[0001] 本发明涉及储液棉制造技术领域，尤其涉及一种储液棉纵向成型装置及成型方法。

[0002] 一体式储液棉(俗称棉芯棒、雾化棉芯、过滤棉芯等)是由多根细微的有孔纤维丝线组合而成型的纤维束，主要用于实现储存液体的缓慢释放以及引导过滤等功能，目前广泛应用于日用类(如香氛器、汽车香水座等产品)、电子类(如加湿器、电子烟、扫地机等产品)、医用类(如实验室移液管、制氧机、湿化瓶等产品)等领域。

[0003] 目前储液棉的制备方法主要是热成型牵引法，例如申请号为CN201810404266.0的专利公开了一种棉芯棒成型机，其包括沿物料行进方向依次设置的进料部、成型部、出料部和裁断部；成型部包括加热炉，其上设有一排水平分布的热熔通道；进料部用于将纤维丝线分组输送至加热炉的各热熔通道中，每组纤维丝线由多根纤维丝线组成，各组纤维丝线经过热熔通道被加热黏合成棉芯棒；出料部包括由电机驱动的第一滚轴和第二滚轴，第一滚轴和第二滚轴的旋转方向相反并通过与棉芯棒摩擦而提供向后的牵引力；裁断部用于将棉芯棒按设定长度进行裁断。

[0004] 由此可见，在目前常规的棉芯棒成型机中，从进料、成型、牵引到裁断，物料整体是沿水平方向行进的，这种设计主要是便于实现物料控制。而在横向进料的过程中，虽然通过导向支撑板上的导向孔能够将相应的纤维丝线准确地导入到热熔通道中，但是由于丝线在进料过程中不能完全绷直，否则会导致热熔成型后的纤维丝线难以形成细密的微孔结构，因此成股的纤维丝线受到重力影响容易发生自然垂落，导致其在热熔通道中的分布不均匀，即上松下密的分布形式，甚至还会相互交织干涉，进而影响成品的储液和导液性能。

[0030] 为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做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。

[0031] 参照图1，本发明提供的一种储液棉纵向成型装置包括沿纵向依次设置的进料部2、成型部3、出料部4和裁断部5，其中成型部3包括热烘箱31，所述热烘箱31上设有多个竖直热熔通道32；

[0032] 进料部2用于将各组纤维丝线输送至对应的竖直热熔通道32内，使得各组纤维丝线经过对应的竖直热熔通道32加热粘合成型；

[0033] 出料部4用于将成型的储液棉牵引至裁断部5，进而通过裁断部5将储液棉按设定长度进行裁断。

[0034] 示例性地，进料部2、成型部3、出料部4和裁断部5沿纵向依次设置于工装支架1上，由此实现物料的纵向行进。

[0035] 相比于横向成型装置，本发明中成股的纤维丝线即使受到重力影响发生弯曲，其在竖直热熔通道32内的周向分布也是基本均匀的，因此最终成品的储液和导液性能完全能够满足设计要求。同时，这种弯曲是必要并且可控的，通过控制进料速度和出料速度可以实现竖直热熔通道32内纤维丝线的弯曲度调节，这里弯曲度的定义为单位高度下纤维丝线的重量/长度。大量实验数据表明，纤维丝线在热熔过程中的弯曲度对成品性能有着直接影响，可以说弯曲度越大，成品的孔隙率越高，储液性能和横向导液性能越强。当然，这一调节过程是在纤维丝线能够均匀分布的前提下实现的，而在横向成型装置中，纤维丝线的弯曲度受到重力影响，难以进行精准控制，最终成品的性能也是很难保证的。此外，在横向成型装置中，纤维丝线的弯曲度如果过大，下垂的纤维丝线容易触碰到热熔通道的内壁导致过热，最终成品也是不达标的。

[0036] 进一步地，竖直热熔通道32的加热温度由上往下逐段递减。目前用于加工储液棉的纤维丝线一般是皮芯复合结构，即外部皮层熔点低，内部芯层熔点高。因此，入料口处的加热温度最高，即皮层熔点以上，这是为了提高传热效率，从而实现纤维丝线的高效预热，同时能够将纤维丝线内的水分尽快蒸发掉，避免影响后续热熔进程；完成预热后，加热温度到达皮层熔点左右，此时纤维丝线的皮层逐渐融化，而高熔点的内芯层不会溶解，由此形成多股只剩下内芯层的纤维丝线；完成热熔后，加热温度降到皮层熔点以下，此时纤维丝线的皮层逐渐固化互相粘结成型，使得弯曲蓬松部分形成一定的孔隙率，产生稳定的毛细吸水效应。

[0037] 相比于竖直热熔通道32，水平设置的热熔通道难以实现纤维丝线周向均匀受热，这是由于纤维丝线在热熔通道(无论是水平还是竖直)内必须是完全悬空的，即不与通道内壁发生任何热传导，因此纤维丝线的加热是通过热对流和热辐射进行的，其中热对流主要是靠空气进行热传递，而空气受热会上升，所以在水平的热熔通道内往往是上部气流温度高于下部气流温度，这就导致通道内的纤维丝线难以实现周向均匀受热，进而影响成品的储液性能。而在竖直热熔通道32内，即使空气受热上升，导致热量向上传导，也不会影响到上述热熔成型的过程，因为通道内的加热温度本身就是需要向下逐段递减的。

[0038] 具体地，竖直热熔通道32包括依次连通的预热段、熔融段和保温段，其中预热段的温度最高，即高于皮层熔点20℃以上，由此实现纤维丝线的预热；熔融段的温度为中，即在皮层熔点±5℃的范围内，由此实现纤维丝线的熔融；保温段的温度最低，即低于皮层熔点75℃以下，由此实现纤维丝线的保温成型。此外，在其他实施方式中，也可以将竖直热熔通道32按照逐段递减的规律划分为更多温度段，以实现更精准的温度控制，在此不做限制。

[0039] 参照图3，热烘箱31包括外部箱体33、内部加热装置34和中间保温层，其中加热装置34包括沿纵向依次设置的多个加热模块，各个加热模块上开设有若干上下依次连通的加热孔，由此形成竖直热熔通道32。示例性地，加热装置34包括沿纵向依次设置的三个加热模块，即预热模块341、熔融模块342和保温模块343，每个模块维持一种加热温度，以实现加热温度由上往下逐块递减；各个模块上开设有6个上下依次连通的加热孔，由此形成6个水平分布的竖直热熔通道32；每个加热模块包括两块相对闭合的铝合金加热板，两块加热板之间开设加热孔，加热板上嵌设有加热丝和热电偶，以实现电加热控制。

[0040] 具体地，竖直热熔通道32的出口处设有定型模具(图中未作示意)，以实现纤维丝线的固化成型。进一步地，定型模具延伸至对应的竖直热熔通道32内(即保温段内)，并与对应的竖直热熔通道32连通，由此实现纤维丝线的保温成型，也可以说是一种深烘过程。相比于直接冷却成型，这种保温成型的方式更有利于纤维丝线的均匀成型，可以有效提升储液棉外侧的光滑度。原因在于，相比于热熔通道，定型模具的孔道更小，这是为了实现纤维丝线的压缩固化成型，如果此时的固化温度过低，容易导致纤维丝线在压力作用下与定型模具的内壁面发生粘结，使得成品外侧的粗糙度较大。进一步地，定型模具可拆卸地固定于竖直热熔通道32的出口处，以便于根据不同的产品型号更换对应的定型模具，有效扩大了适用范围，减小了生产成本。

[0041] 具体地，进料部2包括成对且水平设置的入料辊21，由此通过转向相反的入料辊21实现各组纤维丝线的牵引输送，以保证各组纤维丝线的进料速度相同。示例性地，参照图2，进料部2包括一对水平设置的入料辊21，两个入料辊21分别通过第一伺服电机22实现反向驱动，同时两个入料辊21之间的间距可调，以适应不同支数的成股纤维丝线。为了保证入料辊21之间的平行度，两个入料辊21的安装架23之间设有若干直线轴承，进而通过两端的锁紧螺钉24实现同步的间距调整。进一步地，入料辊21上方设有导向架25，导向架25上设有与竖直热熔通道32对应的导向孔，由此将各组纤维丝线准确地导入到对应的竖直热熔通道32中。本实施例中，每个竖直热熔通道32对应两组纤维丝线，即对应两个导向孔，因此入料辊21下方还设有分料辊26，用于将通道对应的两组纤维丝线分开进料，由此避免通道内的两组纤维丝线聚集在一起，难以均匀受热。

[0042] 具体地，出料部4包括成对且水平设置的出料辊41，由此通过转向相反的出料辊41实现成型储液棉的牵引输送，以保证各组储液棉的出料速度相同。示例性地，参照图4，出料部4包括上下两对水平设置的出料辊41，其中下方的一对出料辊41分别通过第二伺服电机42实现反向驱动，同时通过竖直分布的两对出料辊41来保证成型储液棉的直线度。进一步地，两对出料辊41的辊间距可进行同步调整，以适应不同尺寸大小的成型储液棉。为了保证两对出料辊41的平行度，上下对应的出料辊41安装在同一侧安装板43上，两侧安装板43之间设有若干直线轴承，进而通过两侧安装板43之间的锁紧螺杆44实现间距调整。为了保证两侧锁紧螺杆44的同步锁紧，通过同步带机构45实现两侧锁紧螺杆44之间的同步传动。此外，出料辊41上套设有草坪带，由此提高摩擦力和牵引力。

[0043] 具体地，裁断部5包括水平设置的过棉架51和刀片架53，过棉架51上设有与竖直热熔通道32对应的过棉孔52，刀片架53上设有切割刀片54，通过刀片架53的水平滑动带动切割刀片54裁断过棉孔52内的储液棉。示例性地，参照图5，过棉架51水平架设于工装支架1上，位于过棉架51内侧的刀片架53通过若干直线轴承与工装支架1水平滑动连接，进而通过驱动气缸55实现刀片架53的水平驱动；过棉架51上设有上下两层相连通的过棉孔52，两层过棉孔52之间设有供切割刀片54穿过的刀片槽56，以保证切割的精准性。进一步地，参照图6，过棉架51上方设有呈向下收缩状的导向槽57，由此将储液棉准确地导入至过棉孔52内。

[0044] 此外，本发明还提供了基于上述储液棉纵向成型装置的成型方法，具体包括：

[0045] S1、通过进料部2将各组纤维丝线输送至对应的竖直热熔通道32内，使得各组纤维丝线经过对应的竖直热熔通道32加热粘合成型；

[0046] S2、通过出料部4将成型的储液棉牵引至裁断部5，进而通过裁断部5将储液棉按设定长度进行裁断。

[0047] 具体地，通过控制进料速度和出料速度的比例大小实现竖直热熔通道32内纤维丝线的弯曲度调节，即进出比越大，纤维丝线的弯曲度越大，从而有效优化成品的储液和导液性能。一般来说，进料速度和出料速度的比例需要控制在1.1～1.5的范围内，弯曲度过大则纤维丝线容易触碰到通道内壁导致成品不达标，弯曲度过小则成品的储液和导液性能难以满足设计需求。

[0048] 下面以电子烟中的储油棉为例，对采用横向成型装置与纵向成型装置所生产的储油棉(包括截面积、长度、纱线种类、纱线支数在内的规格均相同)进行对比测试，测试项目包括：

[0049] A.采用横向成型装置所生产的储油棉，进出料速度比为1.2；

[0050] B.采用横向成型装置所生产的储油棉，进出料速度比为1.3；

[0051] C.采用纵向成型装置所生产的储油棉，进出料速度比为1.2；

[0052] D.采用纵向成型装置所生产的储油棉，进出料速度比为1.3；

[0053] E.采用纵向成型装置所生产的储油棉，进出料速度比为1.5。

[0054] 针对以上测试项目的测试结果如下表所示：

[0055] 测试项目 A B C D E开放孔隙率(％) 85.7 87.2 87.8 89.7 94.44
吸液倍数 13.7 14.1 14.3 14.8 15.4
烟油利用率(％) 82.3 83.7 85.3 89.6 95.2

[0056] 上表中，开放孔隙率是利用秒准MAY‑Entris20孔隙率分析仪测试得出的；吸液倍数是通过将试样放置到电子烟油中自然吸收烟油5分钟后，取出悬空静置2小时，直到不滴烟油后的称重重量除以试样初始重量得出的；烟油利用率是将试样装配到电子烟器具中，注油量为试样体积的75％，利用电子烟抽吸机进行抽吸测试，设定抽吸流速25ml/s，抽吸时间间隔8s，抽吸到有焦糊味后取出试样称重，计算出消耗烟油的重量。

[0057] 从上表可以看出，对于同一种成型装置所生产的储油棉，进出料速度比越大，即热熔通道内纤维丝线的弯曲度越大，储油性能和横向导油性能越强；在相同的进出速度比下，纵向成型装置所生产的储油棉相比横向成型装置所生产的储油棉，储油和导油性能上有着显著的优化。此外，纵向成型装置能实现的进出料速度比，比横向成型装置的速度比范围更大，一般来说横向成型装置难以实现1.4以上的进出料速度比，因此其产品的储油和导油性能就有了很大的局限性。

[0058] 以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。