CN105332068A - 熔融静电纺丝设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种熔融静电纺丝设备，利用高温高速空气和静电使高分子聚合物形成纳米纤维，包括喷丝模头、喷丝头、高压供电装置及接收板、高压输气管及喷丝模头盖板，喷丝模头、高压输气管及喷丝模头盖板之间形成输料室，输料室内部喷丝模头的圆周外壁上设有凸起筋，凸起筋上设有若干连同输料室与喷丝模头中部输气通道的金属导管，所述金属导管出料端上部固定设置有初级喷气管头，所述喷丝头向下延伸出喷丝模头，所述接收板位于喷丝头的下方，所述高压供电装置通过高压电源线与所述金属导管和喷丝头相连。本发明可实现微米或纳米纤维的高效率、连续化生产，生产效率高，生产成本低，可满足大批量生产及产品应用等对纳米纤维及其相关产品的需求。
Description
技术领域
本发明属于纳米纤维制备技术领域，由其涉及一种生产纳米纤维用的熔融静电纺丝设备及利用该设备制备的纳米纤维。
背景技术
纳米纤维：是指直径为纳米尺度而长度较大的具有一定长径比的线状材料，此外，将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改性的纤维也称为纳米纤维。狭义上讲，纳米纤维的直径介于1nm到100nm之间，但广义上讲，纤维直径低于1000nm的纤维均称为纳米纤维。
纳米纤维的用途很广，如将纳米纤维植入织物表面，可形成一层稳定的气体薄膜，制成双疏性界面织物，既可防水，又可防油、防污；用纳米纤维制成的高级防护服，其织物多孔且有膜，不仅能使空气透过，具可呼吸性，还能挡风和过滤微细粒子，对气溶胶有阻挡性，可防生化武器及有毒物质。此外，纳米纤维还可用于化工、医药等产品的提纯、过滤等。
制造纳米纤维的方法有很多，如拉伸法、模板合成、自组装、微相分离、静电纺丝等。其中静电纺丝法以操作简单、适用范围广、生产效率相对较高等优点而被广泛应用。静电纺丝是一种不同于常规方法的纺丝技术，它是基于高压静电场下导电流体产生高速喷射的原理发展而来的，其基本过程是，聚合物溶液或熔体在几千至几万伏的高压静电场下客服表面张力而产生带电喷射流，溶液或熔体在喷射过程中干燥、固化最终落在接收装置上形成纤维毡或其他形状的纤维结构物，工艺图如图1所示。现有的静电纺丝技术术存在一些缺陷，产量低，同时受溶液溶度、粘性等性能影响较大，对不溶性物质的纳米纤维生产有很大的困难，且现有的静电纺丝技术生成速度慢，不能对应大量生产。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种熔融静电纺丝设备，用以实现在不破坏高聚物自身性质的情况下，能够对粘性较大或近乎绝缘的聚合物熔体或溶液进行静电纺丝，并可实现纳米纤维的规模化生产，生产效率高，生产成本低。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种熔融静电纺丝设备，利用高温高速空气和静电使高分子聚合物形成纳米纤维，包括：喷丝模头、喷丝头、高压供电装置及接收板，还包括高压输气管及喷丝模头盖板，所述喷丝模头与高压输气管出气端密封连接，喷丝模头盖板一端与高压输气管出气端外壁相连，另一端与喷丝模头末端外壁相连，喷丝模头、高压输气管及喷丝模头盖板之间形成输料室，所述输料室通过导管与输料装置相连，输料室内部喷丝模头的圆周外壁上设有凸起筋，凸起筋上设有若干连同输料室与喷丝模头中部输气通道的金属导管，所述金属导管出料端上部固定设置有初级喷气管头，所述喷丝头向下延伸出喷丝模头，所述接收板位于喷丝头的下方，所述高压供电装置通过高压电源线与所述金属导管和喷丝头相连。
优选的，所述喷丝模头盖板内部设有加热器，可以为输料室内部的高聚物物料进行加热。
优选的，所述高压输气管内部设置有加热装置，用以对高压空气进行加热。
优选的，所述金属导管的数量为两个，并对称设置，与喷丝模头之间的夹角为45度。
优选的，所述喷丝模头与高压输气管及喷丝模头盖板之间分别采用滚动轴承密封连接，所述初级喷气管头采用设置在喷丝模头内壁上的若干叶片固定，在空气高速流动状态下吹动叶片可以使得所述喷丝模头处于旋转状态。
优选的，所述金属导管和喷丝头分别与不同的高压供电装置相连。
优选的，所述高压输气软管输送的空气温度为200～800℃，温度为0.2MPa～0.5MPa。
作为一种举例说明，所述高聚物物料为多种或单一的可熔性热塑型高分子聚合物。
作为一种举例说明，由本发明所述设备得到的纳米纤维的直径为200～1000nm，优选500～800nm。
本发明所述的纳米纤维可制成的制品包括隔热性材料、吸音材料、去除油脂与微小物质的高效过滤膜。所述微小物质包括病菌，病毒，微小粉尘或其组合。
本发明的积极效果：本发明通过设置金属导管及初级喷气管头，可以实现对聚合物的初次拉伸及通过喷丝头进行二次拉伸，在不改变聚合物熔体或溶液自身性质的情况下对粘性较大和近乎绝缘的聚合物熔体或溶液的静电纺丝，摆脱传统静电纺丝技术对原料的限制；同时本发明的静电纺丝装置可实现微米或纳米纤维的高效率、低耗能、连续化生产，通过可以旋转金属导气管及喷丝模头辅助溶液静电纺丝可实现纳米纤维的规模化生产，生产效率高，生产成本低，可满足大批量生产及产品应用等对纳米纤维及其相关产品的需求。
附图说明
图1是现有静电纺丝设备的结构示意图。
图2是本发明熔融静电纺丝设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
参照图2，本发明优选实施例提供一种熔融静电纺丝设备，利用高温高速空气和静电使高分子聚合物形成纳米纤维，包括：喷丝模头1、喷丝头2、高压供电装置3及接收板4，还包括高压输气管5及喷丝模头盖板6，所述喷丝模头1与高压输气管5出气端密封连接，喷丝模头盖板6一端与高压输气管5出气端外壁相连，另一端与喷丝模头1末端外壁相连，喷丝模头1、高压输气管5及喷丝模头盖板6之间形成输料室7，所述输料室7通过导管与输料装置8相连，输料室内部喷丝模头的圆周外壁上设有凸起筋9，凸起筋9上设有若干连同输料室与喷丝模头中部输气通道的金属导管10，所述金属导管10出料端上部固定设置有初级喷气管头11，所述喷丝头2向下延伸出喷丝模头1，所述接收板4位于喷丝头2的下方，所述高压供电装置通过高压电源线与所述金属导管和喷丝头相连。
所述喷丝模头盖板6内部设有加热器12，可以为输料室内部的高聚物物料进行加热。
所述高压输气管内部设置有加热装置(图中未画出)，用以对高压空气进行加热。
所述金属导管10的数量为两个，并对称设置，与喷丝模头之间的夹角为45度。
所述喷丝模头与高压输气管及喷丝模头盖板之间分别采用滚动轴承密封连接，所述初级喷气管头11采用设置在喷丝模头1内壁上的若干叶片12固定，在空气高速流动状态下吹动叶片12可以使得所述喷丝模头处于旋转状态。
所述金属导管和喷丝头分别与不同的高压供电装置相连。
所述高压输气软管输送的空气温度为200～800℃，温度为0.2MPa～0.5MPa。
所述高聚物物料为多种或单一的可熔性热塑型高分子聚合物。本发明的熔融静电纺丝设备可使用热可塑的高分子聚合物有聚酯纤维，聚酰胺，聚烯烃，聚氨酯(PU)等。聚酯纤维如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT),聚乳酸(PLA)等，聚酰胺有尼龙系列(NYLON66、NYLON6)，聚烯烃有聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚苯乙烯(PS)等均可成为纳米纤维原材料。
本发明采用高温高速空气和静电的综合手段，利用高温高压空气对带静电的高分子聚合物予以初次及二次拉伸，在接收装置上快速形成长纤维。纤维的生成速度大幅度提高，产量也相应大幅度上升，解决了本领域一直亟待解决的问题。
由本发明所述设备得到的纳米纤维的直径为200～1000nm，优选500～800nm。
本发明所述的纳米纤维可制成的制品包括隔热性材料、吸音材料、去除油脂与微小物质的高效过滤膜。所述微小物质包括病菌，病毒，微小粉尘或其组合。
本发明通过设置金属导管及初级喷气管头，可以实现对聚合物的初次拉伸及通过喷丝头进行二次拉伸，在不改变聚合物熔体或溶液自身性质的情况下对粘性较大和近乎绝缘的聚合物熔体或溶液的静电纺丝，摆脱传统静电纺丝技术对原料的限制；同时本发明的静电纺丝装置可实现微米或纳米纤维的高效率、低耗能、连续化生产，通过可以旋转金属导气管及喷丝模头辅助溶液静电纺丝可实现纳米纤维的规模化生产，生产效率高，生产成本低，可满足大批量生产及产品应用等对纳米纤维及其相关产品的需求。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种熔融静电纺丝设备，利用高温高速空气和静电使高分子聚合物形成纳米纤维，其特征在于：包括喷丝模头、喷丝头、高压供电装置及接收板，还包括高压输气管及喷丝模头盖板，所述喷丝模头与高压输气管出气端密封连接，喷丝模头盖板一端与高压输气管出气端外壁相连，另一端与喷丝模头末端外壁相连，喷丝模头、高压输气管及喷丝模头盖板之间形成输料室，所述输料室通过导管与输料装置相连，输料室内部喷丝模头的圆周外壁上设有凸起筋，凸起筋上设有若干连同输料室与喷丝模头中部输气通道的金属导管，所述金属导管出料端上部固定设置有初级喷气管头，所述喷丝头向下延伸出喷丝模头，所述接收板位于喷丝头的下方，所述高压供电装置通过高压电源线与所述金属导管和喷丝头相连。
2.根据权利要求1所述的一种熔融静电纺丝设备，其特征在于：所述喷丝模头盖板内部设有加热器，可以为输料室内部的高聚物物料进行加热。
3.根据权利要求1所述的一种熔融静电纺丝设备，其特征在于：所述高压输气管内部设置有加热装置，用以对高压空气进行加热。
4.根据权利要求1所述的一种熔融静电纺丝设备，其特征在于：所述金属导管的数量为两个，并对称设置，与喷丝模头之间的夹角为45度。
5.根据权利要求1所述的一种熔融静电纺丝设备，其特征在于：所述喷丝模头与高压输气管及喷丝模头盖板之间分别采用滚动轴承密封连接，所述初级喷气管头采用设置在喷丝模头内壁上的若干叶片固定，在空气高速流动状态下吹动叶片可以使得所述喷丝模头处于旋转状态。
6.根据权利要求1所述的一种熔融静电纺丝设备，其特征在于：所述金属导管和喷丝头分别与不同的高压供电装置相连。
7.根据权利要求1所述的一种熔融静电纺丝设备，其特征在于：所述高压输气软管输送的空气温度为200～800℃，温度为0.2MPa～0.5MPa。
8.根据权利要求2所述的一种熔融静电纺丝设备，其特征在于：所述高聚物物料为多种或单一的可熔性热塑型高分子聚合物。
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