CN101812733B - 一种可连续生产的高效熔体静电纺丝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种可连续生产的高效熔体静电纺丝装置，属于纺丝领域，它包括精密挤出成型机、喷丝模头、高效喷头、静电发生器和接收装置，精密挤出成型机与喷丝模头采用螺栓连接，高效喷头接地，接收装置的卷筒通过金属轴承与高压静电发生器的正极连接，接收装置的卷筒为导电材料，卷筒的支架为绝缘材料，卷筒的带传动机构所用到的皮带为绝缘材料，接收装置的卷筒具有升降装置，喷丝模头与高效喷头采用锥面紧配合，高效喷头锥面上均匀地切去了几个平面。本发明为熔体静电纺丝，避开了使用溶剂而出现的问题，通过使用高效喷丝头使静电纺丝的效率得到大幅度的提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种静电纺丝装置，特别适合于熔体静电纺丝的连续化生产，属于纺丝领域。
背景技术
静电纺丝方法已被公认为是制备纳米纤维最简单最有效的方法，目前已有三十多种聚合物通过此方法成功制得超细纤维，最小的直径达到几十纳米。关于静电纺丝的研究结果，近几年来相关文献都呈指数增加，然而，静电纺丝技术从其发现到现在的100多年历史中，始终还停留在实验室的研究阶段，没有走向工业化。
阻碍静电纺丝技术工业化步伐的主要障碍有两个：一是静电纺丝效率太低。虽然关于批量生产的静电纺丝装置的专利已有不少的报道，但这些装置都是针对溶液静电纺丝，而溶液静电纺丝过程有90％的溶液都以溶剂的形式蒸发掉，这是溶液静电纺丝效率不高的直接原因。二是目前关于静电纺丝的研究大多集中在溶液静电纺丝方面，而溶液静电纺丝因为要使用溶剂而出现一系列的问题：如溶剂的回收问题；应用于生物医药领域的安全问题；一些聚合物如聚丙烯和聚乙烯，在室温下找不到适当的溶剂配成溶液；溶剂的蒸发导致纤维表面不光滑，甚至出现缺陷；昂贵溶剂的使用会增加成本；微细的喷丝孔容易堵塞，影响连续生产等等。溶剂的使用是静电纺丝技术难以工业化的根本原因。
发明内容
本发明提出的一种可连续生产的高效熔体静电纺丝装置，不需要使用溶剂进行纺丝，因而避开了使用溶剂而出现的问题；熔体纺丝过程100％的熔体都转化为产品，实现了零损失，大大提高了静电纺丝的效率，纺丝过程每个高效喷头都能产生多股的熔体喷射流，从而进一步大幅度提高了熔体静电纺丝的效率。本发明解决了阻碍静电纺丝技术工业化的两个主要障碍，大大促进了静电纺丝技术工业化的步伐。
本发明提供了一种可连续生产的高效熔体静电纺丝装置，它包括挤出量可以精密控制的精密挤出成型机、均布有多个喷丝孔的喷丝模头、能使喷射流分成多股的高效喷头、具有正极输出的高压静电发生器和卷筒高度可调节的接收装置等。精密挤出成型机与喷丝模头采用螺栓连接，高效喷头与喷丝模头采用锥面紧配合连接，接收装置由卷筒和带传动机构等组成，接收装置的卷筒具有升降装置，用于其高度的调节，卷筒可以方便拆卸，当丝缠满后易于更换卷筒。
本发明中的精密挤出成型机可以是单螺杆挤出机或双螺杆挤出机或多螺杆挤出机。
接收装置的卷筒升降装置可以是螺旋机构或气动机构或液压机构。
为了避免高压静电对精密挤出成型机的干扰，本装置采用倒置的电场即，高效喷头接地，因此所有由静电场产生的多余电荷都会迅速流向大地，保护了精密挤出成型机和喷丝模头的所有敏感元件如传感器等；接收装置的卷筒为导电材料，它通过金属轴承与高压静电发生器的正极连接，支撑卷筒的支架和带传动机构所用的皮带都为绝缘材料，带传动机构的电机与卷筒相隔一段距离，从而避免了高压静电场对电机的影响。
本发明所用到的精密挤出成型机，其挤出流量可以精密控制，最低转速可以控制在0.5r/min，从而保证了喷丝模头的流量稳定。喷丝模头的底板上均布有很多喷丝孔，这些喷丝孔与一般的喷丝模头的微细孔不一样，其直径可以大于2mm，因而大大减小了加工难度。喷丝孔与高效喷头采用锥面紧配合连接，由于高效喷头与喷丝孔的配合面上均匀地切去了几个平面，熔体可以通过这些配合间隙均匀地流向高效喷头的喷丝锥面，在静电场的作用下就可以形成多股的熔体喷射流。高效喷头可以是一个或多个，由多个高效喷头组成的喷丝单元可以大幅度地提高静电纺丝的效率。
本发明提出的一种可连续生产的高效熔体静电纺丝装置，把静电纺丝技术与用于连续生产的聚合物加工设备精密挤出成型机结合在一起，实现了熔体静电纺丝技术的连续生产，效率得到提高，为静电纺丝技术工业化奠定了坚实基础。
附图说明
图1是本发明一种可连续生产的高效熔体静电纺丝装置示意图
图2是本发明一种可连续生产的高效熔体静电纺丝装置喷丝模头与高效喷头的组装图
图3是本发明一种可连续生产的高效熔体静电纺丝装置的高效喷头的轴测图
图中：1-精密挤出成型机，2-喷丝模头，3-高效喷头，4-高压静电发生器，5-接收装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细阐述。
本发明一种可连续生产的高效熔体静电纺丝装置包括精密挤出成型机1、喷丝模头2、高效喷头3、高压静电发生器4、接收装置5，如图1所示，精密挤出成型机1与喷丝模头2采用螺栓连接，高效喷头3与喷丝模头2采用锥面紧配合连接，见图2，高效喷头锥面上均匀地切去了几个平面，见图3，接收装置5包括卷筒和带传动机构，卷筒可以方便拆卸，当丝缠满卷筒后易于更换。高效喷头3接地，接收装置5的卷筒为导电材料，它的高度可以通过螺旋机构或气动机构或液压机构调节，卷筒通过金属轴承与高压静电发生器4的正极连接，支撑卷筒的支架和带传动机构所用的皮带都为绝缘材料，带传动机构的电机与卷筒相隔一段距离，从而避免了高压静电场对电机的影响。
实施例：
本实施例中所用的精密挤出成型机1的螺杆直径为
最低转速0.5r/min；喷丝模头2均布有64个喷丝孔，喷丝孔直径为
高效喷头3的喷丝锥面大端圆周直径为
高压静电发生器4的最大输出电压为+60kv；接收装置5的卷筒直径为
卷筒与高效喷头之间的距离为10cm，该距离通过螺旋机构调节；纺丝原料为PP，熔指为1500g/10min。纺丝步骤：先把精密挤出成型机1的料筒以及喷丝模头2加热到预定温度，喷丝模头温度为250℃，使PP到达喷丝模头时完全熔融，然后打开精密挤出成型机1的主电机和喂料电机，熔体开始往喷丝模头2输送，等到高效喷头3的喷丝锥面上均布有熔体后，再打开接收装置5的带传动电机，同时打开高压静电发生器4的电源，并调节电压到熔体喷流产生为止，在此实施例中输出电压取为50kv。当熔体喷射流产生后，精密挤出成型机1的主电机和喂料电机都要适当调小，一直到纺丝可以顺利连续进行为止。通过本实施例可以生产出直径在700nm～4μm之间的超细纤维，纺丝效率约为268g/h。
Claims (4)
1.一种可连续生产的高效熔体静电纺丝装置，其特征在于，它包括精密挤出成型机、喷丝模头、高效喷头、静电发生器和接收装置，精密挤出成型机与喷丝模头采用螺栓连接，高效喷头接地，接收装置的卷筒通过金属轴承与高压静电发生器的正极连接，接收装置的卷筒为导电材料，卷筒的支架为绝缘材料，卷筒的带传动机构所用到的皮带为绝缘材料，接收装置的卷筒具有升降装置，喷丝模头与高效喷头采用锥面紧配合，高效喷头锥面上均匀地切去了几个平面。
2.根据权利要求1所述的一种可连续生产的高效熔体静电纺丝装置，其特征在于，高效喷头是一个或多个。
3.根据权利要求1所述的一种可连续生产的高效熔体静电纺丝装置，其特征在于，精密挤出成型机是单螺杆挤出机或双螺杆挤出机或多螺杆挤出机。
4.根据权利要求1所述的一种可连续生产的高效熔体静电纺丝装置，其特征在于，接收装置的卷筒的升降装置是螺旋机构或气动机构或液压机构。
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