本发明涉及一种利用高压气体将被挤出的热塑性树脂延伸并形成长纤维的聚合体的树脂纤维的制造方法、用于该方法的喷嘴头及制造装置，特别地涉及一种由直径为纳米级的极细长纤维的聚合体构成的树脂纤维的制造方法、制造装置以及用于该方法的喷嘴头。
背景技术：
将由直径从几微米成为亚微米的极细长纤维的聚合体构成的树脂纤维用作各种过滤器、无纺布。作为这样的树脂纤维的制造方法，自以前提出有静电纺丝(电纺丝)法，但是由于熔喷法的生产率、安全性较高，因此近年也较多地研究熔喷法，在熔喷法中利用喷嘴部吹送高压气体而将自挤出机挤出的热塑性树脂放出到空中从而形成长纤维的聚合体。(参照非专利文献1)。
例如，在专利文献1中，公开了利用熔喷法制造由聚丙烯极细长纤维的聚合体构成的树脂纤维的方法。在其实施例2中，利用热风吹出口包覆将熔融树脂挤出的中心排出口的顶端，并且在向下游延伸的热风会聚圆筒部内树脂在维持熔融的状态下延伸，将树脂自开口部放出到空中，利用沿着水平方向配置的收集部收集长纤维的聚合体。在此，叙述了如下内容：中心排出口的直径应为0.1mm～0.2mm，但是，由于对为了使树脂在热风会聚圆筒部延伸的熔融状态进行控制，因此取决于其内径、内部的温度调整，而导致无法排出树脂、或者仅能够得到微米级的极细纤维。
另外，在专利文献2中，也公开了一种利用熔喷法制造由热塑性树脂极细长纤维的聚合体构成的树脂纤维的方法。在将被加热到比熔融树脂的温度高的温度的气体沿着水平方向朝向装置外部喷射的最大程度扩径开口的周围设置多个较小的熔融树脂喷射口，施加压力而喷射出的熔融树脂卷入自气体喷射口喷射并自最大程度扩径开口向装置外部喷射的气流，从而使树脂沿着喷射方向延伸。在此，作为一个实施例，叙述了如下内容：针对熔融树脂喷射口而言将3mm的管径缩小至0.4mm来施加压力，自直径为2mm的气体喷射口喷射气体并使气体自直径为22mm的最大程度扩径开口向装置外部喷出。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：进士国广著，《纳米纤维的世界》，电气机能材料工业会，电材日报，第626号，2015.5～7，16页～18页
专利文献
专利文献1：日本特开2013-185272号公报
专利文献2：日本特开2016-23399号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
在利用熔喷法制造热塑性树脂极细长纤维的方法中，通过延伸树脂从而缩小其直径。通过对这样的树脂的延伸工序进行稳定控制，从而能够在具有较高操作性的前提下提高生产量，但是在专利文献1中设置了用于将延伸工序与外部隔离的热风会聚圆筒部，另外，在专利文献2中，形成热容量比树脂的容量大的高温气流并且向高温气流的内部喷射树脂，将喷排出的树脂与外部隔离。
本发明是鉴于以上这样的状况而做成的，其目的在于提供一种能够在具有较高操作性的前提下进一步大幅度地提高生产量的树脂纤维的制造方法、用于该方法的喷嘴头及制造装置。
用于解决问题的方案
本发明的树脂纤维的制造方法是制造利用高压气流使热塑性树脂延伸而成的极细长纤维即树脂纤维的方法，其特征在于，来自在用于挤出熔融树脂的排出口附近设置的高压气体喷出口的气流对所述排出口施加负压，从而将所述排出口的内部的所述熔融树脂一边向所述排出口的外部引出并延伸一边放出到空中。
采用这样的发明，利用由气流产生的负压来引出熔融树脂并使其延伸成极细长纤维，仅通过与树脂的挤出量相应地调整气流而使操作稳定，得到较高的操作性，还易于增加挤出量，因此能够在具有较高操作性的前提下进一步大幅度地提高生产量。
在上述的发明中也可以是，其特征在于，自挤出机供给要自所述排出口挤出的所述熔融树脂，在使来自所述挤出机的所述熔融树脂的供给停止时，能够利用负压将残留于所述排出口的内部的所述熔融树脂向外部引出并延伸。采用这样的发明，能够利用由来自高压气体喷出口的气流产生的负压来可靠地引出熔融树脂并使其延伸成极细长纤维。
在上述的发明中也可以是，其特征在于，所述排出口的直径为使所述熔融树脂的流动阻力降低的直径，以能够利用由所述气流产生的负压来引出所述熔融树脂。另外，在上述的发明中也可以是，其特征在于，所述排出口的直径为0.5mm以上。采用这样的发明，能够利用由来自高压气体喷出口的气流产生的负压可靠地引出熔融树脂并使其延伸成极细长纤维，并且能够进一步提高生产量。
另外，本发明的树脂纤维的制造装置是制造利用高压气流使热塑性树脂延伸而成的极细长纤维即树脂纤维的装置，其特征在于，包括：挤出机，其利用机筒内的螺杆一边使树脂熔融一边自所述机筒的顶端的喷嘴挤出熔融树脂；以及喷嘴头，其安装于所述喷嘴的顶端，所述喷嘴头在大致铅垂的面部设置多个由用于挤出所述熔融树脂的排出口和位于所述排出口附近且大致水平地形成气流的高压气体喷出口组成的出口对，使所述高压气体喷出口位于所述排出口附近并且将所述排出口的直径设为0.5mm以上，以能够将所述排出口的内部的所述熔融树脂一边向所述排出口的外部引出并延伸一边放出到空中。
采用这样的发明，能够利用由气流产生的负压引出熔融树脂并使其延伸成极细长纤维，能够仅通过与树脂的挤出量相应地调整气流的量来使操作稳定，得到较高的操作性，并且能够增加挤出量从而进一步大幅度地提高生产量。
在上述的发明中也可以是，其特征在于，所述多个出口对沿着水平线设置于所述面部。另外，在上述的发明中也可以是，其特征在于，所述多个出口对中的所述高压气体喷出口被设置为各自的轴线随着朝向喷出方向去而彼此呈扇形扩展。采用这样的发明，能够在具有较高操作性的前提下进一步提高生产量。
另外，本发明的喷嘴头在制造利用高压气流使热塑性树脂延伸而成的极细长纤维即树脂纤维的制造装置中，应用于利用机筒内的螺杆一边使树脂熔融一边自所述机筒的顶端的喷嘴挤出熔融树脂的挤出机中，该喷嘴头安装于所述喷嘴的顶端，该喷嘴头的特征在于，在将该喷嘴头安装到所述制造装置时该喷嘴头的成为大致铅垂的面部设置有多个由用于挤出所述熔融树脂的排出口和位于所述排出口附近且大致水平地形成气流的高压气体喷出口组成的出口对，使所述高压气体喷出口位于所述排出口附近并且将所述排出口的直径设为0.5mm以上，以能够将所述排出口的内部的所述熔融树脂一边向所述排出口的外部引出并延伸一边放出到空中。
采用这样的发明，通过将喷嘴头安装于树脂纤维的制造装置，能够利用由气流产生的负压引出熔融树脂并使其延伸成极细长纤维，能够仅通过与树脂的挤出量相应地调整气流的量来使操作稳定，得到较高的操作性。另外，能够增加挤出量从而进一步大幅度地提高生产量。
在上述的发明中也可以是，其特征在于，在将所述喷嘴头安装到所述制造装置时，所述多个出口对以沿着水平线的方式设置于所述面部。另外，在上述的发明中也可以是，其特征在于，所述多个出口对中的所述高压气体喷出口被设置为各自的轴线随着朝向喷出方向去而彼此呈扇形地扩展。采用这样的发明，能够在具有较高操作性的前提下进一步提高生产量。
附图说明
图1是本发明的一个实施例中的树脂纤维的制造装置的主要部分的剖视图(局部为框图)。
图2的(a)是喷嘴头的主视图，图2的(b)是喷嘴头的侧剖视图。
图3是喷嘴头的上剖视图。
图4是利用树脂纤维制造装置制造出的树脂纤维的SEM照片。
具体实施方式
使用图1至图7来说明作为本发明的一个实施例的树脂纤维的制造装置。
如图1所示，树脂纤维的制造装置9是制造利用高压气流使热塑性树脂延伸而成的极细长纤维即树脂纤维的装置，其包括能自喷嘴2a挤出已熔融的树脂的挤出机1以及安装于喷嘴2a的顶端的喷嘴头10。
挤出机1包括机筒2和螺杆3，机筒2和螺杆3一边对由热塑性树脂构成的颗粒等原料进行加热使其熔融，一边对其进行揉捏并将其向喷嘴2a输送，挤出机1具有用于向机筒2的内部供给原料的料斗4。另外，机筒2在其外周具有加热器5，能够对内部进行加热。在机筒2的树脂的挤出方向设置的喷嘴2a的顶端固定有用于排出树脂的喷嘴头10。喷嘴头10利用配管等与气体加热部7相连接，将自连接于其端部的气体压缩机等气体供给部6供给的高压气体以加热后的状态供给。气体加热部7例如能够是在气体压送管的周围具有加热器等加热部的结构。
如图2所示，喷嘴头10包括：安装部19，其位于喷嘴头10的外周侧，该安装部19用于将喷嘴头10安装于挤出机1；以及面部11，其位于中央侧，在将喷嘴头10安装到挤出机1时该面部11的主表面大致铅垂地配置(主表面的法线朝向水平方向)。安装部19具有用于将喷嘴头10固定于挤出机1的未图示的螺栓孔等。另外，面部11以相对于安装部19向树脂的挤出方向突出的方式设置。
在面部11中具有能排出树脂的排出口12以及能喷出高压气体的气体喷出口13。排出口12及气体喷出口13成对地逐个配置于彼此的附近。在本实施例中，具有多个排出口12及气体喷出口13的出口对，能够使树脂纤维的每单位时间的生产量增加，从而被优选。
排出口12与树脂流入室16相连通。在将喷嘴头10安装至挤出机1时，树脂流入室16相对于机筒2的喷嘴2a位于树脂的挤出方向上，从而成为自喷嘴2a供给的熔融的树脂的流路，能够向排出口12引导熔融的树脂。利用隔壁15将树脂流入室16与成为气体流路的气流入室14隔开。气流入室14与气体喷出口13相连接，并且与自喷嘴头10的外部引导过来的高压气体的流入口14a相连接。另外，流入口14a与上述的气体加热部7相连接。由此，气流入室14能够将流入的高压气体向气体喷出口13引导。另外，气体喷出口13的轴线大致水平地配置，以能够利用喷出的高压气体使气流沿着大致水平方向形成。优选的是，也使排出口12与同该排出口12成对的气体喷出口13的朝向一致地朝向大致水平方向配置。
气体喷出口13像上述那样地配置于排出口12的附近。特别地，气体喷出口13以能够一边利用由形成的气流产生的负压将熔融的树脂自排出口12的内部向外部引出并使树脂延伸、一边将其放出到空中的方式靠近排出口12地配置。另外，排出口12的内径以如下方式来确定：能够使熔融的树脂的流动阻力降低，从而利用由气流产生的负压将树脂自内部引出。内径越大则熔融的树脂的流动阻力越低。例如，排出口12的出口部分(面部11的表面附近)的内径优选为0.5mm以上。在本实施例中，排出口12的内径为1.0mm，气体喷出口13的内径为1.5mm，排出口12和气体喷出口13彼此的中心之间的距离为1.75mm。
另外，由于能够像上述那样地利用负压引出树脂即可，因此气体喷出口13能够相对于排出口12配置在任一方向上，而不限于上方、下方、侧方。在本实施例的面部11中，将在排出口12的下方配置有气体喷出口13而成的出口对排列于上排，将在排出口12的上方配置有气体喷出口13而成的出口对排列于下排。
如图3所示，在排列于面部11的下排的多个排出口12及气体喷出口13的出口对中，气体喷出口13各自的轴线以在水平面内朝向喷出方向(纸面上方)去而彼此呈扇形扩展的方式设置。例如，两端的气体喷出口13的轴线重叠在由圆弧和两个半径线围成的中心角为α的扇形的两个半径线上，其他的喷出口13的轴线也被配置为经过该扇形的两个半径线交叉的中心点。同样地，排出口12各自的轴线以朝向排出方向去而彼此呈扇形扩展的方式设置。通过像这样地配置，能够调整成抑制自各个出口对引出并放出到空中的树脂纤维彼此过度缠绕，因此能够提高树脂的每单位时间的排出量，能够增加每单位时间的生产量，从而被优选。排列于面部11的上排的多个排出口12及气体喷出口13的出口对也是同样的。
另外，由于挤出机1的其他的详细结构是公知的内容，因此省略说明。另外，制造装置9适当地具有能收集放出的树脂纤维的收集部。
若再次参照图1，则在利用制造装置9制造树脂纤维的情况下，一边利用挤出机1向喷嘴头10供给熔融的树脂并使树脂自排出口12排出，一边利用气体供给部6及气体加热部7将加热后的高压气体向喷嘴头10供给并使气体自气体喷出口13喷出而形成气流。由此，来自气体喷出口13的气流对排出口12的前方侧施加负压从而一边向外部引出排出口12的内部的熔融树脂并使其延伸为极细长纤维一边将树脂放出到空中。即，能够通过一边将熔融树脂放出到空中使其冷却一边使其延伸的一种熔喷法来制造树脂纤维。这时，若树脂的挤出量固定并与之相应地调整气流的量，则能够容易地使操作稳定。
特别地，即使在树脂纤维的制造过程中使来自挤出机1的熔融树脂的供给停止，也能够仅通过高压气体的供给来短暂地连续制造树脂纤维。即，可判断出：利用由来自气体喷出口13的气流产生的负压将残留于排出口12内部的树脂可靠地向外部引出并使其延伸。
如图4所示，可判断出：利用制造装置9制造的树脂纤维成为具有自微米级到几百纳米左右的直径的、像所谓的纳米纤维这样的极细长纤维。另外，树脂纤维彼此適度地缠绕，并且基本不产生被较短地截断的纤维、粒子状的树脂。
如上所述，采用制造装置9，能够通过利用由来自气体喷出口13的气流产生的负压引出排出口12内的熔融树脂并将其放出到空中，来将树脂冷却并使其延伸从而制造作为极细长纤维的树脂纤维。由于自排出口12引出树脂，因此能够仅通过与来自挤出机1的树脂的挤出量相应地调整气流的量来使操作稳定，得到较高的操作性。如上所述，在通过排列多个排出口12及气体喷出口13的出口对等方式而增加了树脂的排出量时，与之相应地调整气流的量即可，能够在具有较高生产率的前提下进一步大幅度地提高生产量。
另外，制造装置9能够制造像纳米纤维这样的极细长纤维，但是与纤维直径相比排出口12的内径非常大，如上所述在本实施例中排出口12的内径为1mm。即，可以认为利用制造装置9制造的树脂纤维的直径不依赖于排出口12的直径，而是依赖于来自喷出口13的气流和被供给的树脂的量之间的平衡。即，通过与被供给的熔融树脂的量相应地调整气流的量，从而调整自喷出口13喷出的气流的流速、负压。由此，可以认为调整了被引出的树脂的量，并且根据直径与气流的流速之间的关系来调整直径。通过与被供给的熔融树脂的量相应地使气流的量平衡，从而能够制造期望直径的极细长纤维。因此，优选的是，使排出口12的直径较大来降低熔融的树脂的流动阻力，并且使上述那样的熔融树脂的引出变得容易。另外，通过使排出口12的直径形成得较大从而使树脂的排出量增加，通过与之相应地调整气流的量从而还能够易于使每单位时间的生产量进一步增加。
另外，由于排出口12的直径较大，因此堵塞较少，维护也非常容易。
另外，也能够进一步增加喷嘴头10的排出口12及气体喷出口13的出口对，例如，也能够通过在面部11设置3列以上由多个出口对构成的列等方式来使每单位时间的生产量进一步增加。
以上，说明了本发明的实施例及基于该实施例的变形例，但是本发明不一定限定于这些例子。另外，对于本领域技术人员而言，应该能够在不脱离本发明的主旨或者附带的权利要求书的范围内发现各种各样的代替实施例及改变例。
附图标记说明
10喷嘴头；11面部；12排出口；13气体喷出口。