CN101033560A - 一种恒温油浴静电纺丝装置及其工业应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种恒温油浴静电纺丝装置及其工业应用。本发明对原有的静电纺丝方法进行改进，采用多个喷头的形式，大大提高纺丝效率，通过加热装置，提高纺丝原液的温度，使其在高浓度或熔体状态下就具有一定的流动性而粘度较低，极大的拓宽了静电纺纺丝法的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种静电纺丝装置及其工业应用。
背景技术
静电纺丝是利用机械力推动聚合物溶液从喷丝头流出，在静电力下，细流被拉伸，溶剂挥发，进而固化使纤维成型的。用这种方法制得的纤维具有直径小的优点，通常在几纳米到几十微米之间。在喷丝口处，聚合物溶液会受到利于形成Talor锥，进而拉伸细流细化的静电力和与之相反的不利于成纤的表面张力。
传统静电纺丝法是在常温下，即纺丝原液和纺丝环境都是常温的情况下纺丝的。这就需要纺丝原液在常温下有一定的流动性，特别是能易于在管道中流动，同时表面张力不太高。原液的粘度也不应太高，因为在成纤过程中，粘度过高会不利于发生鞭动，也就不利于纤维细化。有时为了提高原液的流动性并降低粘度会降低溶液的浓度，但是会降低纤维产率，增加溶剂的消耗量，有时甚至因为浓度过低而无法成纤，大大限制了静电纺丝方法的应用范围。
因此，在高浓度甚至是熔体的状态下，降低原液的粘度，增加其流动性，减少溶剂的消耗量，从经济与生态角度上说，均具有重要的意义。也是本领域的可以人员所十分关注的课题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种恒温油浴静电纺丝装置及其工业应用，以克服现有技术存在的上述缺陷，满足纺织领域发展的需要。
由于目前静电纺都是在常温下，即纺丝原液和纺丝环境都是常温的情况下进行的，纺丝原液需要常温下浓度不高，粘度不大，有一定的流动性。所以本发明拟对原有的静电纺丝方法进行改进，采用多个喷头的形式可以大大提高纺丝效率，通过加热装置，提高纺丝原液的温度，使其在高浓度或熔体状态下就具有一定的流动性而粘度较低。
本发明的静电纺丝装置包括：
物料推进装置；
设置在物料推进装置下方与物料推进装置通过管线相连接的绝缘物料室；
设置在绝缘物料室下方的加热装置；
设置在加热装置中，一端与物料室过管线相连接的输料管；
与输料管另一端相连的喷丝头；
设置在喷丝头下方的纤维接收装置，喷丝头与纤维接收装置之间的空间为纺丝腔；
连在喷丝头与纤维接收装置上的电极；
与电极通过导线相连接的直流电源。
本发明的装置可以用于聚合物的纺丝，纺丝过程包括如下步骤：
含有聚合物的溶液或聚合物熔体通过物料推进器从物料室送入设置在加热装置中的输料管中，被调节到-10～250℃，并通过物料推进器的推力而获得所需流速，以一定的流速从喷丝头流出，在静电力的作用下，形成溶液或熔体细流，最终被收集到接收装置上。
所说的聚合物包括聚间苯二甲酰间苯二胺、聚羟基丁酸酯—聚羟基戊酸酯共聚物、聚丙烯中的一种；
所说的溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺与CaCl2的混合物、N，N-二甲基乙酰胺、氯仿或二氯甲烷、二氯乙烷、乙醇、水中的一种或几种的混合物；
N，N-二甲基甲酰胺与CaCl2的混合物中，CaCl2的重量浓度为0.2～5％；
含有聚合物的溶液或聚合物的熔体中，聚合物的重量浓度为0.01wt～100wt％。
纺丝电压：5～40KV，单个喷丝头吐出量：0.00005～20ml/h。
本发明的效果是十分显著的：
本发明通过加热装置，调节高聚物溶液或熔体温度，升高温度后的纺丝原液，粘度大大降低，流动性大大提高。从与输料管相连的喷丝头多个喷丝头中流出，大大提高了纺丝产率。用这种方法极大的拓宽了静电纺纺丝法的应用范围。
附图说明
图1为本发明的恒温油浴静电纺丝装置结构示意图。
具体实施方式
由图1可见，本发明的恒温油浴静电纺丝装置包括：
物料推进装置1，可采用常规的计量泵；
设置在物料推进装置1下方与物料推进装置1通过管线相连接的绝缘物料室2；
设置在绝缘物料室2下方的加热装置3，该加热装置3为一个设有加热介质进口301和加热介质出口302的循环槽，如图1，也可以为一个设有电加热元件的容器；
设置在加热装置3中，一端与物料室2过管线相连接的输料管4，可采用四氟乙烯管；
与输料管4另一端相连的喷丝头5，喷丝头5的孔径为1μm～2mm，喷丝头5个数1～20个；
设置在喷丝头5下方的纤维接收装置7，纤维接收装置7采用滚筒式，平板式或水浴式等方式，喷丝头与纤维接收装置之间的空间为纺丝腔，喷丝头5距接收装置的距离L为10～50cm。
连在喷丝头5与纤维接收装置7上的电极6；
与电极6通过导线相连接的直流电源8。
实施例1
采用如图1所示的装置进行纺丝。其中，纺丝条件为：
喷丝头孔径为100μm；喷丝头个数为10个；接收装置为水浴；喷丝头距接收装置的距离为20cm；单个喷丝头吐出量：2ml/h；油浴温度为100℃；施加的电压为10KV；
纺丝过程为：将重量浓度为20wt％的聚间苯二甲酰间苯二胺和3wt％CaCl2的N，N-二甲基甲酰胺溶液注入物料室，通过物料推进器从物料室送入设置在可循环恒温油浴中的耐高温高压输料管中。耐高温油经加热处理，被调节到100℃后，不断保持恒温循环。输料管中的物料经热传导后，达到所需温度，并通过物料推进器的推力而获得所需流速，以2ml/h的流速从喷丝头流出，在静电力的作用下，形成溶液细流，最终被收集到接收装置上。纺丝结果如下：纤维平均直径为150nm。
实施例2
采用如图1所示的装置进行纺丝。其中：纺丝条件为：喷丝头孔径为100μm；喷丝头个数为15个；接收装置为滚筒式；喷丝头距接收装置的距离为12cm；单个喷丝头吐出量：2.5ml/h；油浴温度为40℃；施加的电压为15KV；
纺丝过程为：将质量浓度为20wt％的聚间苯二甲酰间苯二胺和3wt％CaCl2的N，N-二甲基甲酰胺溶液注入物料室，通过物料推进器从物料室送入设置在可循环恒温油浴中的耐高温高压输料管中。耐高温油经加热处理，被调节到40℃后，不断保持恒温循环。输料管中的物料经热传导后，达到所需温度，并通过物料推进器的推力而获得所需流速，以2.5ml/h的流速从喷丝头流出，在静电力的作用下，形成溶液细流，最终被收集到接收装置上。纺丝结果如下：纤维平均直径为120nm。
实施例3
采用如图1所示的装置进行纺丝。其中：纺丝条件为：喷丝头孔径为1mm；喷丝头个数为15个；接收装置为平板式；喷丝头距接收装置的距离为15cm；单个喷丝头吐出量：5ml/h；油浴温度为180℃；施加的电压为25KV；
纺丝过程为：将聚羟基丁酸酯—聚羟基戊酸酯共聚物熔体注入物料室，通过物料推进器从物料室送入设置在可循环恒温油浴中的耐高温高压输料管中。耐高温油经加热处理，被调节到180℃后，不断保持恒温循环。输料管中的物料经热传导后，达到所需温度，并通过物料推进器的推力而获得所需流速，以5ml/h的流速从喷丝头流出，在静电力的作用下，形成溶液细流，最终被收集到接收装置上。
纺丝结果如下：纤维平均直径为310nm。
实施例4
采用如图1所示的装置进行纺丝。其中：纺丝条件为：喷丝头孔径为1mm；喷丝头个数为20个；接收装置为平板式；喷丝头距接收装置的距离为30cm；单个喷丝头吐出量：7ml/h；油浴温度为220℃；施加的电压为30KV；
纺丝过程为：将聚丙稀熔体注入物料室，通过物料推进器从物料室送入设置在可循环恒温油浴中的耐高温高压输料管中。耐高温油经加热处理，被调节到220℃后，不断保持恒温循环。输料管中的物料经热传导后，达到所需温度，并通过物料推进器的推力而获得所需流速，以7ml/h的流速(单孔)从喷丝头流出，在静电力的作用下，形成溶液细流，最终被收集到接收装置上。纺丝结果如下：纤维平均直径为320nm。
Claims (9)
1.一种恒温油浴静电纺丝装置，其特征在于，包括：
物料推进装置(1)；
设置在物料推进装置(1)下方与物料推进装置(1)通过管线相连接的绝缘物料室(2)；
设置在绝缘物料室(2)下方的加热装置(3)；
设置在加热装置(3)中，一端与物料室(2)过管线相连接的输料管(4)；
与输料管(4)另一端相连的喷丝头(5)；
设置在喷丝头(5)下方的纤维接收装置(7)；
连在喷丝头(5)与纤维接收装置(7)上的电极(6)；
与电极(6)通过导线相连接的直流电源(8)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，物料推进装置(1)为计量泵。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，加热装置(3)为一个设有加热介质进口(301)和加热介质出口(302)的循环槽。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，加热装置(3)为一个设有电加热元件的容器。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，喷丝头(5)的孔径为1μm～2mm，喷丝头(5)个数1～20个。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，纤维接收装置(7)采用滚筒式，平板式或水浴式，喷丝头(5)距纤维接收装置(7)的距离L为10～50cm。
7.根据权利要求1～6任一项所述的恒温油浴静电纺丝装置的应用，其特征在于，用于聚合物的纺丝。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，纺丝过程包括如下步骤：含有聚合物的溶液或聚合物熔体通过物料推进器从物料室送入设置在加热装置中的输料管中，被调节到-10～250℃，并通过物料推进器的推力而获得所需流速，以一定的流速从喷丝头流出，在静电力的作用下，形成溶液或熔体细流，最终被收集到接收装置上。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所说的聚合物包括聚间苯二甲酰间苯二胺、聚羟基丁酸酯—聚羟基戊酸酯共聚物或聚丙烯中的一种；
所说的溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺与CaCl2的混合物、氯仿或N，N-二甲基乙酰胺中的一种；
N，N-二甲基甲酰胺与CaCl2的混合物中，CaCl2的重量浓度为0.2～5％；
含有聚合物的溶液或熔体中，聚合物的重量浓度为0.01wt～100wt％。
纺丝电压：5～40KV，单个喷丝头吐出量：2～10ml/h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200610024394 CN101033560A (zh) | 2006-03-06 | 2006-03-06 | 一种恒温油浴静电纺丝装置及其工业应用 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN 200610024394 CN101033560A (zh) | 2006-03-06 | 2006-03-06 | 一种恒温油浴静电纺丝装置及其工业应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101033560A true CN101033560A (zh) | 2007-09-12 |
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ID=38730292
Family Applications (1)
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| CN 200610024394 Pending CN101033560A (zh) | 2006-03-06 | 2006-03-06 | 一种恒温油浴静电纺丝装置及其工业应用 |
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