艺，所述喷丝头结构包括喷丝头外管道、静态混合器，所述静态混合器设置在所述喷丝头管道内，并与喷丝头管道紧密贴合；所述喷丝头管道一端的上下两侧设置有混合溶液入口、入水口；所述静态混合器包括柱形区和锥形延伸段，柱形区设置在锥形延伸段的前端，锥形延伸段的末端与喷丝孔连接。该静态混合器带有一段锥形延伸区域，静态混合器和喷丝孔之间空隙很小，没有流动死角，且分散液在到达喷丝孔之前受到持续、不间断的分散、混合和拉伸作用，避免了传统静态混合器与喷丝孔之间存在较大空隙，处于非稳定状态的水/聚合物溶液混合分散液由于两相界面张力很大，容易发生迅速的相区粗化的问题。

技术领域

本发明涉及纺丝纤维领域，具体地涉及一种用于闪蒸纺丝的喷丝头及其闪蒸纺丝无纺布工艺。

背景技术

闪蒸法又称为瞬时溶剂挥发成网法、瞬时释压纺丝法等，是将高温高压的聚合物溶液从喷丝孔中挤出，溶剂发生闪蒸的同时使聚合物迅速固化形成纤维。

在闪蒸纺丝过程中溶剂的选择很重要，选择的溶剂需满足以下条件：(1)溶剂在其沸点对应的温度和压力以下对于聚合物而言是非溶剂；(2)在高温高压下与聚合物形成均相溶液；(3)当溶液压力在减压室中适当降低至浊点压力以下后发生一定程度的相分离，形成一相为富聚合物相另一相为富溶剂相的两相分散体，该压力称为浊点压力；(4)当两相分散体通过喷丝孔释放到更低压力的区域时，溶剂迅速闪蒸汽化。闪蒸纺丝过程中溶液经历了由非均相分散体到均相溶液，再到非均相分散体的过程。当溶液从喷丝孔挤出时，由于压力的突然释放，溶剂迅速汽化，形成超音速气流而使聚合物受到高速拉伸；同时，由于溶剂汽化吸收大量热量使聚合物快速冷却结晶而固化成纤。丝束经过高速旋转的转向板后再经过电晕放电充电使丝束开纤，形成均匀的片状的纤维网。纤维网吸附在网帘上后通过辊筒压制成形，得到高强度的闪蒸非织造布。其中，在闪蒸过程中利用减压舱将溶液的压力降低到溶液浊点压力以下使其发生相分离是制备高性能闪蒸纺丝无纺布的关键。如果将浊点压力以上将处于均相状态的聚合物溶液挤出喷口，则难以形成均匀、纤细、高强的闪蒸纤维。然而，利用减压舱将纺丝溶液压力降低到溶液的浊点压力以下进行闪蒸纺丝压力较低，汽化溶剂的喷射速度降低，不利于提高纤维的力学性能和降低纤维直径。

再有，美国专利US4054625A报道了由水、聚合物和有机溶剂的“反相乳液”分散体生产闪蒸纤维的工艺。该工艺的关键是水在整个分散体中的含量为40-50％且以离散水滴的形式分散在聚合物和有机溶剂形成的油相连续相中。为了提高反相乳液的稳定性，加入水溶性聚合物聚乙烯醇作为分散稳定剂稳定水相和油相之间的界面。以及美国专利CN1053455A公开了水、二氧化碳和聚合物的混合物闪蒸纺丝方法，在溶剂中加入了表面活性剂或者EVOH(乙烯-乙烯醇共聚物)作为分散稳定剂，水的含量为5-50％。虽然上述专利都提到在闪蒸纺丝溶液中添加水后有利于提高成纤性能，降低纤维直径、提高纤维的比表面积，有利于减少有机溶剂的使用，减少有机溶剂回收的压力。但是，水在闪蒸纺丝常用的有机溶剂以及聚合物熔体中的溶解度很低，而且水相和油相之间的界面张力很大，不使用PVA、EVOH等亲水性聚合物或者表面活性剂作为分散剂的情况下，分散的水滴会迅速聚集成大的水滴，导致水油两相的相区尺寸都迅速增大，无法获得均匀、稳定的“反相乳液”分散体。而添加亲水性聚合物或者表面活性剂后，闪蒸无纺布变得亲水，但其防水性能大幅度下降。如果不使用分散剂，而且水的加入会使溶液的配置变得困难，需要长时间溶解并将混合物在高温高压下反复挤压通过静态混合器才得到均匀的溶液。

另外，上述问题的产生也与传统静态混合器端面与喷丝孔之间存在较大的空隙这一结构有关，端面与喷丝孔之间存在较大的空隙，处于非稳定状态的水/聚合物溶液分散液由于两相界面张力很大，更容易发生迅速的相区粗化，致使闪蒸纺丝纤维直径过大，丝束强度降低。

因此，如何解决传统静态混合器端面与喷丝孔之间存在较大的空隙影响闪蒸纺丝的效果，实现在生产中喷丝头结构简单、适合连续化生产的添加水的聚合物有机溶液，并能直接进行闪蒸纺丝是亟需解决的。

发明内容

为此，本发明提供有如下技术方案：