CN104726943A - 一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置 - Google Patents

一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，主要包括气流导管、纺丝料筒、连接件、风筒、空气压缩机、孔电极板、高压静电发生器、捻线收集辊、捻度保持转台、切向气流孔、螺钉、加热圈和温度传感器；气流导管、纺丝料筒及连接件由内至外通过螺纹同轴连接，气流导管上端竖直气流入口接空气压缩机，进料口位于连接件的上表面，连接件与风筒通过螺钉连接，切向气流孔位于风筒下端并接空气压缩机；孔电极板位于喷头正下方、捻线收集辊和捻度保持转台位于孔电极板正下方，孔电极板接通高压静电发生器，纺丝料筒接地。通过竖直方向气流和切向气流耦合形成龙卷旋风直接对纤维进行加捻，节省工序；捻线加捻程度可通过调节气流速度来调节。

Description

一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置
技术领域
本发明涉及一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，属于静电纺丝领域。
背景技术
随着科学技术的飞速发展，社会对纳米材料提出了更高的要求，静电纺丝由于可以制备出纳米级的纤维而备受关注并在近些年成为研究热点，并且被公认为制备纳米纤维是最为快速、有效的方法。
加捻是对纤纱、长丝加上捻度最为关键的步骤，核心设备是加捻机及纺丝设备内部的加捻机构，通过加捻方法合并多股单纱，但传统加捻机存在设备笨重、结构复杂等缺陷，同时当纱线绞死机构后难以清理，不易实现微纳级加捻。已有的发明专利《一种离心静电纺纳米捻线高速制备装置及工艺》(CN103409861 A)揭示了通过结合静电纺丝技术和离心纺丝技术，并由空气压缩机和旋风真空发生器联合使用在腔室内形成旋转气流，引导纤维形成捻线，但其装置结构复杂，且真空吸风孔会将纤维吸入造成堵塞，最终导致加捻失败。
发明内容
本发明一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，提出利用风筒的切向气流孔和气流导管的竖直气流入口分别接通空气压缩机，通入气流在风筒内腔中耦合产生向下移动的龙卷旋风，龙卷旋风带动纤维旋转加捻；进一步地，通过控制竖直气流和切向气流的流速来产生不同类型的龙卷旋风，最终实现对静电纺纳米纤维的不同加捻需求。
本发明一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，主要包括气流导管、纺丝料筒、连接件、风筒、空气压缩机、孔电极板、高压静电发生器、捻线收集辊、捻度保持转台、切向气流孔、螺钉、加热圈和温度传感器；气流导管、纺丝料筒及连接件由内至外通过螺纹同轴连接，气流导管上端竖直气流入口接空气压缩机，进料口位于连接件的上表面，连接件与风筒通过螺钉连接，切向气流孔位于风筒下端并接空气压缩机；孔电极板位于喷头正下方20cm(10-40cm)、捻线收集辊和捻度保持转台位于孔电极板正下方30cm(10-50cm)，孔电极板接通高压静电发生器，纺丝料筒接地。
本发明一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其气流导管与纺丝料筒、分流柱筒与连接件间为螺纹结构连接，气流导管外壁和纺丝料筒内壁形成料腔，纺丝料筒下部为纺丝尖端，聚合物熔体经由料腔流至纺丝尖端。
本发明一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其竖直气流入口和切向气流孔可接冷、热不同温度的气流，在风筒内腔耦合形成龙卷旋风，顺直气流有利于聚拢纤维，并提供下降速度，旋转气流使纤维相互缠绕同时可对纤维进一步牵伸细化，二者耦合形成龙卷旋风完成对纤维的加捻，匹配不同的气流流速对纤维进行不同程度加捻。
本发明一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其风筒为耐高温绝缘非驻极体材料，对电分布影响可忽略，切向气流孔在风筒下部周向均匀排列分布，开口外高内低，切向气流孔的中心线与风筒内圆柱面切线成一定角度，角度范围为0-90°，切向气流孔孔径、个数可适当调整。
本发明一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其加热方式为加热圈或热棒对连接件和纺丝料筒加热，各加热器与温度传感器配合。
本发明一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其孔电极板中间有圆孔，接高压静电发生器，与接地的纺丝料筒尖端形成电场进行纺丝，龙卷旋风带着加捻纤维通过圆孔。
本发明一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其捻线收集辊固定在捻度保持转台上，由电机传动在竖直平面旋转，收集纳米捻线，同时可以进一步对纤维牵伸细化；捻度保持转台可由电机传动可在水平面旋转，旋转时方向与龙卷旋风方向相反，可增加纳米纤维捻度，也可保持静止，不改变纳米纤维捻度。
本发明一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其优点在于加捻方式简单，通过竖直方向气流和切向气流耦合形成龙卷旋风直接对纤维进行加捻，节省工序和机构；喷头结构简单，内部流道简短、顺直，不易堵塞，便于拆洗；捻线加捻程度可通过调节气流速度来调节，灵活便捷。
附图说明
图1为本发明一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置示意图。
图中：1-气流导管，2-纺丝料筒，3-进料口，4-连接件，5-风筒，6-空气压缩机，7-孔电极板，8-高压静电发生器，9-捻线收集辊，10-捻度保持转台，11-切向气流孔，12-风筒内腔，13-纺丝尖端，14-螺钉，15-加热圈，16-温度传感器，17-竖直气流入口。
具体实施方式
本发明一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，提出利用风筒5的切向气流孔11和竖直气流导管1的竖直气流入口17接通空气压缩机6并通入气流在风筒内腔12中耦合产生向下移动的龙卷旋风，龙卷旋风带动纤维旋转加捻；进一步地，通过控制竖直气流和切向气流的流速来产生不同类型的龙卷旋风，最终实现对静电纺纳米纤维的不同加捻需求。
本发明一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，装置示意图如图1所示，它主要包括气流导管1、纺丝料筒2、连接件4、风筒5、空气压缩机6、孔电极板7、高压静电发生器8、捻线收集辊9、捻度保持转台10、切向气流孔11、螺钉14、加热圈15、温度传感器16；气流导管1、纺丝料筒2及连接件4由内至外通过螺纹同轴连接，气流导管1上端竖直气流入口17接空气压缩机，进料口3位于连接件4的上表面，连接件4与风筒5通过螺钉14连接，切向气流孔11位于风筒5下端并接空气压缩机6；孔电极板7位于喷头正下方20cm(10-40cm)、捻线收集辊9和捻度保持转台10位于孔电极板7正下方30cm(10-50cm)，孔电极板7接通高压静电发生器8，纺丝料筒2接地。
本发明一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其气流导管1与纺丝料筒2、分流柱筒2与连接件4间为螺纹结构连接，气流导管1外壁和纺丝料筒2内壁形成料腔，纺丝料筒2下部为纺丝尖端13，聚合物熔体经由料腔流至纺丝尖端13。
本发明一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其竖直气流入口17和切向气流11可接冷、热不同温度的气流，在风筒内腔12耦合形成龙卷旋风，顺直气流有利于聚拢纤维，并提供下降速度，旋转气流使纤维相互缠绕同时可对纤维进一步牵伸细化，二者耦合形成龙卷旋风完成对纤维的加捻，匹配不同的气流流速对纤维进行不同程度加捻。
本发明一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其风筒5为耐高温绝缘材料，对电分布影响可忽略，切向气流孔11在风筒5下部周向均匀排列分布，开口外高内低，切向气流孔11的中心线与风筒5内圆柱面切线成一定角度，角度范围为0-90°，切向气流孔11孔径、个数可适当调整。
本发明一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其加热方式为加热圈15或热棒对连接件和纺丝料筒加热，各加热器与温度传感器16配合。
本发明一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其孔电极板7中间有圆孔，接高压静电发生器8，与接地的纺丝料筒2尖端形成电场进行纺丝，龙卷旋风带着加捻纤维通过圆孔。
本发明一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其捻线收集辊9固定在捻度保持转台10上，由电机传动在竖直平面旋转，收集纳米捻线，同时可以进一步对纤维牵伸细化；捻度保持转台10可由电机传动可在水平面旋转，旋转时方向与龙卷旋风方向相反，可增加纳米纤维捻度，也可保持静止，不改变纳米纤维捻度。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细阐述。
本发明涉及一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，例如制备纳米捻线，工作时，打开加热系统，待温度达到设定温度后，聚丙烯(PP6820)熔体经由进料口3流入并均匀周向填充到纺丝料筒2和气流导管1间的空腔中，经过3分钟后，流动到纺丝料筒2下部纺丝尖端13并均与分布，启动空气压缩机6，调节进入到竖直气流入口17和切向气流孔11的气流速度分别为3m/s和5m/s，形成稳定龙卷旋风后启动高压静电发生器8，调至50kv，孔电极板与相距20cm并接地的喷头形成电场，均匀分布在纺丝尖端13的聚合物熔体在电场力的作用下形成泰勒锥并喷射出纤维射流，纤维在龙卷旋风的作用下相互缠绕，并进一步拉伸加捻，可调节气流速度，控制加捻程度，龙卷旋风带着加捻的纤维穿过孔电极板7并由纤维收集辊9缠绕收集，捻度保持转台10可与龙卷旋风反向速度旋转，增加加捻程度，最终制得纳米捻线。

Claims (10)

1.一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其特征在于：主要包括气流导管、纺丝料筒、连接件、风筒、空气压缩机、孔电极板、高压静电发生器、捻线收集辊、捻度保持转台、切向气流孔、螺钉、加热圈和温度传感器；气流导管、纺丝料筒及连接件由内至外通过螺纹同轴连接，气流导管上端竖直气流入口接空气压缩机，进料口位于连接件的上表面，连接件与风筒通过螺钉连接，切向气流孔位于风筒下端并接空气压缩机；孔电极板位于喷头正下方、捻线收集辊和捻度保持转台位于孔电极板正下方，孔电极板接通高压静电发生器，纺丝料筒接地。
2.根据权利要求1所述的一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其特征在于：气流导管外壁和纺丝料筒内壁形成料腔，纺丝料筒下部为纺丝尖端，聚合物熔体经由料腔流至纺丝尖端。
3.根据权利要求1所述的一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其特征在于：竖直气流入口和切向气流孔接冷、热不同温度的气流，在风筒内腔耦合形成龙卷旋风。
4.根据权利要求1所述的一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其特征在于：风筒为耐高温绝缘非驻极体材料，切向气流孔在风筒下部周向均匀排列分布，开口外高内低，切向气流孔的中心线与风筒内圆柱面切线成一定角度。
5.根据权利要求1所述的一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其特征在于：切向气流孔的中心线与风筒内圆柱面切线成角度范围为0-90°。
6.根据权利要求1所述的一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其特征在于：孔电极板中间有圆孔，接高压静电发生器，与接地的纺丝料筒尖端形成电场进行纺丝，龙卷旋风带着加捻纤维通过圆孔。
7.根据权利要求1所述的一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其特征在于：捻线收集辊固定在捻度保持转台上，由电机传动在竖直平面旋转，收集纳米捻线。
8.根据权利要求7所述的一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其特征在于：捻度保持转台可由电机传动可在水平面旋转，旋转时方向与龙卷旋风方向相反，可增加纳米纤维捻度。
9.根据权利要求1所述的一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其特征在于：孔电极板位于喷头正下方10-40cm，最优值为20cm。
10.根据权利要求1所述的一种龙卷旋风式制备纳米捻线静电纺丝喷头装置，其特征在于：捻线收集辊和捻度保持转台位于孔电极板正下方10-50cm，最优值30cm。
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