闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置及闪蒸纺丝设备的制作方法

1.本发明涉及闪蒸纺丝技术领域，特别涉及一种闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置及闪蒸纺丝设备。


背景技术：

2.闪蒸纺丝是指高聚物溶液在其溶剂沸点以上高压挤出，挤出的溶液细流，在压力突然降低时引起溶剂闪蒸，使高聚物固化成纤维。溶剂闪蒸导致聚合物冷却固化形成纤维的纺丝方法，又名溶液闪蒸纺丝。闪蒸纺丝要求高聚物和溶剂在溶剂沸点以上不分解，溶剂容易蒸发。
3.闪蒸纺丝技术作为一种生产无纺布的方法，主要过程是：将高分子聚合物溶解于溶剂中，形成高分子溶液后，由喷丝孔喷出进入到温度或压力与原先不同的介质区域中，形成液态细流，细流中的溶剂发生闪蒸改变了原先细流的形态，且带走了热量，溶质即高分子聚合物在析出后快速的冷却，形成溶剂气流和具有超细三维网络结构的丝束；以某种方法沉积收集这些丝束便可制成无纺布。
4.虽然中国专利申请(公开号为cn107740198a)公开了一种闪蒸纺丝设备及其纺丝方法，采用空气放大器替代传统静电设备对纤维开纤，使制得的纤维直径小，强度高；但是现有技术中闪蒸纺丝生产无纺布时，仅能依靠纺丝溶剂闪蒸后形成的溶剂气流对纤维产生少量的牵伸，且由于闪蒸过程中溶剂汽化带走了大量热量，仅由溶剂闪蒸牵伸的丝束网温度低，导致牵伸效果不佳。


技术实现要素：

5.为解决上述现有技术中丝束网牵伸效果不佳的不足，本发明提供一种闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置及闪蒸纺丝设备，可以提高丝束网的牵伸效果。
6.本发明提供一种闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置，包括壳体、从上至下贯穿所述壳体供丝束网穿过的引流扩张机构及与所述引流扩张机构相连通的气体通道；所述引流扩张机构至少包括使气流偏转方向的偏转内壁，所述偏转内壁使从所述气体通道进入所述引流扩张机构的牵伸气体流向发生偏转后作用于所述丝束网以使所述丝束网受到牵伸。
7.在一实施例中，所述引流扩张机构包括纤维入口、纤维出口、位于所述壳体内与所述纤维入口相连通的引流室及分别与所述引流室和所述纤维出口相连通的扩张室，所述纤维入口和所述纤维出口分别设于所述壳体相对的顶面和底面。
8.在一实施例中，所述引流室位于所述扩张室的上方，从所述纤维入口至所述引流室与所述扩张室连通处，所述引流室逐渐收窄；从所述扩张室与所述引流室连通处至所述纤维出口，所述扩张室逐渐扩大。
9.在一实施例中，所述偏转内壁设于所述引流室和所述扩张室连通处，所述偏转内壁朝向所述纤维出口设置。
10.在一实施例中，所述气体通道包括环形高压气流室，所述环形高压气流室与所述
引流扩张机构相连通；所述引流室和所述扩张室连通处通过环形间隙与所述环形高压气流室相连通。
11.在一实施例中，所述环形间隙设于所述偏转内壁处。
12.在一实施例中，所述气体通道还包括设于所述壳体侧面的压缩气体入口，所述环形高压气流室还与所述压缩气体入口相连通，所述压缩气体入口至少设有一个。
13.在一实施例中，牵伸气体通过所述压缩气体入口进入所述牵伸装置，所述牵伸气体的温度高于所述丝束网的熔点温度；所述牵伸气体的温度为100-200℃；所述牵伸气体的压力为6-10mpa。
14.本发明还提供一种闪蒸纺丝设备，包括至少一个牵伸装置，所述牵伸装置设于偏转板下方，所述牵伸装置采用如上任一项所述的闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置。
15.在一实施例中，所述牵伸装置对所述丝束网的加速在10-30％之间。
16.基于上述，与现有技术相比，本发明提供的闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置及闪蒸纺丝设备，牵伸气体通过气体通道进入引流扩张机构，经过偏转内壁牵伸气体流向发生偏转后作用于穿过引流扩张机构内的丝束网，夹带溶剂气体的丝束网在引流扩张机构内与牵伸气流相遇后受到牵伸气流的牵引加速，导致其中一段丝束网的运动速度大于另一段丝束网的运动速度，丝束网由此受到牵伸，从而提高丝束网的取向度和断裂强度。
17.本发明的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他有益效果可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；在下面描述中附图所述的位置关系，若无特别指明，皆是图示中组件绘示的方向为基准。
19.图1为本发明提供的牵伸装置的侧视剖视图；
20.图2为本发明提供的牵伸装置的俯视图；
21.图3为本发明提供的牵伸装置与闪蒸纺丝偏转板的正视局部剖视图；
22.图4为本发明提供的闪蒸纺丝设备的结构示意图。
23.附图标记：
24.1箱体
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2纺丝装置
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3降压板
25.4低温压区域
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5喷丝孔
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6丝束
26.7偏转板
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8牵伸装置
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9收集面
27.10无纺布前提
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11密封辊
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12成型辊
28.13成品无纺布
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14轴承
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15旋转轴
29.16驱动轴
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17丝束网
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18回收孔
30.80壳体
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81纤维入口
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82引流室
31.83扩张室
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84纤维出口
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85压缩气体入口
32.86环形高压气流室
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87环形间隙
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88偏转内壁
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；下面所描述的本发明不同实施方式中所设计的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；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。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，本发明所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义，不能理解为对本发明的限制；应进一步理解，本发明所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本发明中明确如此定义之外。
35.本发明提供的闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置，包括壳体80、从上至下贯穿所述壳体80供丝束网穿过的引流扩张机构及与所述引流扩张机构相连通的气体通道；所述引流扩张机构至少包括使气流偏转方向的偏转内壁88，所述偏转内壁88使从所述气体通道内的气体流向发生偏转后作用于所述丝束网以使所述丝束网受到牵伸。
36.具体实施时，如图1至图3所示，引流扩张机构从上至下贯穿壳体80且位于壳体80内部，气体通道与引流扩张机构相连通，高温高压的牵伸气体通过气体通道进入引流扩张机构后形成高速牵伸气流，高速牵伸气流作用于穿过引流扩张机构内的丝束网，夹带溶剂气体的丝束网在引流扩张机构内与高速牵伸气流相遇后受到高速牵伸气流的牵引加速，导致其中一段丝束网的运动速度大于另一段丝束网的运动速度，丝束网由此收到牵伸。
37.具体地，如图1、图2所示，引流扩张机构包括纤维入口81、纤维出口84、位于壳体80内与纤维入口81相连通的引流室82及位于壳体80内且分别与引流室82和纤维出口84相连通的扩张室83，壳体80具有相对的顶面和底面，纤维入口81设于壳体80顶面，纤维出口84设于壳体80底面，从远离壳体80顶面的上方俯视壳体80，壳体80的形状呈腰圆形。
38.如图1所示，引流室82位于扩张室83的上方，从纤维入口81至引流室82与扩张室83的连通处，引流室82逐渐收窄，即引流室82的宽度逐渐减小；从扩张室83与引流室82连通处至纤维出口84，扩张室83逐渐扩大，即扩张室83的宽度逐渐增大。
39.如图1所示，引流室82与扩张室83的连通处设有偏转内壁88，偏转内壁88相对凸出于引流室82与扩张室83的连通处，偏转内壁88的凸出部分朝向纤维出口84设置，偏转内壁88使气体通道进入引流扩张机构的牵伸气体流向发生偏转后再作用于丝束网以使丝束网收到牵伸。
40.具体地，高温高压的牵伸气体从气体通道进入牵伸装置经过环形间隙87后转化为高速牵伸气流，牵伸气流与偏转内壁88相互作用发生附壁效应，牵伸气流的方向朝向扩张室83与纤维出口84的方向；本实施例中牵伸气体的温度和速度均高于夹带溶剂气体的丝束网的温度和运动速度。
41.如图1至图3所示，环形间隙87设于偏转内壁88处，气体通道通过环形间隙87与引
流扩张机构相连通，具体地，气体通道包括环形高压气流室86和设于壳体80侧面的压缩气体入口85，压缩气体入口85至少设有一个，每个压缩气体入口85均与环形高压气流室86相连通，较佳地，环形高压气流室86的形状与壳体80的形状相匹配，环形高压气流室86的形状呈腰圆形。
42.通过压缩气体入口85进入牵伸装置的牵伸气体可以是不与闪蒸纺丝溶剂发生反应的高温高压气体，例如，氮气(n2)和二氧化碳(co2)等，也可以选择工艺中所用闪蒸纺丝溶液中的一种或多种溶剂的气体，例如，三氯氟甲烷、二氟一氯甲烷、四氟二氯乙烷、环己烷等。
43.优选地，牵伸气体的压力可以是6-10mpa，牵伸气体的温度高于丝束网的熔点温度，例如，牵伸气体的温度可以是100-200℃，牵伸气体经过环形间隙87后转化为高速牵伸气流，动能增大，温度降低，因此，牵伸气体的温度需要高于丝束网的最佳牵伸温度。
44.如图1至图3所示，本发明提供的一种闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置，在实际运行时，夹带溶剂气流的摆动的丝束网经偏转板偏转后由纤维入口81进入牵伸装置的引流室82中向扩张室83运动，由压缩气体入口85进入环形高压气流室86的牵伸气体经过环形间隙87后，牵伸气体转化为高速牵伸气流，与偏转内壁88相互作用发生附壁效应，夹带溶剂气体的丝束网在扩张室83内与牵伸气流相遇后，受到牵伸气流的牵引加速，导致扩张室83内的丝束网段运动速度大于引流室82内的丝束网段，丝束网由此受到牵伸。
45.优选地，通过控制牵伸气体的温度还可以间接控制环形间隙87后的牵伸气流温度，具有一定温度的牵伸气流可以对丝束网起到加热作用，进一步提高丝束网的牵伸效果。
46.优选地，本实施例牵伸装置对闪蒸纺丝丝束网的运动速度加速在10-30％之间，过高的加速会造成丝束网在牵伸过程中断裂，而过低的速度导致牵伸效果不良。
47.为了更好的说明本发明提供的牵伸装置能够对闪蒸纺丝丝束网进行有效牵伸，提升纤维的结晶取向度，提高闪蒸纺丝丝束网的断裂强度，选用熔融指数8g/10min的高密度聚乙烯(hdpe)作为闪蒸纺丝溶质，二氟一氯甲烷(r22)、四氟二氯乙烷(r114)作为闪蒸纺丝溶剂，氮气(n2)作为溶解用的加压气体与牵伸装置的高温高压牵伸气源。
48.hdpe、r22、r144按6：33：11的质量百分比用6mpa的n2在220℃条件下加压搅拌溶解，制备成闪蒸纺丝溶液。
49.以下进行三组对比实验，其中，
50.a组为采用传统纺丝方案进行闪蒸纺丝，即未增加牵伸装置进行闪蒸纺丝；
51.b组，在传统纺丝方案的基础上，在偏转板下方设置本发明提供的牵伸装置进行闪蒸纺丝，在纺丝过程中通过压缩气体入口通入8.5mpa、150℃的n2，将丝束网从大约10000m/min加速到12000m/min；
52.c组，按照中国专利申请(公开号为cn107740198a)公开的一种闪蒸纺丝设备及其纺丝方法进行闪蒸纺丝。
53.分别收集abc三组所纺出的丝束网，对收集到的丝束网纤维丛每20cm加捻80转后测量断裂强度(cn/dtex)、取向度(％)，结果如表1所示。
54.组别断裂强度/cn*dtex-1
取向度/％a3.885b4.992
c4.389
55.表1
56.由表1可知，b组的取向度与断裂强度均大于a组和c组，可以得出使用本发明提供的牵伸装置牵伸纺丝丝束网后，通过高温高压牵伸气体作为牵伸动力，能够提高闪蒸纺丝工艺所得丝束网的断裂强度和取向度等。
57.如图3、图4所示，本发明还提供一种闪蒸纺丝设备，包括至少一个牵伸装置8,所述牵伸装置8设于偏转板7下方，所述牵伸装置8采用如上所述的闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置。
58.具体实施时，如图3、图4所示，闪蒸纺丝生产无纺布的过程发生于箱体1内，箱体1内的机构和零件等的连接关系和位置关系为现有技术，在此不再赘述。在偏转板7的下方设置牵伸装置8，牵伸装置8的数量至少为一个，也可以设置多个牵伸装置8，通过多个牵伸装置8的设置步进加速，以达到更高的牵伸比。
59.具体地，高分子溶液泵入纺丝装置2，通过内部的降压板3，进入至温度或压力比之前低的低温压区域4，高分子溶液在此开始发生相分离，随后从喷丝孔5喷出到温度或压力更低的环境里形成具有超细三维网络结构的丝束6。
60.为了更好的收集三维网络结构的丝束6，采用安装在轴承14上的旋转轴15所带动旋转的偏转板7将丝束6和溶剂气流偏转到向着驱动轴16所带动的收集面9的方向上，丝束6因为受到偏转板7的反作用力从三维网络结构被分散成一定宽度的扁平网络结构即丝束网17。
61.经偏转板7偏转后的夹带溶剂气流的摆动的丝束网17由纤维入口81进入牵伸装置8的引流室82中向扩张室83运动，由压缩气体入口85进入环形高压气流室86的牵伸气体经过环形间隙87后，牵伸气体转化为高速牵伸气流，与偏转内壁88相互作用发生附壁效应，夹带溶剂气体的丝束网在扩张室83内与牵伸气流相遇后，受到牵伸气流的牵引加速，导致扩张室83内的丝束网段运动速度大于引流室82内的丝束网段，丝束网17由此受到牵伸。
62.通过控制牵伸气体的温度还可以间接控制环形间隙87后的牵伸气流温度，具有一定温度的牵伸气流可以对丝束网17起到加热作用，进一步提高丝束网的牵伸效果。
63.偏转板7与丝束6碰撞的区域因为具有特殊的轮廓(该轮廓未在图中示出，该轮廓为现有技术在此不再赘述)，使得该丝束网17在偏转板7与丝束接触面所在平面上，以一定的幅度和频率沿着与收集面运动方向垂直或呈一定角度的方向上摆动。
64.丝束网17以上述形式被较为均匀的沉积到收集面上形成无纺布前体10，再经过密封辊11，成型辊12以及一些后续处理，便可得到成品无纺布13；溶剂气体则通过回收孔18到回收装置。
65.综上所述，与现有技术相比，本发明提供的闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置及闪蒸纺丝设备，牵伸气体通过气体通道进入引流扩张机构气体流向发生偏转后作用于穿过引流扩张机构内的丝束网，夹带溶剂气体的丝束网在引流扩张机构内与高速气流相遇后受到高速气流的牵引加速，导致其中一段丝束网的运动速度大于另一段丝束网的运动速度，丝束网由此收到牵伸，从而提高丝束网的取向度和断裂强度。
66.另外，本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本发明的每个实施例或技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有
提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。
67.尽管本文中较多的使用了诸如壳体、纤维入口、纤维出口、环形高压气流室和环形间隙等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的；本发明实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
68.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置，其特征在于：包括壳体、从上至下贯穿所述壳体供丝束网穿过的引流扩张机构及与所述引流扩张机构相连通的气体通道；所述引流扩张机构至少包括使气流偏转方向的偏转内壁，所述偏转内壁使从所述气体通道进入所述引流扩张机构的牵伸气体流向发生偏转后作用于所述丝束网以使所述丝束网受到牵伸。2.根据权利要求1所述的闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置，其特征在于：所述引流扩张机构包括纤维入口、纤维出口、位于所述壳体内与所述纤维入口相连通的引流室及分别与所述引流室和所述纤维出口相连通的扩张室，所述纤维入口和所述纤维出口分别设于所述壳体相对的顶面和底面。3.根据权利要求2所述的闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置，其特征在于：所述引流室位于所述扩张室的上方，从所述纤维入口至所述引流室与所述扩张室连通处，所述引流室逐渐收窄；从所述扩张室与所述引流室连通处至所述纤维出口，所述扩张室逐渐扩大。4.根据权利要求2所述的闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置，其特征在于：所述偏转内壁设于所述引流室和所述扩张室连通处，所述偏转内壁朝向所述纤维出口设置。5.根据权利要求2所述的闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置，其特征在于：所述气体通道包括环形高压气流室，所述环形高压气流室与所述引流扩张机构相连通；所述引流室和所述扩张室连通处通过环形间隙与所述环形高压气流室相连通。6.根据权利要求5所述的闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置，其特征在于：所述环形间隙设于所述偏转内壁处。7.根据权利要求5所述的闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置，其特征在于：所述气体通道还包括设于所述壳体侧面的压缩气体入口，所述环形高压气流室还与所述压缩气体入口相连通，所述压缩气体入口至少设有一个。8.根据权利要求7所述的闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置，其特征在于：牵伸气体通过所述压缩气体入口进入所述牵伸装置，所述牵伸气体的温度高于所述丝束网的熔点温度；所述牵伸气体的温度为100-200℃；所述牵伸气体的压力为6-10mpa。9.一种闪蒸纺丝设备，其特征在于：包括至少一个牵伸装置，所述牵伸装置设于偏转板下方，所述牵伸装置采用如权利要求1-8任一项所述的闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置。10.根据权利要求9所述的闪蒸纺丝设备，其特征在于：所述牵伸装置对所述丝束网的加速在10-30％之间。

技术总结
本发明涉及闪蒸纺丝技术领域，特别涉及一种闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置及闪蒸纺丝设备，其中，闪蒸纺丝丝束网的牵伸装置包括壳体、从上至下贯穿壳体供丝束网穿过的引流扩张机构及与引流扩张机构相连通的气体通道；引流扩张机构至少包括使气流偏转方向的偏转内壁，偏转内壁使从气体通道进入引流扩张机构的牵伸气体流向发生偏转后作用于丝束网以使丝束网受到牵伸。经过偏转内壁牵伸气体流向发生偏转后作用于穿过引流扩张机构内的丝束网，夹带溶剂气体的丝束网在引流扩张机构内与牵伸气流相遇后受到牵伸气流的牵引加速，导致其中一段丝束网的运动速度大于另一段丝束网的运动速度，丝束网由此收到牵伸，从而提高丝束网的取向度和断裂强度。和断裂强度。和断裂强度。


技术研发人员：罗章生 朱慧飞 何力军
受保护的技术使用者：厦门当盛新材料有限公司
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2022/3/8