微型熔噴的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微型熔噴機(jī)。本發(fā)明包括空氣壓縮機(jī)、壓縮空氣加熱器、樣品罐、噴頭、接收裝置和工控系統(tǒng)?？諝鈮嚎s機(jī)的出氣口分成兩路，其中的一路輸入至壓縮空氣加熱器，另一路輸入至樣品罐，經(jīng)壓縮空氣加熱器加熱后的壓縮空氣輸入至樣品罐底部的噴頭。所述的噴頭正對(duì)接收裝置，接收裝置通過工控系統(tǒng)完成接收滾筒在平面上的勻速左右往返運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所述樣品罐用于熔融材料樣品，在熱壓縮空氣的作用下，使熔融材料樣品向噴頭移動(dòng)。本發(fā)明采用自行特殊設(shè)計(jì)的加熱管，實(shí)現(xiàn)了壓縮空氣出口溫度0-200℃持續(xù)可調(diào)；通過樣品罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了熔融原料樣品，在熱壓縮空氣的作用下，向噴頭定量移動(dòng)。
【專利說明】微型熔噴機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種熔噴非織造材料研究專用設(shè)備，具體是一種微型熔噴機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002] 熔噴法制備非織造材料工藝是聚合物擠壓法非織造工藝中的一種，起源于20世 紀(jì)50年代初。美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室研究首先開發(fā)用于收集上層大氣中放射性微粒的過濾材料， 1954年發(fā)表研究成果。20世紀(jì)60年代中期，美國(guó)ESS0公司（今Exxon公司）進(jìn)一步對(duì) 這一工藝進(jìn)行改進(jìn)，并取得了相關(guān)的美國(guó)專利。20世紀(jì)80年代后期，由于熔噴法非織造 布市場(chǎng)的開發(fā)，一些非織造布機(jī)械制造商開始參與熔噴法生產(chǎn)設(shè)備的制造，其中有美國(guó)的 Accurate公司和J & Μ公司，德國(guó)的Reifenhaeuser公司等。從20世紀(jì)80年代開始，烙噴 法非織造布迅速增長(zhǎng)。美國(guó)的Kimble-clark公司為了克服熔噴法非織造布強(qiáng)力低的缺點(diǎn)， 開發(fā)了熔噴非織造布與紡絲成網(wǎng)非織造布疊層材料，即SMS復(fù)合材料，大量應(yīng)用于手術(shù)服、 過濾材料等，有力地推動(dòng)了熔噴非織造布的發(fā)展。
[0003] 我國(guó)熔噴法非織造工藝研究始于20世紀(jì)70年代中期，80年代中后期，熔噴法非織 造布在我國(guó)得到推廣應(yīng)用，主要產(chǎn)品有過濾材料、醫(yī)療衛(wèi)生用材料、環(huán)境保護(hù)材料、服裝材 料、擦拭材料、吸油材料、保暖材料、電池隔膜等。進(jìn)入90年代，隨著熔噴技術(shù)的成熟，我國(guó) 完成了寬幅熔噴生產(chǎn)線的研制。尤其是近年來環(huán)境空氣凈化的需要，空氣過濾材料的需求 迅猛增長(zhǎng)，導(dǎo)致熔噴生產(chǎn)設(shè)備的快速發(fā)展。目前我國(guó)現(xiàn)有熔噴法非織造布生產(chǎn)線已達(dá)1000 多條。
[0004] 熔噴無紡布是一種高附加值、高科技的產(chǎn)品，隨著熔噴織造材料應(yīng)用領(lǐng)域的不斷 擴(kuò)展，新材料的研究越來越被重視，熔噴新產(chǎn)品的開發(fā)已經(jīng)成為每個(gè)熔噴廠家的重中之重。 在傳統(tǒng)的熔噴聚丙烯（PP)非織造布外，熔噴工藝常用的聚合物切片原料已擴(kuò)展到聚乳酸 (PLA)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET)、聚酰胺（PA)、聚乙烯（PE)、聚四氟乙烯（PTFE)、聚苯 乙烯（PS)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT)、聚氨基甲酸酯（PU)等。為滿足熔噴新材料研發(fā)的 需要，作為非織造材料研究專用設(shè)備的小型熔噴機(jī)的需求也不斷擴(kuò)大。但熔噴產(chǎn)品的開發(fā) 需要很大的投入，在研發(fā)過程中材料的投入費(fèi)用占很大的比例，如何降低這方面的投入也 成為了一個(gè)課題。但目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上已有的小型熔噴設(shè)備都是大型熔噴設(shè)備的壓縮版， 其基本結(jié)構(gòu)和大型生產(chǎn)線基本配置相當(dāng)，只是比例縮小。具體包括：螺桿擠出機(jī)、計(jì)量泵、熔 噴模頭組合件、空壓機(jī)、空氣加熱器、接收裝置、卷繞裝置等，具體如圖1所示。在實(shí)際使用 時(shí)，存在試樣用量大、工藝復(fù)雜、時(shí)間周期長(zhǎng)、成本高等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種微型熔噴機(jī)。
[0006] 本發(fā)明由空氣壓縮機(jī)、壓縮空氣加熱器、樣品罐、噴頭、接收裝置和工控系統(tǒng)組成。
[0007] 所述的空氣壓縮機(jī)的出氣口分成兩路，其中的一路輸入至壓縮空氣加熱器，另一 路輸入至樣品罐，經(jīng)壓縮空氣加熱器加熱后的壓縮空氣輸入至樣品罐底部的噴頭；壓縮空 氣加熱器、樣品罐、噴頭及接收裝置放置在鋁型材框架內(nèi)，鋁型材框架上設(shè)有框架門，壓縮 空氣加熱器位于鋁型材框架后背，樣品罐裝在鋁型材框架頂部，噴頭裝在樣品罐下部，接收 裝置放置在鋁型材框架內(nèi)的中部。
[0008] 所述的壓縮空氣加熱器包括內(nèi)置有小管的大管，其中小管密封，小管內(nèi)裝有電爐 絲并用石棉填充，小管外纏繞空氣管，大管與小管之間也用石棉填充，來自空氣壓縮機(jī)的氣 體經(jīng)空氣管后被加熱，并輸入至樣品罐底部的噴頭；在空氣管的出口處還設(shè)置有溫度傳感 器。
[0009] 所述的樣品罐四周緊貼設(shè)置有加熱器，外圍有保護(hù)套，并設(shè)置有溫度傳感器；樣品 罐的溫度由溫度傳感器感知后發(fā)送給工控系統(tǒng)；開啟加熱器后試料樣品將在樣品罐內(nèi)熔 融，在熱壓縮空氣的作用下，使熔融試料樣品向噴頭移動(dòng)。
[0010] 所述的噴頭包括噴嘴和以噴嘴為中心的圓錐形出氣口，來自壓縮空氣加熱器的熱 空氣在噴嘴四周由導(dǎo)流槽由下往上提升后進(jìn)入圓錐形出氣口的大口輸入端，從入圓錐形出 氣口的小口輸出端噴出后用于拉伸噴嘴處出來的熔融原料，得到超細(xì)纖維；噴頭正對(duì)接收 裝直。
[0011] 所述的接收裝置包括接收滾筒和氣動(dòng)平臺(tái)，接收滾筒依靠架設(shè)在滾筒下方的氣動(dòng) 平臺(tái)完成在平面上的勻速左右往返運(yùn)動(dòng)，由裝在滾筒軸外部的電機(jī)控制完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同 時(shí)采用負(fù)壓吸附纖維完成接收成網(wǎng)；氣動(dòng)平臺(tái)放置在工作臺(tái)上，工作臺(tái)可由升降機(jī)構(gòu)完成 上下移動(dòng)，并由支撐部件支撐；氣動(dòng)平臺(tái)和電機(jī)均受控于工控系統(tǒng)。
[0012] 所述的工控系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和顯示各工藝段的相關(guān)數(shù) 據(jù)，并控制和調(diào)節(jié)各部分的溫度和運(yùn)動(dòng)速度。
[0013] 本發(fā)明的有益效果：采用自行特殊設(shè)計(jì)的加熱管，實(shí)現(xiàn)了壓縮空氣出口溫度 0-200°C持續(xù)可調(diào)；通過樣品罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了熔融原料樣品，在熱壓縮空氣 的作用下，向噴頭定量移動(dòng)，通過噴頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了熱壓縮空氣的均勻、穩(wěn) 定作用，拉伸熔融原料，得到超細(xì)纖維。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為現(xiàn)有的小型熔噴設(shè)備； 圖2為本發(fā)明的不意圖； 圖3為本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖4為本發(fā)明中噴頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖5為圖4中局部放大圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 如圖2所示，基于熔噴過程的基本原理，本發(fā)明提出了一種用于熔噴新材料研發(fā) 的微型熔噴機(jī)。其基本結(jié)構(gòu)如下。
[0018] 壓縮空氣加熱器：將來自超靜音空壓機(jī)的壓縮空氣加熱，并提供給樣品罐和噴頭。
[0019] 樣品罐：熔融材料樣品，在熱壓縮空氣的作用下，使熔融材料樣品向噴頭移動(dòng)。
[0020] 噴頭：在熱壓縮空氣的作用下，通過控制原料擠塑量，拉伸熔融原料，得到超細(xì)纖 維。
[0021] 接收裝置：通過自動(dòng)控制系統(tǒng)完成接收滾筒在平面上的勻速左右往返運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)，同時(shí)采用負(fù)壓吸附纖維完成接收成網(wǎng)。
[0022] 工控系統(tǒng)：控制和調(diào)節(jié)各部分的溫度和運(yùn)動(dòng)速度，采樣、監(jiān)控和顯示實(shí)驗(yàn)各工藝段 的相關(guān)數(shù)據(jù)。
[0023] 如圖3所示，本實(shí)施例包括空氣壓縮機(jī)、壓縮空氣加熱器11、樣品罐1、噴頭、接收 裝置5和工控系統(tǒng)。
[0024] 空氣壓縮機(jī)的出氣口分成兩路，其中的一路輸入至壓縮空氣加熱器，另一路輸入 至樣品罐，經(jīng)壓縮空氣加熱器加熱后的壓縮空氣輸入至樣品罐底部的噴頭。
[0025] 噴頭正對(duì)接收裝置，接收裝置通過工控系統(tǒng)完成接收滾筒在平面上的勻速左右往 返運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)采用負(fù)壓吸附纖維完成接收成網(wǎng)其中的左右往返運(yùn)動(dòng)依靠架設(shè)在 滾筒下方的氣動(dòng)平臺(tái)6完成，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由裝在滾筒軸外部的電機(jī)控制完成，氣動(dòng)平臺(tái)和電 機(jī)均受控于工控系統(tǒng)，氣動(dòng)平臺(tái)6放置在工作臺(tái)7上，工作臺(tái)7可由升降機(jī)構(gòu)8完成上下移 動(dòng)，并由支部件9支撐。
[0026] 所述的壓縮空氣加熱器包括內(nèi)置有小管的大管，其中小管密封，小管內(nèi)裝有電爐 絲并用石棉填充，小管外纏繞空氣管，大管與小管之間也用石棉填充，來自空氣壓縮機(jī)的氣 體經(jīng)空氣管后輸入至樣品罐底部的噴頭；在空氣管的出口處還設(shè)置有溫度傳感器10。
[0027] 所述樣品罐1四周緊貼設(shè)置有加熱器2,外圍有保護(hù)套3,樣品罐的溫度由溫度傳 感器4感知后發(fā)送給工控系統(tǒng)。開啟加熱器后材料樣品將在樣品罐內(nèi)溶融材料樣品，在熱 壓縮空氣的作用下，使熔融材料樣品向噴頭移動(dòng)。
[0028] 樣品罐及接收裝置放置在定制的鋁型材框架12內(nèi)，鋁型材框架上設(shè)有框架門13， 壓縮空氣加熱器位于鋁型材框架12后背，鋁型材框架12頂部裝噴頭。
[0029] 如圖4和圖5所示，噴頭13包括噴嘴13-3和以噴嘴為中心的圓錐形出氣口 13-2， 來自壓縮空氣加熱器的熱空氣在噴嘴四周（左側(cè)箭頭指向處）由導(dǎo)流槽13-1由下往上提升 后進(jìn)入圓錐形出氣口的大口輸入端，從圓錐形出氣口的小口輸出端噴出后用于拉伸噴嘴處 出來的熔融原料，來得到超細(xì)纖維。
[0030] 本實(shí)施例微型熔噴機(jī)技術(shù)參數(shù)： 壓縮空氣： 壓力：0-0· 8MPa ;流量：400L/min以上，無水無油；噪聲：75dB以下 壓縮空氣加熱器 溫度范圍：0-2001：，精度：1.5級(jí)，持續(xù)可調(diào)。
[0031] 樣品罐參數(shù)： 容積：0. 2L，控溫范圍：0-300°C，精度：1. 5級(jí)，不銹鋼材質(zhì)。
[0032] 接收裝置：滾筒型，可X，Y兩個(gè)方向移動(dòng)。X方向和Y方向行程分別為：400_，精 度：1. 5級(jí)。
[0033] 工控系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集和控制都通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成控制和顯示。
[0034] 微型熔噴機(jī)產(chǎn)品基本參數(shù)： ___ 幅寬（mm) 最小平均直徑（μ m) 克重（g/m2) -次投料（g) 總功率（kW) (Γ40 |l. 0 丨6~可調(diào) 丨20~200 |8 本發(fā)明提出的微型熔噴機(jī)可以適應(yīng)各種材料，如PP、PLA、PA、PET、PU等；用于科學(xué)研究 具有試驗(yàn)用料少，速度快，纖維絲徑可控，最小平均絲徑〈1. ο μ m，常規(guī)纖網(wǎng)克重可調(diào)，最小 為6g/m2,最大可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，纖網(wǎng)均勻。可進(jìn)行各種復(fù)合材料試驗(yàn)與測(cè)試，也可模擬大生 產(chǎn)過程，進(jìn)行工藝模擬、配色等。
[0035] 具體實(shí)施例1 材料：聚丙烯（PP)，融指1400g/10min，熔點(diǎn)Γ165? 工況條件：壓縮空氣壓力：〇. 2MPa ;壓縮空氣流量：40L/min ; 壓縮空氣加熱器溫度：200°C ;樣品罐溫度：200°C ;接收距離：10cm ;平臺(tái)橫向移動(dòng)距離 30cm，移動(dòng)速度6cm/min ;往返次數(shù)：4 滾筒轉(zhuǎn)速：2圈/min 所獲熔噴布基本參數(shù)： __ 幅寬（cm) 克重（g/m2) 平均絲徑（μ m) 30 丨20 |l. 60 ' 具體實(shí)施例2 材料：聚丙烯（PP)，融指1400g/10min，熔點(diǎn)Γ165? 工況條件：壓縮空氣壓力：〇. 2MPa ;壓縮空氣流量：40L/min ; 壓縮空氣加熱器溫度：200°C ;樣品罐溫度：200°C ;接收距離：10cm ;平臺(tái)橫向移動(dòng)距離 30cm，移動(dòng)速度5cm/min ;往返次數(shù)：8 滾筒轉(zhuǎn)速：2圈/min 所獲熔噴布基本參數(shù)： __ 幅寬（cm) 克重（g/m2) 平均絲徑（μ m) 30 丨40 |l. 60 - 具體實(shí)施例3 材料：聚丙烯（PP)，融指1400g/10min，熔點(diǎn)Γ165? 工況條件：壓縮空氣壓力：〇. 3MPa ;壓縮空氣流量：50L/min ; 壓縮空氣加熱器溫度：200°C ;樣品罐溫度：200°C ;接收距離：10cm ;平臺(tái)橫向移動(dòng)距離 30cm，移動(dòng)速度6cm/min ;往返次數(shù)：6 滾筒轉(zhuǎn)速：2圈/min 所獲熔噴布基本參數(shù)： __ 幅寬（cm)平均絲徑（μ m) 克重（g/m2) 30 |l. 52 丨30 ' 具體實(shí)施例4 材料：聚丙烯（PP)，融指1500g/10min，熔點(diǎn)Γ162? 工況條件：壓縮空氣壓力：〇. 2MPa ;壓縮空氣流量：40L/min ; 壓縮空氣加熱器溫度：200°C ;樣品罐溫度：200°C ;接收距離：5cm;平臺(tái)橫向移動(dòng)距離 30cm，移動(dòng)速度6cm/min ;往返次數(shù)：4 滾筒轉(zhuǎn)速：2圈/min 所獲熔噴布基本參數(shù)： __ 幅寬（cm)平均絲徑（μ m) 克重（g/m2) 30 |l. 63 |l5.6 - 具體實(shí)施例5 材料：助劑改性聚丙烯（PP)，融指1400g/10min，熔點(diǎn)Tl63°C 工況條件：壓縮空氣壓力：〇. 2MPa ;壓縮空氣流量：40L/min ; 壓縮空氣加熱器溫度：200°C ;樣品罐溫度：200°C ;接收距離：10cm ;平臺(tái)橫向移動(dòng)距離 30cm，移動(dòng)速度6cm/min ;往返次數(shù)：4 滾筒轉(zhuǎn)速：2圈/min 所獲熔噴布基本參數(shù)： __ 幅寬（cm)平均絲徑（μ m) 克重（g/m2) 30 |l. 67 |l8.8 - 具體實(shí)施例6 材料：助劑改性聚丙烯（PP)，融指1400g/10min，熔點(diǎn)Tl63°C 工況條件：壓縮空氣壓力：〇. 3MPa ;壓縮空氣流量：50L/min ; 壓縮空氣加熱器溫度：200°C ;樣品罐溫度：200°C ;接收距離：6cm;平臺(tái)橫向移動(dòng)距離 30cm，移動(dòng)速度6cm/min ;往返次數(shù)：6 滾筒轉(zhuǎn)速：2圈/min 所獲熔噴布基本參數(shù)： __ 幅寬（cm)平均絲徑（μ m) 克重（g/m2) 30 |l. 53 丨32 ' 具體實(shí)施例7 材料：聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET)，比重1. 30-1. 38,熔點(diǎn)廣250°C 工況條件：壓縮空氣壓力：〇· 4MPa ;壓縮空氣流量：40L/min ; 壓縮空氣加熱器溫度：250°C ;樣品罐溫度：280°C ;接收距離：8cm;平臺(tái)橫向移動(dòng)距離 30cm，移動(dòng)速度6cm/min ;往返次數(shù)：4 滾筒轉(zhuǎn)速：2圈/min 所獲熔噴布基本參數(shù)： __ 幅寬（cm)平均絲徑（μ m) 克重（g/m2) 30 |l. 82 |l8.4 '
【權(quán)利要求】
1.微型熔噴機(jī)，由空氣壓縮機(jī)、壓縮空氣加熱器、樣品罐、噴頭、接收裝置和工控系統(tǒng) 組成，其特征在于： 所述的空氣壓縮機(jī)的出氣口分成兩路，其中的一路輸入至壓縮空氣加熱器，另一路輸 入至樣品罐，經(jīng)壓縮空氣加熱器加熱后的壓縮空氣輸入至樣品罐底部的噴頭；壓縮空氣加 熱器、樣品罐、噴頭及接收裝置放置在鋁型材框架內(nèi)，鋁型材框架上設(shè)有框架門，壓縮空氣 加熱器位于鋁型材框架后背，樣品罐裝在鋁型材框架頂部，噴頭裝在樣品罐下部，接收裝置 放置在鋁型材框架內(nèi)的中部； 所述的壓縮空氣加熱器包括內(nèi)置有小管的大管，其中小管密封，小管內(nèi)裝有電爐絲并 用石棉填充，小管外纏繞空氣管，大管與小管之間也用石棉填充，來自空氣壓縮機(jī)的氣體經(jīng) 空氣管后被加熱，并輸入至樣品罐底部的噴頭；在空氣管的出口處還設(shè)置有溫度傳感器； 所述的樣品罐四周緊貼設(shè)置有加熱器，外圍有保護(hù)套，并設(shè)置有溫度傳感器；樣品罐的 溫度由溫度傳感器感知后發(fā)送給工控系統(tǒng)；開啟加熱器后試料樣品將在樣品罐內(nèi)熔融，在 熱壓縮空氣的作用下，使熔融試料樣品向噴頭移動(dòng)； 所述的噴頭包括噴嘴和以噴嘴為中心的圓錐形出氣口，來自壓縮空氣加熱器的熱空氣 在噴嘴四周由導(dǎo)流槽由下往上提升后進(jìn)入圓錐形出氣口的大口輸入端，從圓錐形出氣口的 小口輸出端噴出后用于拉伸噴嘴處出來的熔融原料，得到超細(xì)纖維；噴頭正對(duì)接收裝置； 所述的接收裝置包括接收滾筒和氣動(dòng)平臺(tái)，接收滾筒依靠架設(shè)在滾筒下方的氣動(dòng)平臺(tái) 完成在平面上的勻速左右往返運(yùn)動(dòng)，由裝在滾筒軸外部的電機(jī)控制完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)采 用負(fù)壓吸附纖維完成接收成網(wǎng)；氣動(dòng)平臺(tái)放置在工作臺(tái)上，工作臺(tái)可由升降機(jī)構(gòu)完成上下 移動(dòng)，并由支撐部件支撐；氣動(dòng)平臺(tái)和電機(jī)均受控于工控系統(tǒng)； 所述的工控系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和顯示各工藝段的相關(guān)數(shù)據(jù)，并 控制和調(diào)節(jié)各部分的溫度和運(yùn)動(dòng)速度。
【文檔編號(hào)】D01D13/00GK104109948SQ201410360825
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】陳鋼進(jìn), 龍大海 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)