CN105063771B - 一种气流气泡纺丝装置 - Google Patents
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Abstract
一种气流气泡纺丝装置，包括气流腔以及气流发生器，在气流腔的一侧设置有一储液装置，储液装置直接与气泡发生器通过连通管连接，气流腔通过三通管与此连通管相通，在气流腔与储液装置中间的连通管上设置有一纳米颗粒容器，气泡发生器上方设置有电热组件，在气流腔正上方放置接收装置。本发明气泡遇电热组件瞬间爆破，在高速气流场中被拉伸，这就使得制备的纳米纤维直径细并且产量更高，而且无静电过程，整个装置安全并且易于控制；同时，通过纳米颗粒容器在气流腔中加入纳米颗粒，使得纳米薄膜与纳米颗粒在纺丝过程中混合得更加均匀，可以有效制得多种特性纤维，且可以通过控制颗粒的形状、性质等来精确控制纤维的表观形貌。
Description
技术领域
本发明属于纺丝领域，尤其涉及一种气流气泡纺丝装置。
背景技术
纳米纤维具有超高的比表面积、极大长径比、高表面活性、优越的机械性能(高强高韧)等特点，在纺织工程、环境工程、生物科技、医疗与卫生健康、能源贮存、军事与反恐安全等不同领域都具有十分广阔的应用前景。纳米纤维的批量化生产是最近几年的一个热点和难点方向，传统制备超细纤维和纳米纤维最直接也是最基本的方法是静电纺丝方法。目前，实验室和工业界制备纳米纤维，均广泛采用单喷头或多喷头针筒式静电纺纳米纤维的装置。
传统的纳米静电纺丝技术存在一些缺陷。静电纺丝技术是克服泰勒锥的表面张力完成纺丝，其表面张力与溶液的性质有关，即并不是所有的聚合物溶液或熔体都能通过静电纺技术得到超细纤维。制备的纤维形貌受溶液浓度、粘性等性能的影响较大；针头直径较小，易造成针头堵塞，该缺点大大限制了制备具有纳米颗粒包覆的纤维；制备的纤维细度平均值仍然为几百纳米。同时，静电针纺式方法制备纳米纤维的产量非常低，很难实现工业化的批量生产。在通常工艺条件下，为了得到极高分子量的聚合物纳米纤维，必须加很高的静电。然而，当电压高于十几万伏特时，空气容易被击穿，对实验室人员的生命安全造成很大的威胁。
针对上述技术问题，有必要提供一种气流气泡纺丝装置，以克服上述缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种气流气泡纺丝装置，可以使纳米纤维更细且可以实现不同特性以及结构。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种气流气泡纺丝装置，其包括气流腔、设置于气流腔正上方的接收极板及设置于气流腔一侧的储液装置，所述气流气泡纺丝装置还包括设置于气流腔下方的气流发生器、设置于气流腔上方的气泡发生器，所述储液装置直接与气泡发生器通过连通管连接，所述气流腔通过三通管与此连通管相通，所述气流腔与储液装置中间的连通管上设置有一纳米颗粒容器，所述气泡发生器上方设置有气泡爆破助力装置。
优选的，在上述气流气泡纺丝装置中，所述气流发生器上设置有气流强度控制装置，所述气流强度控制范围为0—1000L/min。
优选的，在上述气流气泡纺丝装置中，所述连通管上设置有阀门与流动速度控制装置，所述流速控制范围为0—100m/min。
优选的，在上述气流气泡纺丝装置中，所述气泡爆破助力组件上设有温度或速度控制装置，所述温度控制范围为0—500℃。
优选的，在上述气流气泡纺丝装置中，所述接收极板为带负压泵的接收极板或平行电极接收极板或温控型接收极板。
优选的，在上述气流气泡纺丝装置中，所述气流腔高度范围为0—1000m。
优选的，在上述气流气泡纺丝装置中，所述气流腔在电热组件上方变细，变细的长度范围为0—20m。
优选的，在上述气流气泡纺丝装置中，所述储液装3中溶液为能生成气泡的单种或混合聚合物溶液。
优选的，在上述气流气泡纺丝装置中，所述气流腔的终端出口与接收极板之间的距离范围为0—50m。
优选的，在上述气流气泡纺丝装置中，所述气泡爆破助力装置为电热组件或者旋转细针组件，在所述的电热组件上设置有温度控制装置，在所著的旋转细针组件上有速度控制装置。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果包括：
1、气泡遇气泡爆破助力装置瞬间爆破，在高速气流场中被拉伸，这就使得制备的纳米纤维直径细并且产量更高，而且无静电过程，整个装置安全并且易于控制；同时，通过纳米颗粒容器在气流腔中加入纳米颗粒，使得纳米薄膜与纳米颗粒在纺丝过程中混合得更加均匀，可以有效制得多种特性纤维，且可以通过控制颗粒的形状、性质等来精确控制纤维的表观形貌。
2、储液装置直接与气泡发生器通过连通管连接，气流腔通过三通管与此连通管相通，这样气流为同一气流发生器的作用，不会使储液装置发生倒流现象。
3、气流腔在电热组件上方变细，可以让气流腔中气流速度瞬间变大，然后变大为原来气流腔宽度，便是气流腔终端出口。
4、使用了气流强度控制装置、温度或速度控制装置、阀门与流动速度控制装置、纳米颗粒容器，这可以有效的控制气流场，从而有效控制纤维的形貌。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明气流气泡纺丝装置的结构示意图；
图2是本发明气流气泡纺丝装置中接收极板的结构示意图，图2(a)为带负压泵的接收极板，其中图2(b)为温控型接收极板，图2(c)为平行电极接收极板。
图3是本发明气流气泡纺丝装置中气泡爆破助力装置的结构示意图，其中图3(a)为电热组件，图3(b)为旋转细针组件。
其中：1、接收极板；2、气流腔；3、储液装置；4、气泡爆破助力装置；5、气泡发生器；6、气流发生器；7、三通管；8、纳米颗粒容器；9、连通管；10、气流强度控制装置；11、温度或速度控制装置；12、阀门与流动速度控制装置。
具体实施方式
本发明公开了一种气流气泡纺丝装置，可以使纳米纤维更细且可以实现不同特性以及结构。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种气流气泡纺丝装置，其包括气流腔2、设置于气流腔2正上方的接收极板1、设置于气流腔2一侧的储液装置3、设置于气流腔2下方的气流发生器6、设置于气流腔2上方的气泡发生器5，气泡发生器5上方设置有气泡爆破助力装置4。气泡遇气泡爆破助力装置4瞬间爆破，在高速气流场中被拉伸，这就使得制备的纳米纤维直径细并且产量更高，而且无静电过程，整个装置安全并且易于控制。
如图1所示，储液装置3直接与气泡发生器5通过连通管9连接，气流腔2通过三通管7与此连通管9相通，储液装置3直接与气泡发生器5通过连通管9连接，气流腔2通过三通管7与此连通管9相通，这样气流为同一气流发生器的作用，不会使储液装置发生倒流现象。
如图1所示，气流腔2与储液装置3中间的连通管9上设置有一纳米颗粒容器8，通过纳米颗粒容器8在气流腔中加入纳米颗粒，使得纳米薄膜与纳米颗粒在纺丝过程中混合得更加均匀，可以有效制得多种特性纤维，且可以通过控制颗粒的形状、性质等来精确控制纤维的表观形貌。
如图1所示，气流发生器6上设置有气流强度控制装置10，气流强度控制范围为0—1000L/min。连通管9上设置有阀门与流动速度控制装置12，流速控制范围为0—100m/min。气泡爆破助力组件4上设有温度或速度控制装置11，温度控制范围为0—500℃。通过使用气流强度控制装置10、温度或速度控制装置11、阀门与流动速度控制装置12、纳米颗粒容器8，这可以有效的控制气流场，从而有效控制纤维的形貌。
如图2所示，所述接收极板1可以为带负压泵的接收极板或平行电极接收极板或温控型接收极板。图2(a)为带负压泵的接收极板，其中图2(b)为温控型接收极板，图2(c)为平行电极接收极板。
所述气流腔高度范围为0—1000m，所述气流腔在电热组件上方变细，变细的长度范围为0—20m。所述气流腔2的终端出口与接收极板1之间的距离范围为0—50m。气流腔2在电热组件上方变细，可以让气流腔中气流速度瞬间变大，然后变大为原来气流腔宽度，便是气流腔终端出口。
所述储液装置3中溶液为任何能生成气泡的单种或混合聚合物溶液。
如图3所示，所述气泡爆破助力装置4为电热组件或者旋转细针组件，在所述的电热组件上设置有温度控制装置，在所著的旋转细针组件上有速度控制装置。
本发明气流气泡纺丝装置的工作原理是：使用时首先将储液装置3装满纺丝溶液，并通过连通管9将溶液注入气泡发生器5中，通过阀门与流动速度控制装置12来控制流速，并调控纳米颗粒容器8中喷出的纳米颗粒含量，气流发生器6通过气流强度控制装置10向气流腔2和三通管7中传输大小合适的气流，使得气泡发生器5的孔里产生气泡，然后气泡在气流作用下遇到已经由温度或速度控制装置11调试好温度的气泡爆破助力装置4瞬间爆破，在变细的气流腔里破裂的气泡碎片被拉伸的速度变得更大，最后，将得到的纳米纤维接收到接收极板1上。
实施例1
如图1所示，本发明在使用时首先将储液装置3装满纺丝溶液，并通过连通管9将溶液注入气泡发生器5中，通过阀门与流动速度控制装置12来控制流速，并调控纳米颗粒容器8中喷出的纳米颗粒含量，气流发生器6通过气流强度控制装置10向气流腔2和三通管7中传输大小合适的气流，使得气泡发生器5的孔里产生气泡，然后气泡在气流作用下遇到已经由温度或速度控制装置11调试好温度的气泡爆破助力装置4瞬间爆破，在变细的气流腔里破裂的气泡碎片被拉伸的速度变得更大，最后，将得到的纳米纤维接收到接收极板1上。
在运用气流场进行纺丝时，如图2所示将该装置的接收极板变为带负压泵的接收极板13；制备多孔纳米纤维时采用温控型接收极板14；制备平行纤维时采用平行电极接收极板15。
实施例2
如图1所示，气泡气流纺丝装置在使用时的安装步骤与实施例1一致。在对气泡发生装置5中的气泡进行爆破时，气泡爆破助力装置如图3所示可以为电热组件，由温度或速度控制装置11调控；也可以为旋转细针组件，由温度或速度控制装置11调控。
综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1、气泡遇气泡爆破助力装置瞬间爆破，在高速气流场中被拉伸，这就使得制备的纳米纤维直径细并且产量更高，而且无静电过程，整个装置安全并且易于控制；同时，通过纳米颗粒容器在气流腔中加入纳米颗粒，使得纳米薄膜与纳米颗粒在纺丝过程中混合得更加均匀，可以有效制得多种特性纤维，且可以通过控制颗粒的形状、性质等来精确控制纤维的表观形貌。
2、储液装置直接与气泡发生器通过连通管连接，气流腔通过三通管与此连通管相通，这样气流为同一气流发生器的作用，不会使储液装置发生倒流现象。
3、气流腔在电热组件上方变细，可以让气流腔中气流速度瞬间变大，然后变大为原来气流腔宽度，便是气流腔终端出口。
4、使用了气流强度控制装置、温度或速度控制装置、阀门与流动速度控制装置、纳米颗粒容器，这可以有效的控制气流场，从而有效控制纤维的形貌。
本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (4)
1.一种气流气泡纺丝装置，其包括气流腔（2）、设置于气流腔（2）正上方的接收极板（1）及设置于气流腔（2）一侧的储液装置（3），其特征在于：所述气流气泡纺丝装置还包括设置于气流腔（2）下方的气流发生器（6）、设置于气流腔（2）上方的气泡发生器（5），所述储液装置（3）直接与气泡发生器（5）通过连通管（9）连接，所述气流腔（2）通过三通管（7）与此连通管（9）相通，所述气流腔（2）与储液装置（3）中间的连通管（9）上设置有一纳米颗粒容器（8），所述气泡发生器（5）上方设置有气泡爆破助力装置（4）；所述气泡爆破助力装置（4）为电热组件；所述电热组件上设置有温度控制装置；所述气流腔（2）在电热组件上方变细。
2.根据权利要求1所述的气流气泡纺丝装置，其特征在于：所述温度控制装置的温度控制范围为0—500℃。
3.根据权利要求1所述的气流气泡纺丝装置，其特征在于：所述接收极板（1）为带负压泵的接收极板或平行电极接收极板或温控型接收极板。
4.根据权利要求1所述的气流气泡纺丝装置，其特征在于：所述储液装置（3）中溶液为能生成气泡的单种或混合聚合物溶液。
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