CN104532483A - 无针静电纺聚酰亚胺纳米纤维的大规模连续化制造系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无针静电纺聚酰亚胺纳米纤维的大规模连续化制造系统。该系统由无针纺丝部分、热致纤维粘连部分、高温处理系统、溶剂蒸汽回收系统、恒温恒湿系统、产品输送系统和非织造布收卷部分组成。该系统适合于通过向上收集纳米纤维的方式大规模快速连续化生产包括聚酰亚胺在内的各种聚合物纳米纤维及其非织造布。该制造系统每小时生产聚酰亚胺纳米纤维高达4385克、每平方米8.7克重的自支撑聚酰亚胺纳米纤维非织造布504平方米。

Description

无针静电纺聚酰亚胺纳米纤维的大规模连续化制造系统
技术领域
本发明涉及一种无针静电纺聚酰亚胺纳米纤维非织造布的大规模快速连续化制造设备，更具体是是一种无针静电纺聚酰亚胺纳米纤维的大规模连续化制造系统。
背景技术
随着静电纺聚合物纳米纤维的应用不断扩展，市场上出现了一系列静电纺丝制备聚合物纳米纤维及其非织造布的设备。这些设备分为高压静电针纺设备和无针纺设备两大类，前者主要关注于聚合物纳米纤维实验用品的制备，即实验室小用品的制备，不能用来大规模连续化生产自支撑电纺聚合物纳米纤维非织造布；后者纺丝速度较快，可用于大规模生产纳米纤维与传统粗纤维非织造布复合的滤材，每平方米这种复合材料中的纳米纤维克重低于2.0克。这种无针纺的技术大部分都是敞开体系，即纺丝液与空气大面积接触，长时间纺丝会由于纺丝液吸水或溶剂挥发而导致纺丝液特性变化，影响纺丝质量，甚至导致纺丝加工中断；另一方面，这种无针纺速度很快，单位空间内产生的纳米纤维量大，同时散发的溶剂蒸汽量也高。若希望获得每平米克重较大(如大于8.0克纳米纤维，厚度大于20微米)的纳米纤维非织造布时，输送带必须以较慢的速度运转，导致所形成的纳米纤维或其非织造布长时间接触浓密的溶剂蒸汽，结果将导致所形成的纳米纤维非织造布的二次溶解成为实体膜，或形成大穿孔密集的膜。因此，现有的有针和无针静电纺设备都不能用来大规模连续化生产有较大厚度和较高单位面积克重的自支撑聚合物纳米纤维非织造布，更不能用来生产自支撑的聚酰亚胺纳米纤维非织造布，因为这种连续化生产聚酰亚胺纳米纤维非织造布的设备还必须配备高温亚胺化设备。
发明内容
本发明提供一种大规模快速连续化生产聚酰亚胺纳米纤维或其非织造布的无针静电纺制造系统。更具体是是一种无针静电纺聚酰亚胺纳米纤维的大规模连续化制造系统。
该制造系统适用于通过向上收集纳米纤维的方式进行无针静电纺丝制备各类聚合物纳米纤维及其非织造布。本发明针对聚酰亚胺纤维产品的生产过程进行系统设计，将无针静电纺制备聚酰亚胺预聚体(聚酰胺酸PAA)纳米纤维或其非织造布的设备、聚酰胺酸高温转化(亚胺化)和非织造布产品收卷设备，形成大规模快速连续化生产聚酰亚胺纳米纤维或其非织造布的无针静电纺丝制造系统。
本发明将溶液通过平行环绕连续运行的钢丝在高压静电场中，并采用多段封闭式供液方式(保证纺丝头钢丝上的纺丝液稳定供给)进行溶液电纺形成聚合物纳米纤维；细钢丝上所生产的密集的纳米纤维射流在高速气吹风干的作用下，干燥蓬松地富集在收集器上形成聚合物纳米纤维非织造布。
解决了规模化制备一定厚度的纳米纤维非织造布及纺丝液稳定供给的问题，并在此基础上配合高速气吹风干，有效地降低聚合物纳米纤维中的溶剂含量，解决了所形成的纳米纤维在高密度溶剂蒸汽中的二次溶解成膜问题，有效地提高聚合物纳米纤维非织造布的品质；加大了本发明纺丝装置制作纳米纤维的高分子材料可选范围大。
本发明的技术方案如下:
一种无针静电纺聚酰亚胺纳米纤维的大规模连续化制造系统，该系统包括无针纺丝部分、热致纤维粘连部分，高温处理部分，产品输送系统、非织造布收卷系统、溶剂蒸汽回收系统、恒温恒湿系统；所述的无针纺丝部分包括无针纺丝装置；
所述的产品输送系统包括产品输送带、传动系统、胀紧系统和纠偏系统；其中，所述的产品输送带在垂直面内呈环形布置，并在所述的传动系统带动下呈连续、环绕式移动，其依次通过无针纺丝部分、热致纤维粘连部分、高温处理部分和非织造布收卷系统，然后回头呈环形循环运转；
所述的无针纺丝装置位于在下方运转的所述产品输送带的下方，所述的产品输送带为所述的无针纺丝装置的纳米纤维接收器；所述的热致纤维粘连部分包括电热炉、温控系统和抽风送风系统；所述的高温处理部分包括电热炉、温控系统和抽风送风系统；
所述的产品输送带从所述的无针纺丝装置上方接收纳米纤维，继续向上方移动，到上方后，先穿过所述的热致纤维粘连部分的电热炉，之后穿过所述的高温处理部分，之后到达所述的非织造布收卷系统，再返回到所述的无针纺丝装置，形成一周循环，并连续循环下去。
所述的无针纺丝装置是由多个纺丝模块和溶液供给系统组成；所述的溶液供给系统包括储液罐和流量控制系统、物料供给泵、物料供给管道及浸润管。
所述的纺丝模块为8-12个；所述的纺丝模块包括细钢丝(2g)、细钢丝清洗装置(2c)、纺丝液浸润管(2d)、气吹管道(2f)、纺丝液导管(2h)、高压电源(2a)和自动力引导辊(2b)；所述的纺丝液浸润管由绝缘材料制成，浸润管之间呈等距、直线排列成浸润管排；所述的细钢丝呈直线穿过所述的浸润管、浸润管排，所述的细钢丝上设置有所述的钢丝清洗装置(2c)；所述的物料供给管道分布在所述的浸润管排底部，其上连通多个支管从底部朝上穿入所述的浸润管并接近细钢丝，所述支管在顶部设置出液口；所述的物料供给管道连接纺丝液导管(2h)、物料供给泵，使所述出液口不断渗出纺丝液，使所述细钢丝在经过浸润管后其表面上能够均匀涂覆一薄层纺丝液；所述的细钢丝为各类不锈钢导电材质；所述的细钢丝连接高压电源。
所述的细钢丝在自动力引导辊(2b)带动下呈连续环绕移动状态且所述的不同方向的细钢丝位于同一水平面内，所述的细钢丝作矩形环绕运动；所述的浸润管排设置为相互平行的两排，所述的两排浸润管布置在所述矩形的长边方向上。
所述的气吹管道位于浸润管排两侧分布平行于所述的细钢丝设置，其上均布朝上的喷气孔；所述的气吹管道连接气体管道和气源。
纤维接收器为所述的产品输送带，其设置在所述细钢丝上方接收纤维，其与高压静电发生器的负极或与大地连接；该纤维接收器与纺丝模块中的细钢丝之间的静电压为15-80kV之间。
所述的储液罐容积在200-600L之间；所述的流量控制系统包括齿轮流量泵和塑料管线，供液流量在100-2000ml/min之间。
所述的热致纤维粘连部分的电热炉内腔的长高宽为3×0.2×1.3-6×0.2×2.0m3、工作温度在100-200℃之间、抽送风量在500-3000L/min之间；
所述的溶剂蒸汽回收系统包括水淋吸收塔和抽风送风系统，其中，抽送风量在3000-15000L/min之间可调；
所述的高温处理部分，包括高温电热炉和抽送风系统；其中，所述的高温电热炉内腔的长高宽为12×0.2×1.3-18×0.2×2.0m3，工作温度在300-500℃之间，抽送风量在1000-5000L/min之间；
所述的恒温恒湿系统包括空气调节系统、空气压缩系统、抽送风系统和温度湿度探测系统；空调温度在18-30℃之间、相对湿度在40-85％之间、抽送风量在5000-20000L/min之间。
所述的产品输送带是宽度为1.0-2.0米的不锈钢网带或钢带。
所述的非织造布收卷系统，由一个没有自动力的气涨轴及其固定支架组成。气涨轴通过两端可上下移动的轴承固定在安装板上，安装板固定在高温炉后的支架上；安装板上的弹簧压迫气涨轴紧贴在传送带的表面上。
本发明的技术效果于：(1)带自清洁装置的环形运转的细钢丝作为纺丝加工中的一极，保证纺丝加工能持久连续化工作，长时间的生产过程中不需要更换钢丝，也不需要人工清洁钢丝；(2)气吹系统既能为纺丝射流定向飞落到纳米纤维接收器上，更能高效地将纺丝过程中产生的大量溶剂蒸汽吹散，配合抽风送风系统使所形成的纳米纤维及时得到干燥，而不至于在高密度的溶剂蒸汽中再次溶解成实膜或使所形成的纳米纤维膜或非织造布破孔穿洞；(3)向上收集纳米纤维能避免较大滴液散落在所形成的纳米纤维膜或非织造布而造成破孔穿洞现象。(4)、本系统实现了大批量、连续、规模化生产。该制造系统每小时生产聚酰亚胺纳米纤维高达4385克、每平方米8.7克重的自支撑聚酰亚胺纳米纤维非织造布504平方米。
附图说明
图1为本发明系统示意图。
图2为本发明无针纺丝装置单一模块示意图。
图3为本发明浸润管A局部剖面示意图。
图4为本发明纳米纤维非织造布收卷系统示意图。
图1中：1：产品输送带；2：无针式静电纺丝装置；3：纺丝部分(密闭操作间)；4：纺丝间、电热炉(I)和高温电热炉的溶剂蒸汽汇集管；5：水淋塔；6：经水淋塔处理后的外排气体；7：热交换器；8：恒温恒湿系统；9：经恒温恒温系统处理后的气体；10：吹扫气气源；11：物料储液罐；12：新收集的纳米纤维非织造布；13：溶剂蒸汽回收系统：包括电热炉(I)和高温电炉中的溶剂蒸汽收集管；14：热致纤维粘连部分、电热炉；15：高温处理部的高温电热炉；16：经高温电热炉处理后的纳米纤维非织造布；17：纳米纤维非织造布收卷系统；18：传动系统；19：输送带恒张力胀紧系统。
图2、3中：2a.高压电源；2b.自动力引导辊；2c.细钢丝清洗装置；2d.浸润管；2e.喷气孔；2f.吹气管道入口；2g细钢丝；2h.溶液物料供给管道及纺丝液入口；12：新收集的纳米纤维非织造布；2d-2支管；2d-3.流量调节阀；2d-4.从纺丝液导管口渗出的纺丝液；2d-5.包裹了一层纺丝溶液的细钢丝；2d-1.对开孔；“a”为供给管道溶液出液口与细钢丝之间的距离。
具体实施方式
参见附图1-3，本发明的一种无针静电纺聚酰亚胺纳米纤维的大规模连续化制造系统，该系统包括无针纺丝部分3、热致纤维粘连部分14，高温处理部分15，产品输送系统、非织造布收卷系统17、溶剂蒸汽回收系统13、恒温恒湿系统8；所述的无针纺丝部分3为密闭操作间，其内设有无针纺丝装置2；
所述的产品输送系统包括产品输送带1、传动系统、胀紧系统19和纠偏系统；其中，所述的产品输送带1在垂直面内呈环形布置，并在所述的传动系统带动下呈连续、环绕式移动，其依次通过无针纺丝部分3、热致纤维粘连部分14、高温处理部分15和非织造布收卷系统17，然后回头呈环形循环运转；
所述的无针纺丝装置2位于在下方运转的所述产品输送带1的下方，所述的产品输送带1为所述的无针纺丝装置2的纳米纤维接收器；所述的热致纤维粘连部分14包括电热炉、温控系统和抽风送风系统；所述的高温处理部分15包括电热炉、温控系统和抽风送风系统；
所述的产品输送带1从所述的无针纺丝装置2上方接收纳米纤维，继续向上方移动，到上方后，先穿过所述的热致纤维粘连部分的电热炉14，之后穿过所述的高温处理部分15，之后到达所述的非织造布收卷系统17，再返回到所述的无针纺丝装置2，形成一周循环，并连续循环下去。
所述的无针纺丝装置2是由多个纺丝模块和溶液供给系统组成；所述的溶液供给系统包括储液罐和流量控制系统、物料供给泵、物料供给管道及浸润管2d。
参见图2、3，所述的纺丝模块可以为8-12个；所述的纺丝模块包括细钢丝2g、细钢丝清洗装置2c、纺丝液浸润管2d、气吹管道2f、纺丝液导管2h、高压电源2a和自动力引导辊2b；所述的纺丝液浸润管2d由绝缘材料制成，浸润管之间呈等距、直线排列成浸润管排；所述的细钢丝呈直线穿过所述的浸润管、浸润管排，所述的细钢丝上设置有所述的钢丝清洗装置2c；见图3，所述的物料供给管道分布在所述的浸润管排底部，其上连通多个支管2d-2从底部朝上穿入所述的浸润管并接近细钢丝，所述支管2d-2在顶部设置出液口；所述的物料供给管道连接纺丝液导管2h、物料供给泵，使所述出液口不断渗出纺丝液，使所述细钢丝在经过浸润管后其表面上能够均匀涂覆一薄层纺丝液2d-5；所述的细钢丝为各类不锈钢导电材质；所述的细钢丝连接高压电源2a。所述的细钢丝在自动力引导辊2b带动下呈连续环绕移动状态且所述的不同方向的细钢丝位于同一水平面内，所述的细钢丝由传动辊支撑作矩形环绕运动；所述的浸润管排设置为相互平行的两排，所述的两排浸润管布置在所述矩形的长边方向上。所述的气吹管道位于浸润管排两侧对称分布平行于所述的细钢丝设置，其上均布朝上的喷气孔；所述的气吹管道连接气体管道和气源。
纤维接收器为所述的产品输送带，其设置在所述细钢丝上方接收纤维，其与高压静电发生器或高压电源的负极或与大地连接；该纤维接收器与纺丝模块中的细钢丝之间的静电压为15-80kV之间。
所述的储液罐容积在200-600L之间；所述的流量控制系统包括齿轮流量泵和塑料管线，供液流量在100-2000ml/min之间。
所述的热致纤维粘连部分的电热炉内腔的长高宽为3×0.2×1.3-6×0.2×2.0m3、工作温度在100-200℃之间、抽送风量在500-3000L/min之间。
所述的溶剂蒸汽回收系统包括水淋吸收塔和抽风送风系统，其中，抽送风量在3000-15000L/min之间可调；
所述的高温处理部分，包括高温电热炉和抽送风系统；其中，所述的高温电热炉内腔的长高宽为12×0.2×1.3-18×0.2×2.0m3，工作温度在300-500℃之间，抽送风量在1000-5000L/min之间。
所述的产品输送带是宽度为1.0-2.0米的不锈钢网带或钢带。
所述的恒温恒湿系统包括空气调节系统、空气压缩系统、抽送风系统和温度湿度探测系统；空调温度在18-30℃之间、相对湿度在40-85％之间、抽送风量在5000-20000L/min之间；
所述的非织造布收卷系统，由一个没有自动力的气涨轴17b及其固定支架组成。气涨轴通过两端可上下移动的轴承固定在安装板17a上，安装板固定在高温炉后的支架上；安装板上的弹簧17c压迫气涨轴紧贴在传送带1的表面上。
下面进一步说明所述的无针纺丝装置2的相关的技术参数要求和其他相关具体结构，
所述的气源10为干燥空气或其它惰性气体；供气压力在1.0KPa-1.0MPa，流量在1-20m3/min；气体温度在20-60℃；气吹管道与细钢丝间水平距离在1-4cm之间；所述喷气孔口径在0.5-4mm。所述细钢丝直径在0.5-3mm范围；所述细钢丝为单根钢丝或双股或多股钢丝加捻后的钢丝束，钢丝束的直径也是0.5-3mm范围。所述的钢丝传动系统由自动力引导辊、从动轮和电机组成；所述的细钢丝的运行速度在0.1-5m/min之间；所述的接触钢丝的主动轮和从动轮均由高绝缘性材料构成。所述的细钢丝清洗装置由一块浸润了配制物料溶液的溶剂的耐磨织物和一块干燥的耐磨织物及其紧固夹具组成，浸润了溶剂的织物位于清洗装置的细钢丝进入端，干燥织物位于清洗装置中的细钢丝输出端，确保从该两块织物中输出的细钢丝清洁干燥。所述的浸润管内所述的支管2d-2的出液口2d-4距离细钢丝2g的间距a为0.5-2mm；所述的支管2d-2远离所述出液口的一端安装有流量调节阀2d-3。所述的浸润管2d是由绝缘材料制成的直径为3cm的封闭管，其下端有开口且上部两侧壁上设有对称于所述浸润管中心线的对开孔2d-1，所述的对开孔向上延伸连通所述的对开口，所述细钢丝经所述的对开孔并从所述的浸润管的中心穿过；所述的浸润管间距10-20cm；所述的浸润管排为多排、平行设置,所述的穿过各浸润管排的细钢丝相互平行。所述的细钢丝作矩形环绕运动，设定所述的细钢丝作矩形环绕运动为一个纺丝模块，对应所述的多排浸润管排所述的细钢丝的分布设置为多个独立的所述的纺丝模块，每个纺丝模块穿过两排浸润管排，所述的浸润管排为相对的两排。
以下进一步说明本发明的各项技术参数要求及其他相关具体结构：
所述的纤维接收系统为设置在所述细钢丝上方的产品输送带1，其与高压静电发生器2a连接；高压电源电压在15-80kV之间。
抽风送风系统包括连接电热炉14和高温电炉15中的溶剂蒸汽收集管13通过热交换器7，与所述的纺丝部分3的排气管道汇合到溶剂蒸汽汇集管4后，进入所述的水淋塔5后排出，其中，一路进入恒温恒湿系统8；经恒温恒温系统处理后的气体9进入纺丝部分3；另一路为外排气体6提供给本系统电热炉14和高温电炉15再利用。
所述的非织造布收卷系统17，由一个没有自动力的气涨轴17b及其固定支架组成。气涨轴通过两端可上下移动的轴承固定在安装板17a上，安装板固定在高温炉后的支架上；安装板上的弹簧17c压迫气涨轴紧贴在传送带1的表面上。由于摩擦作用，来自传送带1上的动力驱动气涨轴向上转动而卷起传送带送来的纳米纤维非织造布产品；由于收卷系统的驱动力来自气涨轴表面或收起的非织造布表面与传送带上表面间的摩擦力，这使得收卷速度与传送速度同步，结果使收卷系统能运转简便、同步地从产品传送带上收集纳米纤维产品。
所述的浸润管排设置为相互平行的多排，设定所述的细钢丝作矩形环绕运动为一个纺丝模块，对应所述的多排浸润管排所述的细钢丝设置为多个独立的所述的纺丝模块，每个纺丝模块穿过两排浸润管排，所述的两排浸润管布置在所述矩形的长边方向上。
以下进一步详述一下本发明的各部分结构、功能及作用：
所述的细钢丝通过矩形的四个角上的主动轮和从动轮连接做环状运动，细钢丝与高压电源接通，并从多个配置在主、从动轮之间的物料浸润管的上端小孔中穿过运行而获得纺丝原料液进行钢丝线静电纺丝，与之平行配置的多孔吹气管朝纺丝方向吹气，一是将纺丝过程中产生的高密度溶剂蒸汽吹散，二是帮助飘忽不定的纺丝射流定向，尽可能集落在纳米纤维接收器上；
纺丝液供给系统有储液罐和流量控制系统,并通过物料供给管道与每一个纺丝模块中的物料浸润管道联通；高压电源电压在15-80kV之间可调；整个静电纺丝过程中，钢丝从一个物料浸润管的上端小孔中穿过，带出浸润在表面上的一薄层纺丝液，在高压电场作用下，这钢丝表面上的薄层纺丝液很快以无数根射流的形式射出，溶剂挥发干固形成电纺纳米纤维；表面上纺丝液消耗殆尽后，钢丝又进入下一个物料浸润管，重复前一过程。钢丝如此做环形运转，不断产生聚合物纳米纤维。此无针电纺过程中，纺丝液并不大面积长时间与空气接触，基本消除了潮湿气体或溶剂挥发对纺丝液特性的影响，保证了这种电纺加工形成的聚合物纳米纤维性能的稳定性。
热致纤维粘连加固部分包括配置在纺丝部上端的电热炉14。由于无针静电纺丝法采用向上收集纳米纤维的方式(这种方式可以避免大的纺丝液滴掉在接收器上损坏所收集的纳米纤维非织造布)，新收集在传送带上的纳米纤维非织造布中的纳米纤维一般是蓬松的，纤维之间几乎没有粘连点。因此，这种蓬松的纳米纤维特别容易粘在正面压在传送带上的引导辊表面上而使新收集的纳米纤维非织造布受到损坏。故将热致纤维粘连部分配置在纺丝部的上端，通过传送带的背面引导辊将新收集的纳米纤维非织造布导进电热炉中(如图所示)进行热致纤维粘连加工。纤维中的残留溶剂和部分低熔融温度物质在热的作用下使纤维与纤维的交错贴合处形成粘连点，使纤维/纤维之间形成粘连结合在一起的网络结构，而不致于有部分纤维被粘上引导辊表面。粘连后的纳米纤维非织造布则可通过正面压在传送带上的引导辊送入高温处理部的热亚胺化炉中进行亚胺化加工。热致粘连加工中的炉温在100-200℃可调。
高温处理部有电热炉和温控系统，用来加热使聚酰胺酸(PAA)纳米纤维非织造布在300-400℃高温下转化为聚酰亚胺纳米纤维非织造布。
溶剂蒸汽回收系统有水淋塔5抽送风系统13，将纺丝部分3、热致粘连部分14和高温处理部分15的电热炉内的溶剂蒸汽通过抽风送入水淋塔5，将水溶性的溶剂蒸汽吸收在水中；并通过送风系统给纺丝部分补充经恒温恒温系统处理后的气体9和给电热炉内补充经水淋塔处理后的洁净的新风或热风6。
恒温恒湿系统9由空调系统、空气压缩系统和温度湿度探测器组成，用来控制纺丝部分3的温度和湿度。
产品输送系统包括不锈钢网带或钢带、胀紧系统、传动系统(电动牵引辊)和纠偏系统。其中，恒张力胀紧系统是由多个可上下移动的引导辊构成，用来调节产品输送带的松紧程度或张力，以便输送带与牵引辊和引导辊之间有足够的摩擦力，使输送带能在牵引辊的带动下做环形轮回运动；纠偏系统由电光感应器件和机械移动器件组成，用来对输送带在运行过程中的偏离轨道行为进行纠正。
收卷系统由一个没有自动力系统的胀紧轴及其固定支架组成。胀紧轴通过两端可上下移动的轴承固定在高温炉后的支架上，卷起输送带送来纳米纤维非织造布产品。收卷系统的动力来自胀紧轴表面或收起的非织造布表面与输送带上表面间的摩擦力，这样才能简便、同步地从产品输送带上收集纳米纤维产品。
本实例中纺丝部分配置纺丝模块的空间长度14.0m,宽度2.0m；纺丝部分装配纺丝模块10个，每个模块宽度0.4m，长度1.0m，模块之间的间隔0.5m；每个模块配置直径为0.5mm,周长为2.8m的环形不锈钢丝一根；每个模块上装配物料浸润管40个；每个模块上装配有一套(4支平行管)多孔的吹气管；10个模块共享一个600升的纺丝液储罐和一套流量控制系统；产品输送系统中的环形传送带周长90m，宽度1.2m；电热炉(I)长5米，宽1.5米,炉腔口高宽为0.2×1.3m2；高温电热炉长15m,宽度1.5m,炉腔口高宽为0.2×1.3m2；收卷部分长度(含传动部分)4.0m。整个制造系统全长50.0米。
具体实施步骤如下：
实施例一：聚酰亚胺纳米纤维非织造布大规模连续化织造
1.开启恒温恒湿系统及水淋吸收塔，将纺丝车间温度设置在20-22℃，湿度设置在70-75％；
2.开启电热炉(I)，将温度设置为190-200℃，并开启通风装置，通风量在800L/min；开启高温电热炉，将温度设置为350-360℃，打开高温炉通风装置，通风量在2000L/min；
3.开启自动注料装置，将储液罐加满纺丝液(质量浓度为20％PAA的N,N-二甲基乙酰胺溶液560L)；通过流量控制系统将纺丝液经管道输送到钢丝静电纺的物料浸润管上端口；开启高压电源，电压设置在55kV；开启压缩空气系统，将干燥的压缩空气经管道和多孔吹气管吹出，吹出气流一方面为静电纺丝射流导向，使射流向上落集在产品传送带上，另一方面是吹散纺丝过程中产生的大量溶剂蒸汽。
4.开启产品输送装置，设定传送带速度为7.0m/min，将形成在传送带上的PAA纳米纤维非织造布首先送入电热炉(I),在190-200℃下进行纤维/纤维间的粘连加工；然后通过正面下压的引导辊导入高温电热炉。PAA纳米纤维在350-360℃的高温下脱水环化转变为聚酰亚胺纳米纤维。
5.将形成的聚酰亚胺纳米纤维非织造布卷上收集辊上，收集辊通过与传送带表面之间的摩擦力同步滚动卷收聚酰亚胺纳米纤维非织造布。24小时连续收集每平方米8.70克的聚酰亚胺纳米纤维非织造布12096m2,称重105.24kg。
实施例二：尼龙66纳米纤维非织造布大规模连续化织造
具体实施步骤如下：
1.开启恒温恒湿系统及水淋吸收塔，将纺丝车间温度设置在20-22℃，湿度设置在70-75％；
2.开启电热炉(I)，将温度设置为110-120℃，并开启通风装置，通风量在800L/min；开启高电热炉，将温度设置为150-160℃，打开高温炉通风装置，通风量在2000L/min；
3.开启自动注料装置，将储液罐加满纺丝液(质量浓度为16％尼龙66的甲酸与N-甲基吡咯烷酮(6/4)混合溶剂的溶液440L)；通过流量控制系统将纺丝液经管道输送到钢丝静电纺的物料浸润管上端口；开启高压电源，电压设置在55kV；开启压缩空气系统，将干燥的压缩空气经管道和多孔吹气管吹出，吹出气流一方面为静电纺丝射流导向，使射流向上落集在产品传送带上，另一方面是吹散纺丝过程中产生的大量溶剂蒸汽。
4.开启产品输送装置，设定传送带速度为5.0m/min，将形成在传送带上的尼龙66纳米纤维非织造布首先送入电热炉(I),在110-120℃下进行纤维/纤维间的粘连加工；然后通过正面下压的引导辊导入高温电热炉。尼龙66纳米纤维在150-160℃的温度下烘干溶剂。
5.将形成的尼龙66纳米纤维非织造布卷上收集辊上，收集辊通过与传送带表面之间的摩擦力同步滚动卷收尼龙66纳米纤维非织造布。24小时连续收集每平方米7.90克的尼龙66纳米纤维非织造布8640m2,称重68.26kg。

Claims (10)

1.一种无针静电纺聚酰亚胺纳米纤维的大规模连续化制造系统，其特征在于：该系统包括无针纺丝部分、热致纤维粘连部分，高温处理部分，产品输送系统、非织造布收卷系统、溶剂蒸汽回收系统、恒温恒湿系统；所述的无针纺丝部分包括无针纺丝装置；
所述的产品输送系统包括产品输送带、传动系统、胀紧系统和纠偏系统；其中，所述的产品输送带在垂直面内呈环形布置，并在所述的传动系统带动下呈连续、环绕式移动，其依次通过无针纺丝部分、热致纤维粘连部分、高温处理部分和非织造布收卷系统，然后回头呈环形循环运转；
所述的无针纺丝装置位于在下方运转的所述产品输送带的下方，所述的产品输送带为所述的无针纺丝装置的纳米纤维接收器；所述的热致纤维粘连部分包括电热炉、温控系统和抽风送风系统；所述的高温处理部分包括电热炉、温控系统和抽风送风系统；
所述的产品输送带从所述的无针纺丝装置上方接收纳米纤维，继续向上方移动，到上方后，先穿过所述的热致纤维粘连部分的电热炉，之后穿过所述的高温处理部分，之后到达所述的非织造布收卷系统，再返回到所述的无针纺丝装置，形成一周循环，并连续循环下去。
2.如权利要求书1所述的一种无针静电纺聚酰亚胺纳米纤维的大规模连续化制造系统，其特征在于：所述的无针纺丝装置是由多个纺丝模块和溶液供给系统组成；所述的溶液供给系统包括储液罐和流量控制系统、物料供给泵、物料供给管道及浸润管。
3.如权利要求书2所述的一种无针静电纺聚酰亚胺纳米纤维的大规模连续化制造系统，其特征在于：所述的纺丝模块为8-12个；所述的纺丝模块包括细钢丝(2g)、细钢丝清洗装置(2c)、纺丝液浸润管(2d)、气吹管道(2f)、纺丝液导管(2h)、高压电源(2a)和自动力引导辊(2b)；所述的纺丝液浸润管由绝缘材料制成，浸润管之间呈等距、直线排列成浸润管排；所述的细钢丝呈直线穿过所述的浸润管、浸润管排，所述的细钢丝上设置有所述的钢丝清洗装置(2c)；所述的物料供给管道分布在所述的浸润管排底部，其上连通多个支管从底部朝上穿入所述的浸润管并接近细钢丝，所述支管在顶部设置出液口；所述的物料供给管道连接纺丝液导管(2h)、物料供给泵，使所述出液口不断渗出纺丝液，使所述细钢丝在经过浸润管后其表面上能够均匀涂覆一薄层纺丝液；所述的细钢丝为各类不锈钢导电材质；所述的细钢丝连接高压电源。
4.如权利要求书3所述的一种无针静电纺聚酰亚胺纳米纤维的大规模连续化制造系统，其特征在于：所述的细钢丝在自动力引导辊(2b)带动下呈连续环绕移动状态且所述的不同方向的细钢丝位于同一水平面内，所述的细钢丝作矩形环绕运动；所述的浸润管排设置为相互平行的两排，所述的两排浸润管布置在所述矩形的长边方向上。
5.如权利要求书3所述的一种无针静电纺聚酰亚胺纳米纤维的大规模连续化制造系统，其特征在于：所述的气吹管道位于浸润管排两侧分布平行于所述的细钢丝设置，其上均布朝上的喷气孔；所述的气吹管道连接气体管道和气源。
6.如权利要求书3所述的一种无针静电纺聚酰亚胺纳米纤维的大规模连续化制造系统，其特征在于：纤维接收器为所述的产品输送带，其设置在所述细钢丝上方接收纤维，其与高压静电发生器的负极或与大地连接；该纤维接收器与纺丝模块中的细钢丝之间的静电压为15-80kV之间。
7.如权利要求书2所述的一种无针静电纺聚酰亚胺纳米纤维的大规模连续化制造系统，其特征在于：所述的储液罐容积在200-600L之间；所述的流量控制系统包括齿轮流量泵和塑料管线，供液流量在100-2000ml/min之间。
8.如权利要求书1所述的一种无针静电纺聚酰亚胺纳米纤维的大规模连续化制造系统，其特征在于：所述的热致纤维粘连部分的电热炉内腔的长高宽为3×0.2×1.3-6×0.2×2.0m3、工作温度在100-200℃之间、抽送风量在500-3000L/min之间；
所述的溶剂蒸汽回收系统包括水淋吸收塔和抽风送风系统，其中，抽送风量在3000-15000L/min之间可调；
所述的高温处理部分，包括高温电热炉和抽送风系统；其中，所述的高温电热炉内腔的长高宽为12×0.2×1.3-18×0.2×2.0m3，工作温度在300-500℃之间，抽送风量在1000-5000L/min之间；
所述的恒温恒湿系统包括空气调节系统、空气压缩系统、抽送风系统和温度湿度探测系统；空调温度在18-30℃之间、相对湿度在40-85％之间、抽送风量在5000-20000L/min之间。
9.如权利要求书1所述的一种无针静电纺聚酰亚胺纳米纤维的大规模连续化制造系统，其特征在于：所述的产品输送带是宽度为1.0-2.0米的不锈钢网带或钢带。
10.如权利要求书1所述的一种无针静电纺聚酰亚胺纳米纤维的大规模连续化制造系统，其特征在于：所述的非织造布收卷系统，由一个没有自动力的气涨轴及其固定支架组成。气涨轴通过两端可上下移动的轴承固定在安装板上，安装板固定在高温炉后的支架上；安装板上的弹簧压迫气涨轴紧贴在传送带的表面上。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109224661A (zh) * 2018-10-12 2019-01-18 东南大学 一种复合污染物联合脱除功能的pps滤袋的生产装置及工艺
CN111954731A (zh) * 2017-09-05 2020-11-17 艾姆特克斯股份有限公司 纳米纤维的收集装置和纳米纤维的收集方法、纳米纤维的沉积成形装置及其沉积成形方法
CN114616364A (zh) * 2019-10-28 2022-06-10 Jsbp控股有限责任公司 用于通过静电纺丝来制造纤维的设备

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101003916A (zh) * 2007-01-12 2007-07-25 东华大学 一种可用于大批量生产纳米纤维的喷气式静电纺丝装置
WO2009010020A3 (en) * 2007-07-17 2009-03-05 Elmarco Sro Method for spinning the liquid matrix, device for production of nanofibres through electrostatic spinning of liquid matrix and spinning electrode for such device
CN101624728A (zh) * 2008-07-07 2010-01-13 常州市久联蓄电池材料有限公司 聚合物电纺纳米纤维系统
CN201588067U (zh) * 2009-04-28 2010-09-22 刘钢 一种连续生产纳米纤维膜的装置
CN101974828A (zh) * 2010-09-30 2011-02-16 江西先材纳米纤维科技有限公司 一种共聚聚酰亚胺纳米纤维非织造布及其制备方法和应用
CN102383204A (zh) * 2011-08-11 2012-03-21 武汉纺织大学 一种可用于大批量生产纳米纤维的自吸静电纺丝装置
JP5178927B1 (ja) * 2012-01-20 2013-04-10 株式会社メック ナノ・ファイバ製造装置
CN103409818A (zh) * 2013-07-16 2013-11-27 东华大学 一种纺丝环境可控的多喷头静电纺丝装置
CN103451754A (zh) * 2013-09-22 2013-12-18 北京化工大学 一种批量制备纳米纤维的熔体微分电喷纺丝装置及工艺
CN203530516U (zh) * 2013-06-24 2014-04-09 苏州大学 一种大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置
CN203583024U (zh) * 2013-11-25 2014-05-07 北京化工大学 一种高压气流辅助喷头自旋转静电纺丝装置
CN203611537U (zh) * 2013-09-30 2014-05-28 睿金生物科技（上海）有限公司 一种静电纺织纳米纤维膜制备装置
WO2014137097A1 (ko) * 2013-03-08 2014-09-12 (주)에프티이앤이 전기방사장치

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101003916A (zh) * 2007-01-12 2007-07-25 东华大学 一种可用于大批量生产纳米纤维的喷气式静电纺丝装置
WO2009010020A3 (en) * 2007-07-17 2009-03-05 Elmarco Sro Method for spinning the liquid matrix, device for production of nanofibres through electrostatic spinning of liquid matrix and spinning electrode for such device
CN101624728A (zh) * 2008-07-07 2010-01-13 常州市久联蓄电池材料有限公司 聚合物电纺纳米纤维系统
CN201588067U (zh) * 2009-04-28 2010-09-22 刘钢 一种连续生产纳米纤维膜的装置
CN101974828A (zh) * 2010-09-30 2011-02-16 江西先材纳米纤维科技有限公司 一种共聚聚酰亚胺纳米纤维非织造布及其制备方法和应用
CN102383204A (zh) * 2011-08-11 2012-03-21 武汉纺织大学 一种可用于大批量生产纳米纤维的自吸静电纺丝装置
JP5178927B1 (ja) * 2012-01-20 2013-04-10 株式会社メック ナノ・ファイバ製造装置
WO2014137097A1 (ko) * 2013-03-08 2014-09-12 (주)에프티이앤이 전기방사장치
CN203530516U (zh) * 2013-06-24 2014-04-09 苏州大学 一种大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置
CN103409818A (zh) * 2013-07-16 2013-11-27 东华大学 一种纺丝环境可控的多喷头静电纺丝装置
CN103451754A (zh) * 2013-09-22 2013-12-18 北京化工大学 一种批量制备纳米纤维的熔体微分电喷纺丝装置及工艺
CN203611537U (zh) * 2013-09-30 2014-05-28 睿金生物科技（上海）有限公司 一种静电纺织纳米纤维膜制备装置
CN203583024U (zh) * 2013-11-25 2014-05-07 北京化工大学 一种高压气流辅助喷头自旋转静电纺丝装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111954731A (zh) * 2017-09-05 2020-11-17 艾姆特克斯股份有限公司 纳米纤维的收集装置和纳米纤维的收集方法、纳米纤维的沉积成形装置及其沉积成形方法
CN109224661A (zh) * 2018-10-12 2019-01-18 东南大学 一种复合污染物联合脱除功能的pps滤袋的生产装置及工艺
CN114616364A (zh) * 2019-10-28 2022-06-10 Jsbp控股有限责任公司 用于通过静电纺丝来制造纤维的设备

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