CN101812734A

CN101812734A - 一种熔体静电纺丝生产复合纤维的装置

Info

Publication number: CN101812734A
Application number: CN200910078502A
Authority: CN
Inventors: 刘勇; 邓荣坚; 杨卫民; 丁玉梅
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2010-08-25

Abstract

本发明一种熔体静电纺丝生产复合纤维的装置，属于静电纺丝领域。它主要包括接收装置、汇集装置、毛细管、喷嘴、加热圈、料筒、活塞轴、加压装置、端盖、温度传感器、高压静电发生器等，接收装置位于毛细管正下方，接收装置连接高压静电发生器的正极，高压静电发生器的另一电极接地，毛细管与汇集装置采取锥面紧配合，毛细管通过引出导线与大地相接，喷嘴与汇集装置及喷嘴与料筒通过螺钉连接，加热圈包覆在料筒表面，温度传感器与料筒采用螺纹连接，端盖与活塞轴采用螺纹连接，加压装置位于端盖上方，毛细管的熔体出口与接收装置的距离大于2cm。本发明可以同时对两种或多种聚合物进行熔体纺丝，以制得并列型或皮芯型等类型的复合纤维。

Description

一种熔体静电纺丝生产复合纤维的装置

技术领域

本发明涉及一种生产复合纤维的装置，属于静电纺丝领域。

背景技术

随着人们对纳米纤维需求量的不断增加，各国的科研工作者探索了多种制备纳米纤维的方法，其中静电纺丝方法被认为是制备纳米纤维最简单有效的方法，目前已有三十多种聚合物通过此方法成功制得超细纤维，直径最小可以达到几十纳米。静电纺丝包括溶液静电纺丝和熔体静电纺丝两类。关于静电纺丝的研究大多都集中在溶液静电纺丝上，而对于聚合物熔体静电纺丝的研究则很少。

为了满足强力拉伸、电导、光传导、吸湿等功能性要求，人们研制了多组分复合纤维。复合纤维中最常见的是双组分纤维(BicomponentFiber)，它可定义为在同一根纤维上，沿纤维轴向同时存在着两种不同聚合物的复合纤维，亦称共轭纤维(Conjugated Fiber)。生产双组分纤维的主要目的是复合两种聚合物的性能，使复合材料能够表现出单一组分所不能得到的力学性能、功能、风格和质感。静电纺丝是最简单的直接制备连续纤维的方法，目前，生产复合纤维的方法有很多，但用熔体静电纺丝法生产复合纤维的公开报道尚未见到。

发明内容

本发明提出了一种熔体静电纺丝生产复合纤维的装置。本发明由于不需要借助溶剂就能顺利进行纺丝，因而可以解决溶液静电纺丝由于使用溶剂而出现的一系列问题。本发明把静电纺丝的方法和生产复合纤维的方法结合起来，可以同时对两种或多种聚合物进行熔体纺丝，以制得并列型或皮芯型或其它结构类型的复合纤维，满足人们对纤维各种性能的要求。

本发明提供的一种熔体静电纺丝生产复合纤维的装置的技术方案，采用了由接收装置、汇集装置、毛细管、喷嘴、加热圈、料筒、活塞轴、加压装置、端盖、温度传感器、高压静电发生器等组成的熔体静电纺丝装置。接收装置位于毛细管正下方，接收装置连接高压静电发生器的正极输出端，高压静电发生器的另一电极接地。汇集装置能将来自不同料筒的聚合物熔体汇集在一起，经毛细管均匀流出。毛细管与汇集装置采取锥面紧配合，毛细管通过引出导线与大地相接。喷嘴与汇集装置采用螺钉连接。喷嘴与料筒通过4个在圆周方向均布的螺钉连接，喷嘴与料筒也可以直接通过螺纹连接等其它连接方式或两者加工成一体。用于加热聚合物熔体的电加热圈包覆在料筒表面。温度传感器与料筒采用螺纹连接。端盖与活塞轴采用螺纹连接，或两者加工成一体。活塞轴可在料筒内上下往复运动。加压装置放在端盖正上方。

本发明适合于两种或多种聚合物熔体同时进行静电纺丝，以制备复合纤维。聚合物可以是聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚等热塑性材料，纺丝原料可以是聚合物颗粒料或粉料或切片或熔体。接收装置可以采取多种形式如导电平板、导电网、卷筒等。毛细管采用金属等导电材料制成，其内径小于1mm。加压装置可以通过加砝码的方式施压或采用微量推进器施压。高压静电发生器的输出极为正极。

本发明根据汇集装置的结构可以制备并列型、皮芯型或其它不同结构形式的复合纤维。汇集装置由上下两部分组成，上下两部分采用螺钉连接。皮芯型复合纤维纺丝汇集装置的上部分与导管之间采用紧配合连接。

本发明提出的熔体静电纺丝生产复合纤维的方法可以制备出表面光滑的超细复合纤维，并且使生产工艺得到最大的简化。

附图说明

图1是本发明的装置示意图。

图2是并列型复合纤维纺丝汇集装置示意图。

图3是皮芯型复合纤维纺丝汇集装置示意图。

图4是皮芯型复合纤维纺丝汇集装置下半部分的俯视示意图。

图中1-接收装置；2-汇集装置；3-毛细管；4-喷嘴；5-加热圈；6-料筒；7-活塞轴；8-加压装置；9-端盖；10-温度传感器；11-高压静电发生器；12-导管。

具体实施方式

本发明采取的是一种熔体静电纺丝生产复合纤维的装置，装置的示意图如图1所示，它主要包括接收装置(1)、汇集装置(2)、与汇集装置(2)采取锥面紧配合的毛细管(3)、与料筒(6)采取螺钉连接可方便拆卸的喷嘴(4)、用于加热聚合物熔体的加热圈(5)、钢结构的料筒(6)、可在料筒(6)内上下运动又不会产生漏料的活塞轴(7)、加压装置(8)、承载加压装置(8)的端盖(9)、温度传感器(10)、输出极为正极的高压静电发生器(11)。毛细管(3)的熔体出口与接收装置(1)的距离大于2cm。图2所示汇集装置用于生产并列型复合丝，图3和图4所示的汇集装置用于生产皮芯型复合丝，导管(12)内与外分别流过不同的聚合物。

纺丝步骤：首先把料筒(6)加热到预设温度。各种聚合物的熔融温度都不一样，由于聚合物粘度是静电纺丝是否可以顺利进行的一个关键因素，所以需要把加热圈(5)的加热温度设置在聚合物的成型加工温度以上，尽可能降低聚合物的粘度，但又不至于使聚合物产生分解。其次往料筒里添加纺丝原料，纺丝原料可以为聚合物颗粒或粉料或切片或熔体，原料达到设定温度后，再往端盖(9)上施加压力，施加的压力应使毛细管(3)末端出现熔体滴但还不能脱落为宜。最后再打开高压静电发生器(11)的电源开关，电源的输出电压从0开始往上调，一直到毛细管末端的熔体滴变成锥形并喷射出来形成细丝为止。喷射流在电场中会以螺旋线的方式运动，熔体丝在运动过程中冷却，汇集到接收装置。从毛细管喷射出来的熔体细流，经过电场的强力拉伸，最后可以形成超细的纤维。

通过本发明纺制出来的复合纤维，由于没有使用溶剂，不存在溶剂的蒸发现象，因而可以得到表面光滑均匀的超细纤维，其力学性能要比溶液静电纺丝制得的纤维好。本发明纺制的复合纤维由于是在熔融状态下混合的，分子链运动剧烈，两相界面模糊，两种聚合物结合的十分紧密。本发明两个料筒采用独立的温度控制，可以将熔融温度相差较大的两种聚合物进行复合纺丝。本发明采用多级加热，可以减少物料在高温段的停留时间，减少物料热降解。

本发明的一个实施例：纺丝原料低密度聚乙烯(LDPE)颗粒料，料筒末端温度280℃；另一料筒中纺丝原料为聚丙烯(PP)，熔指为1500g/10min，料筒末端温度250℃，毛细管内径0.6mm。另外，纺丝电压为0～50kv，接收方式为导电网，毛细管的熔体出口与接收装置的距离15cm。根据上述工艺过程，收集到的并列型纤维直径在1μm～50μm范围内。

Claims

1.一种熔体静电纺丝生产复合纤维的装置，其特征在于它主要包括接收装置、汇集装置、毛细管、喷嘴、加热圈、料筒、活塞轴、加压装置、端盖、温度传感器、高压静电发生器等，接收装置位于毛细管正下方，接收装置连接高压静电发生器的正极输出端，高压静电发生器的另一电极接地，毛细管与汇集装置采取锥面紧配合，毛细管通过引出导线与大地相接，喷嘴与汇集装置采用螺钉连接，喷嘴与料筒通过螺钉连接，加热圈包覆在料筒表面，温度传感器与料筒采用螺纹连接，端盖与活塞轴采用螺纹连接，活塞轴可在料筒内上下往复运动，加压装置位于端盖正上方，毛细管的熔体出口与接收装置的距离大于2cm。

2.根据权利要求1所述的一种熔体静电纺丝生产复合纤维的装置，其特征在于，纺丝原料是聚合物颗粒料或粉料或切片或熔体。

3.根据权利要求1所述的一种熔体静电纺丝生产复合纤维的装置，其特征在于，接收装置(1)可以是导电平板、导电网、卷筒等。

4.根据权利要求1所述的一种熔体静电纺丝生产复合纤维的装置，其特征在于，聚合物熔融装置有两套或多套，两种或多种聚合物通过一套汇集装置(2)后进行静电纺丝。

5.根据权利要求1所述的一种熔体静电纺丝生产复合纤维的装置，其特征在于，毛细管(3)采用金属等导电材料制成，其内径小于1mm。

6.根据权利要求1所述的一种熔体静电纺丝生产复合纤维的装置，其特征在于，加压装置(8)可以通过加砝码的方式或采用微量推进器实现对聚合物料加压。

7.根据权利要求1所述的一种熔体静电纺丝生产复合纤维的装置，其特征在于，喷嘴与料筒也可以直接通过螺纹连接或两者加工成一体。

8.根据权利要求1所述的一种熔体静电纺丝生产复合纤维的装置，其特征在于，端盖与活塞轴可以加工成一体。

9.根据权利要求1所述的一种熔体静电纺丝生产复合纤维的装置，其特征在于，聚合物可以是聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚等热塑性材料。