一种闪蒸纺制超细纤维的设备和方法 【技术领域】
本发明涉及一种纤维制造技术，具体为一种利用闪蒸法纺制超细纤维的设备和方法，国际专利主分类号拟为Int.Cl.D06M 13/00(2006.01)。
技术背景
超细纤维是指单丝纤度极细小的纤维，世界各国对超细纤维的标准目前尚无规范定义，但通常是指单丝纤度小于0.3dtex的纤维。超细纤维是一种高品质、高技术含量和高附加值的新型纺织原料，用其制成的纺织品具有质地轻薄、手感柔软舒适、悬垂性好，以及具有比表面积大、吸附性强、保暖性、防水透气性能优异等特点，在衣着、家居、皮革和装饰材料等方面均有广泛应用。新型超细纤维及其新技术的开发已成为国内外研究的一个热点，其制备方法大致有：复合纺丝剥离法、溶解法、超拉伸法、熔喷法以及闪蒸法等。
闪蒸纺超细纤维的方法是将成纤聚合物在高温高压条件下溶于适当的溶剂中，该溶剂等于或低于其正常沸点时不能溶解该聚合物，纺丝时经挤压机通过喷丝孔而降为常压，由于压力突然降低，溶剂急剧蒸发，引起聚合物高度原纤化而成为超细纤维丛丝的方法。闪蒸纺制超细纤维的一种公开方法(参见美国专利3,081,519和美国专利3,227,794)是：将纺丝溶液在高温高压下配制好以后送至供料管，然后经减压节流孔送入减压室，此时由于压力降低，聚合物和溶剂产生相分离，但为了使溶剂不气化，必须严格控制减压室的压力。相分离后的纺丝溶液再经过减压，在低温低压的梯形纺丝头喷出，此时溶剂剧烈膨胀闪蒸气化，温度降低，聚合物被蒸汽流高倍拉伸固化，形成具有三维网状的超细纤维网状丛丝。但该设备及方法不容易控制聚合物溶液在低压釜里的压力和温度，也不容易控制聚合物溶液在低压釜里的停留时间，因此不容易控制工艺流程，影响超细纤维的质量。
【发明内容】
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种闪蒸纺丝超细纤维的设备和方法。该闪蒸纺丝设备具有结构简单，运转稳定，清洗方便，容易控制等特点。该纺丝方法具有原料适应性好，工艺容易控制，工业化便于操作，产品质量好等特点。
本发明解决所述设备技术问题的技术方案是：设计一种闪蒸纺制超细纤维的设备，其特征在于该设备包括高压釜及其加热套、低压釜及其加热套，所述高压釜与低压釜之间连通并安装有高压控制阀；高压釜安装有搅拌器；低压釜输出管道经过低压控制阀与喷丝头连接，所述的喷丝头出口处安装有分丝挡板；所述的加热套、控制阀以及搅拌器分别与控制装置相连接。
本发明解决所述方法技术问题的技术方案是：设计一种闪蒸纺制超细纤维的方法，该方法适用于本发明所述闪蒸纺制超细纤维的设备和如下工艺：先把聚合物及其溶剂放入高压釜内，在温度150-350℃、压力5-25MPa的条件下，搅拌20-30min，充分溶解后，打开高压釜与低压釜两室之间的高压控制阀，使溶液流入低压釜里，低压釜压力为5-15MPa，、温度为150-350℃，溶液在低压釜内停留时间为15-30min，充分溶解后，打开低压控制阀，降低压力，使溶液从喷丝口喷出，此时溶剂由于压力急剧下降而瞬间蒸发，形成的高速气流对聚合物进行拉伸，并经过分丝挡板分丝处理后，聚合物温度骤然降低，固化成三维网络状超细纤维丝条；所述的聚合物为聚烯烃，聚酯或聚偏氟乙烯中的一种，所述的溶剂为与所述聚合物对应的1，2-二氯乙烷、氯仿或环己烷中的一种。
本发明纺制超细纤维设备和方法的特征是把高压釜和低压釜分开，分别进行控制调节，并在喷丝头出口处设计有分丝挡板，使纺丝液被分丝挡板分散，得到均匀的网络状超细纤维丝条。与现有技术相比，本发明设备具有结构简单，使用方便，运转稳定，清洗方便等特点；本发明方法具有适应性好，可纺原料多，工艺容易控制，工业化便于操作，产品质量好等特点。
【附图说明】
图1为本发明闪蒸纺制超细纤维设备一种实施例的结构示意图.：
图2为本发明闪蒸纺制超细纤维设备一种实施例的低压釜控制阀门下安装的喷丝头结构示意图：
图3为本发明闪蒸纺制超细纤维设备一种实施例的喷丝头下安装的分丝挡板结构示意图；
图4为本发明闪蒸纺制超细纤维设备一种实施例的电器控制装置结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明，但本发明权利要求不受实施例的限制。
本发明所述的闪蒸纺制超细纤维的设备(以下简称设备，参见图1)，其特征在于该设备包括高压釜1及其加热套7、低压釜2及其加热套8，所述高压釜1与低压釜2之间连通并安装有高压控制阀5；高压釜1安装有搅拌器9；低压釜2输出管道经过低压控制阀6与喷丝头3连接，所述的喷丝头3出口处安装有分丝挡板4；所述的加热套(包括高压釜加热套7和低压釜加热套8)、控制阀(包括高压控制阀门5和低压控制阀门6)以及搅拌器9分别与控制装置10相连接。
本发明所述的高压釜1外壁用高压釜加热套7进行加热，以适应纺丝工艺对温度的要求，高压釜1内安装有搅拌器9，可对聚合物溶液充分进行搅拌。所述的搅拌器9与控制装置10连接，可以根据需要调速；所述的高压釜加热套7与控制装置10连接，也可以根据工艺需要调温；所述的调速和调温为现有技术。本发明所述的低压釜2外壁有低压釜加热套8进行加热，低压釜加热套8也与控制装置10连接，同样可以根据工艺需要调温。高压釜1和低压釜2之间连通并安装有用高压控制阀门5，当打开高压釜控制阀门5时，高压釜1里的溶液可由高压釜1流入低压釜2内，流量及流速可由所述的高压控制阀门5控制。所述低压釜2输出管道连接有低压控制阀门6，低压控制阀门6连接喷丝头3，分丝挡板4用螺丝固定在喷丝头3上。当打开低压控制阀门6时，溶液可通过喷丝头3及分丝挡板4从低压釜2内喷出，流量及流速可由所述的低压控制阀门6控制。
本发明所述喷丝头3为小直径和大直径同心断面为阶梯形的圆柱体，或者说是两个不同直径圆柱体同心组成的断面为阶梯形的圆柱体(参见图2)。其小直径部分31(实施例的尺寸为外径16mm、高度8mm)有外螺纹，与低压控制阀门6配套，可直接连接到所述低压控制阀门6上；图示的34为小直径部分的倒角，方便与所述的阀门6接入；大直径部分35(实施例的尺寸为直径26mm，高度为16mm)；所述小直径部分31和大直径部分35的中心开有喷丝孔道，喷丝孔道分为平滑连接的两部分：一部分是圆柱体孔道32(截面为矩形，实施例的孔道直径为6mm，长度为16mm)，另一部分是为圆锥台体孔道33(截面为梯形，实施例的孔道长度为8mm，底面直径为10mm)。在所述喷丝头大直径部分35底面喷丝孔道外圈的圆环形底面42上均布有螺纹孔(参见图3，实施例为6个直径4mm的螺纹孔)，用以将分丝挡板4固定在喷丝头3上。
本发明所述的分丝挡板4的结构、形状和尺寸与所述的喷丝头大直径部分35的底面相匹配(参见图3，实施例分丝挡板4的厚度为2mm，直径和喷丝头大直径部分底面直径相同，为26mm)。分丝挡板4的中间打孔部分43的直径与所述圆锥台体孔道33的底面开口直径相同(实施例为10mm)，但中间打孔部分43不是1个大孔而是由均布的若干个分丝小孔41构成，或者说中间打孔部分43是筛网状结构，网孔为分丝小孔41。所述中间打孔部分43外的圆环形部分42上均布有与喷丝头圆环形底面配合的螺纹孔(实施例为6个直径为4mm螺纹孔的。所述的分丝挡板4可由螺丝固定在所述的喷丝头3上。
本发明所述的控制装置10为一个控制箱(参见图4)。其中包括高压釜温度设定及检测表101，高压釜加热用电压调节装置103；低压釜温度设定及检测表102，低压釜加热用电压控制装置104以及搅拌器电机调速装置105。所述的控制装置10内的仪器、仪表和装置均为现有技术。
本发明同时设计了闪蒸纺制超细纤维的方法(简称方法)。该方法适用于本发明所述的闪蒸纺制超细纤维的设备，其工艺过程是：
先把聚合物及其溶剂放入高压釜内，在温度150-350℃、压力5-25MPa的条件下，搅拌20-30min，充分溶解后，打开高压釜与低压釜两室之间的高压控制阀，使溶液流入低压釜里，低压釜压力为5-15MPa，、温度为150-350℃，溶液在低压釜内停留时间为15-30min，充分溶解后，打开低压控制阀，降低压力，使溶液从喷丝头的喷丝口喷出，此时溶剂由于压力急剧下降而瞬间蒸发，形成的高速气流对聚合物进行拉伸，并经过所述分丝挡板分丝处理后，聚合物温度骤然降低，即可固化成三维网络状超细纤维丝条。本发明方法所述的聚合物为聚烯烃，聚酯或聚偏氟乙烯中的一种，所述的溶剂为与所述聚合物对应的1，2-二氯乙烷、氯仿或环己烷中的一种。
实施例1
使用本发明所述的设备和方法，纺制聚乙烯超细纤维。
先把聚乙烯单体和溶剂1、2-二氯乙烷放入高压釜1内，在温度200℃、压力15MPa下，搅拌20min，使聚乙烯充分溶解；然后打开高压釜1和低压釜2之间的高压控制阀门5，使溶液流入低压釜2内，低压釜2温度180℃、压力5MPa，停留稳定15min后，待完全溶解后，打开低压釜2的低压控制阀门6，使溶液经喷丝头3和分丝挡板4迅速喷出和均匀分散，即可得到三维网状聚乙烯超细纤维丛丝。
实施例2
使用本发明所述的设备和方法，纺制聚酯超细纤维。
先把聚酯单体和溶剂氯仿放入高压釜1内，在温度350℃，压力20MPa下，搅拌30min后，使聚酯充分溶解；然后打开高压釜1和低压釜2之间的高压控制阀门5，使溶液流入低压釜2内，低压釜2的温度320℃，压力10MPa，停留稳定10min后，待完全溶解后，打开低压控制阀门6，使溶液经喷丝头3和分丝挡板4迅速喷出和均匀分散，即可得到三维网状聚酯超细纤维丛丝。
实施例3
使用本发明所述的设备和方法，纺制聚偏氟乙烯超细纤维。
先把偏氟乙烯单体和溶剂环己烷放入高压釜1内，在温度220℃，压力15MPa下，搅拌20min后，使偏氟乙烯充分溶解；然后打开高压釜1和低压釜2之间的高压控制阀门5，使溶液流入低压釜2内，低压釜2的温度200℃，压力6MPa，停留稳定10min后，待完全溶解后，打开低压控制阀门6，使溶液经喷丝头3和分丝挡板4迅速喷出和均匀分散，即可得到三维网状偏氟乙烯超细纤维丛丝。