CN102191568A - 一种利用爬杆效应促进高黏度聚合物熔体静电纺丝的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用爬杆效应促进高黏度聚合物熔体静电纺丝的装置，属于静电纺丝领域。主要包括接收装置、温度传感器、弯料筒、直料筒、加热圈、活塞轴、端盖、加压装置、电机架、电机、转针、密封圈、纺丝头、高压静电发生器组成。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。纺丝头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实现或采用微量推进器。利用爬杆原理解决了黏度较大且高温易降解的聚合物材料纺丝效果差的问题，可以在较低温度下实现高黏度熔体通过静电纺丝制备超细纤维。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高黏度聚合物熔体的静电纺丝装置，属于静电纺丝领域。
背景技术
1944年Walsenburg在英国伦敦帝国学院公开表演了一个十分有趣的实验，在一只有黏弹性流体(非牛顿流体的一种)的烧杯里旋转一实验杆。对于牛顿流体，由于离心力的作用，液面将呈凹形；而对于粘弹性流体，却向杯中心运动，并沿杆向上爬，液面变成凸形，甚至在试验杆的旋转速度很低时，也可以观察到这一现象，这就是著名的爬杆效应。
熔体静电纺丝的基本原理是熔体通过喷丝孔后在高压静电场的作用下逐渐发生形变，当电场力大于熔体的表面张力时，喷丝孔末端的熔体就会挣脱其表面形成高速的熔体喷射流飞向接收板，最终形成超细纤维。
对于工业上常用的典型材料如聚丙烯、聚乙烯，用熔体静电纺丝法均能顺利纺制出超细纤维，但对于黏度较大、分解温度较低的材料如聚乳酸(PLA)、聚己内酯，在熔体静电纺丝时很容易因纺丝温度高而产生热降解，这就要求一种可以在较低温度下使得高黏度熔体能连续不断地聚集到喷嘴口的方法及装置。
发明内容
本发明目的是提出利用爬杆效应促进高黏度聚合物熔体进行静电纺丝的装置，通过增加转针机构，在较低温度下实现高黏度聚合物的纺丝，尤其是解决那些在高温下才能达到适当流动性且易高温降解的高聚物的纺丝难题。
本发明的技术方案是，一种利用爬杆效应促进高黏度聚合物熔体静电纺丝的装置，主要包括接收装置、温度传感器、弯料筒、直料筒、加热圈、活塞轴、端盖、加压装置、电机架、电机、转针、密封圈、纺丝头、高压静电发生器组成；接收装置位于纺丝头正下方，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；纺丝头与弯料筒内的熔体物料通道出口采取锥面紧配合，纺丝头通过引出导线接地；直料筒与弯料筒通过螺栓连接或加工成一体；用于加热聚合物熔体的电加热圈包覆在直料筒和弯料筒表面；温度传感器与直料筒和弯料筒采用螺纹连接；端盖与活塞轴采用螺纹连接，或两者加工成一体；活塞轴可在直料筒内上下往复运动；加压装置放在端盖正上方，压力可调；转针和电机通过联轴器或直接连接；转针在电机的带动下完成顺时针或逆时针的旋转运动，根据爬杆效应，熔体会向着开放端(纺丝头方向)爬行；电机可以调节速度，对于不同材料不同温度的熔体提供不同的转速，以达到不同的攀爬效果；电机支架固定在直料筒或弯料筒上，用来固定电机；密封圈位于转针和弯料筒筒壁之间，用来防止熔体从转针和弯料筒筒壁间流出；直料筒和弯料筒的下端安装温度传感器。
本发明适合于一种高黏度熔体进行静电纺丝，尤其适合于高温易降解的高黏度聚合物进行静电纺丝。聚合物可以是熔体流动速率小于10g/min的高聚物或合金聚合物。纺丝原料可以是聚合物颗粒料、粉料、料棒、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。纺丝头采用金属等导电材料制成。加压装置可以通过加砝码的方式施压或采用闭环控制的微量推进器施压。对于高温下才达到适当流动性且易高温降解的高聚物，采用本发明可以有效减少高聚物降解并节约能源。
附图说明
图1是本发明一种利用爬杆效应促进高黏度聚合物熔体静电纺丝的装置的示意图。
图中1-接收装置；2-温度传感器；3-弯料筒；4-直料筒；5-加热圈；6-活塞轴；7-端盖；8-加压装置；9-电机架；10-电机；11-转针；12-密封圈；13-纺丝头；14-高压静电发生器。
具体实施方式
本发明提出了一种利用爬杆效应促进高黏度聚合物熔体静电纺丝的装置。装置的示意图如图1所示，主要包括接收装置1、温度传感器2、弯料筒3、直料筒4、加热圈5、活塞轴6、端盖7、加压装置8、电机架9、电机10、转针11、密封圈12、纺丝头13、高压静电发生器14组成；接收装置1位于纺丝头正下方，接收装置1连接高压静电发生器14的正极输出端，高压静电发生器14的另一电极接地；纺丝头13与弯料筒3内的熔体物料通道出口采取锥面紧配合，纺丝头13通过引出导线接地；直料筒4与弯料筒3通过螺栓连接或加工成一体；用于加热聚合物熔体的加热圈5包覆在直料筒4和弯料筒3表面；温度传感器2与料筒采用螺纹连接；端盖7与活塞轴6采用螺纹连接，或两者加工成一体；活塞轴6可在直料筒4内上下往复运动；加压装置8放在端盖7正上方；转针11和电机10通过联轴器或直接连接；转针11在电机10的带动下完成顺时针或逆时针的旋转运动，根据爬杆效应，熔体会向着开放端(纺丝头13的熔体出口方向)爬行；电机10可以调节速度，对于不同材料不同温度的熔体提供不同的转速，以达到不同的攀爬效果；电机架9固定在直料筒4或弯料筒3上，用来固定电机10；密封圈12位于转针11和弯料筒3筒壁之间，用来防止熔体从转针和弯料筒3筒壁间流出；直料筒4和弯料筒3的下端安装温度传感器2，以检测聚合物熔体的温度。
纺丝步骤：先通过实验确定纺丝材料对应的熔体温度、压力以及电机10转速的最佳匹配值，熔体温度在分解温度以下，压力及转速设置在使得纺丝头13刚好能形成泰勒锥为宜，对相应的控制装置进行预设。接着对直料筒4进行预热，然后加入料粒，保温一定时间确保物料熔化后，开始在端盖7上加以设定压力，并且启动电机10，将其调到预设转速，这时可以观察到纺丝头13末端出现熔滴，但尚未脱落。此时打开静电发生器14，从0开始往上调节电压，一直到纺丝头13末端的熔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1。从纺丝头13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纤维，由于没有使用添加剂，不存在添加剂对纺丝纤维的污染问题。本发明可以降低纺丝温度，对于高黏度聚合物可以减少其降解，提高了纺丝质量，得到表面细致且纤维较长的制品，同时对流动性好的物料，可以降低纺丝温度，在较大粘度下纺丝，具有节能效果。本发明两个料筒采用闭环的温度控制，压力控制也可以做成闭环控制，转针速度无级可调。
Claims (4)
1.一种利用爬杆效应促进高黏度聚合物熔体静电纺丝的装置，其特征在于，主要包括接收装置、温度传感器、弯料筒、直料筒、加热圈、活塞轴、端盖、加压装置、电机架、电机、转针、密封圈、纺丝头、高压静电发生器组成；接收装置位于纺丝头正下方，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；纺丝头与弯料筒内的熔体物料通道出口采取锥面紧配合，纺丝头通过引出导线接地；直料筒与弯料筒通过螺栓连接或加工成一体；加热圈包覆在直料筒和弯料筒表面；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；活塞轴可在直料筒内上下往复运动；加压装置放在端盖正上方；转针和电机通过联轴器或直接连接；转针在电机的带动下完成顺时针或逆时针的旋转运动；电机可以调节速度；电机架固定在直料筒或弯料筒上；密封圈位于转针和弯料筒筒壁之间；温度传感器安置在直料筒和弯料筒的下端。
2.根据权利要求1所述的一种利用爬杆效应促进高黏度聚合物熔体静电纺丝的装置，其特征在于，纺丝原料是聚合物颗粒料或粉料或料棒或切片或熔体。
3.根据权利要求1所述的一种利用爬杆效应促进高黏度聚合物熔体静电纺丝的装置，其特征在于，接收装置可以是导电平板或导电网或卷筒。
4.根据权利要求1所述的一种利用爬杆效应促进高黏度聚合物熔体静电纺丝的装置，其特征在于，加压装置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。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130410 |