CN103924309A - 一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头，主要包括纺丝喷嘴、纺丝喷嘴套件、喷头套筒、柱塞、配重盘、加热装置、温度传感器及弹性密封圈，纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件及喷嘴套件上部分与喷头套筒之间均通过螺纹连接，柱塞置于喷头套筒内部，其上端与配重盘通过螺纹连接，喷头套筒通过均布的螺栓孔固定于纺丝机架上，加热装置及温度传感器与温控箱相连，弹性密封圈置于纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间。本发明利用喷头套件对纺丝喷嘴进行全段加热，既能对喷嘴出口进行加热，同时能对喷嘴进行保护，避免了高压电对加热装置的影响，使纺丝获得更好的工艺条件，该装置采用压力式进料，可实现高粘度熔体纺丝，为熔体纺丝开拓更广阔的市场。

Description

一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头

技术领域

本发明涉及一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头，属静电纺丝领域。

背景技术

静电纺丝法，其原料适用性广、成本低、设备简单等优点，被学术界和工业界广泛认为是一种产业化制备微纳米纤维的简单高效的方法，也是最有前景的工艺方法。其基本原理是，聚合物溶液或熔体在高压静电场力的作用下，在毛细管末端形成泰勒锥，进而飞向接收装置，溶液中的溶剂蒸发或熔体固化，最后在接收装置上形成超细纤维。其中溶液静电纺丝法由于有机溶剂的使用，会带来环境污染等问题，因此近年来熔体静电纺丝逐渐受到关注。但是由于熔体静电纺丝工艺对于聚合物熔体粘度依赖较大，很多熔点比较高粘度比较大的热塑性聚合物对纺丝装置要求较高，如何保证熔体温度和足够的压力，以满足连续稳定的低流量供给，从而实现该类材料超细纤维的制备，是迫切和重要的问题。

激光纺丝可以实现部分材料如PET快速高温塑化，从而制备1微米内的纤维，但是只能实现单根，温度可控性差，如李从举等用Onizuka Glas公司制造的三向激光静电纺丝机纺出3微米的PET纤维，纺丝前需将原料拉伸为0.2mm的粗纤维，过程复杂。而常规的无针多射流熔体纺丝装置由于内表面或者外表面开放式的设计，导致熔体在表面迅速降温，如内锥面喷头CN103225116A，尤其对于粘度高熔点高的材料，容易降温影响流动及喷头周向的分布，从而无法形成泰勒锥制备出超细纤维。

因此针对这一问题，提出一种纺丝装置结构，能够实现熔体的保温减压，同时可形成多根射流。从而满足耐高温高粘度热塑性聚合物超细纤维的量产，为耐高温超细纤维在高温废弃过滤、高温水过滤等应用场合提供高性能材料。

发明内容

本发明在原有熔体微分技术的基础下，以开拓高粘度高熔点热塑性材料纺丝为目标，提出一种组合式纺丝喷头，利用纺丝喷嘴与喷嘴套件配合形成的锥面缝隙进行纺丝，该喷头能实现纺丝喷嘴全段加热保温的效果，即保证了熔体电纺效率高的优点，同时又解决了部分高粘度高熔点熔体纺丝的难题，为熔体静电纺丝的研究进一步奠定了基础，该装置结构简单，对中性好，喷头可随时更换，维护费用低。

本发明一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头，主要包括纺丝喷嘴、纺丝喷嘴套件、喷头套筒、柱塞、配重盘、加热装置、温度传感器及弹性密封圈。纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件及喷嘴套件上部分与喷头套筒之间均通过螺纹连接，柱塞置于喷头套筒内部，其上端与配重盘通过螺纹连接，喷头套筒通过均布的螺栓孔固定于纺丝机架上，加热装置置于喷头套筒外围，可方便地拆卸，温度传感器置于喷头套筒内部，加热装置及温度传感器与温控箱相连，弹性密封圈置于纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间。

本发明一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头，其中纺丝喷嘴底部中央有十字槽，借助此十字槽可进行纺丝喷头与喷头套件的螺纹配合的调节，纺丝喷嘴外表面和纺丝喷嘴套件内表面均为锥面，且相互平行，通过调节可实现缝隙的大小改变，以此调节流量大小。

本发明一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头，其中纺丝喷嘴套件顶端采用凸起设计，既可对套筒内熔体进行分流引导，同时可防止物料进入纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间的螺纹部分，避免发生堵塞。

本发明一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头，其中纺丝喷嘴套件上部有一圆形排列的圆柱形导流孔，导流孔直径为0.5-3mm，套筒内的熔体通过此导流孔进入纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间的缝隙中,可对熔体进行均分。

本发明一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头，在纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间放置一弹性密封圈，弹性密封圈受压力易于变形，弹性密封圈可以放置相同尺寸的多篇，弹性密封圈可随纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间的间隙大小发生变形，防止物料在纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间的间隙间部分堆积，这些堆积的料受热时间长了会发生降解。

本发明一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头，利用喷头套件对纺丝喷嘴进行全段加热，既能对喷嘴出口进行加热，同时能对喷嘴进行保护，且避免了高压电对加热装置的影响，从而使纺丝获得更好的工艺条件，该装置采用压力式进料，可实现高粘度熔体纺丝，为熔体纺丝开拓更广阔的市场。

附图说明

图1是本发明一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头总体剖面示意图；

图2是图1所示本发明一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头的纺丝喷嘴剖面放大示意图；

图3是图2所示本发明一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头的纺丝喷嘴仰视图；

图4是图1所示本发明一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头的纺丝喷嘴套件剖面放大示意图；

图5是图4所示本发明一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头的纺丝喷嘴套件俯视图；

图中：1-纺丝喷嘴；2-纺丝喷嘴套件；3-喷头套筒；4-柱塞；5-配重盘；6-加热装置；7-温度传感器；8-弹性密封圈；1-1-十字槽；2-1-导流孔；2-2-喷嘴套件尖端；3-1-螺栓孔。

具体实施方式

本发明提出一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头。如图1-5所示，该纺丝装置主要包括纺丝喷嘴1、纺丝喷嘴套件2、喷头套筒3、柱塞4、配重盘5、加热装置6、温度传感器7、弹性密封圈8。纺丝喷嘴1与纺丝喷嘴套件2及喷嘴套件2上部分与喷头套筒3之间均通过螺纹连接，且安装时可通过同心实现自动对中，柱塞4置于喷头套筒3内部，其上端与配重盘5通过螺纹连接，用来对套筒内的熔体施加压力，喷头套筒3通过均布的螺栓孔3-1固定于纺丝机架上，加热装置6置于喷头套筒3外围，可以方便的拆卸，温度传感器7置于喷头套筒内部，加热装置6与和温度传感器7与温控箱相连，弹性密封圈8置于纺丝喷嘴1与纺丝喷嘴套件2之间，可随纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间的间隙大小发生变形，防止物料在纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间的空白部分堆积。纺丝喷嘴底部中央有十字槽1-1，通过此十字槽进行纺丝喷头1与喷头套件2的螺纹配合，纺丝喷嘴1外表面和纺丝喷嘴套件2内表面均为锥面，且相互平行，通过调节可实现缝隙的大小，以此调节流量大小，纺丝喷嘴套件上部有一圆形排列的圆柱形导流孔2-1，套筒内的熔体通过此导流孔进入纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间的缝隙中，且纺丝喷嘴套件顶端中部采用凸起2-2，可对套筒内熔体进行分流引导，同时可防止物料进入纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间的螺纹部分。

如图1所示，纺丝过程如下：进行纺丝实验时，将纺丝喷头接地，打开加热装置6，纺丝装置在温度传感器7的控制下加热到预定温度，加入原料，插入柱塞4，在配重盘5的推动下，熔体流出至纺丝喷嘴1边缘，根据熔体流量的大小精确调整纺丝喷嘴1和喷嘴套件2之间的缝隙，待熔体流量稳定时，打开高压静电发生器，开始纺丝。

一个实施例如图1所示，喷头套筒3内径为20mm，纺丝喷头套件2上分布20个直径0.5mm的导流孔，调节纺丝喷头1与喷头套件2之间的缝隙为0.5mm，采用聚丙烯(PP6820)进行纺丝，设定温度为240℃，接收板距喷嘴边缘为10cm，电压为50kV，可纺出直径为500nm-2μm的超细纤维。

Claims (5)

1.一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头，其特征在于：主要包括纺丝喷嘴、纺丝喷嘴套件、喷头套筒、柱塞、配重盘、加热装置、温度传感器及弹性密封圈，纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件及喷嘴套件上部分与喷头套筒之间均通过螺纹连接，柱塞置于喷头套筒内部，其上端与配重盘通过螺纹连接，喷头套筒通过均布的螺栓孔固定于纺丝机架上，加热装置置于喷头套筒外围，温度传感器置于喷头套筒内部，加热装置及温度传感器与温控箱相连，弹性密封圈置于纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间。 

2.根据权利要求1所述的一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头，其特征在于：纺丝喷嘴底部中央有十字槽。 

3.根据权利要求1所述的一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头，其特征在于：纺丝喷嘴外表面和纺丝喷嘴套件内表面均为锥面，且相互平行。 

4.根据权利要求1所述的一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头，其特征在于：纺丝喷嘴套件顶端采用凸起设计。 

5.根据权利要求1所述的一种适用于高粘度高熔点聚合物的熔体静电纺丝喷头，其特征在于：纺丝喷嘴套件上部有一圆形排列的圆柱形导流孔，导流孔直径为0.5-3mm。