CN105671656B - 一种气流气泡纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气流气泡纺丝装置，通过采用起泡装置形成气泡，气流作为动力，气泡破裂后在高速气流的作用下被拉伸细化产生大量的微纳米纤维，极大的提高了产量，在一定程度上实现了微纳米纤维的批量化生产，同时还可以得到纤维纱状结构的微纳米纤维集合体。而且，整个纺丝过程是在无静电作用下完成的，纺丝工艺简单易控，实现安全生产。通过在导气管上连接管道加热器，管道加热器设置有温度控制装置，可以根据高聚物气泡破裂成丝的温度来调整喷射气流的温度，以便优化纺丝条件。此外，接收装置为网状结构，有利于液滴和气流的透过，收集的微纳米纤维更均匀、稳定。

Description

一种气流气泡纺丝装置

技术领域

本发明属于纺丝技术领域，具体涉及一种气流气泡纺丝装置。

背景技术

微纳米纤维具有高的比表面积，优异的机械性能，因此被广泛的应用到生物科技、环境工程、医疗卫生、能源贮存、军事与反恐等领域。目前，生产微纳米纤维的方法多种多样，而静电纺丝技术被认为是制备微纳米纤维最简便、最直接的方法。

静电纺丝的原理是高聚物溶液从毛细管口射出形成射流，带电荷的射流在高压静电场下受静电力作用克服其表面张力被拉伸细化形成微纳米纤维。传统的单喷头静电纺丝技术能得到稳定均匀的微纳米纤维，但是其存在针头易堵塞，难清洗，产量低的问题。因此，研究者提出了多喷头静电纺丝，无针静电纺丝，气泡静电纺等技术来克服单喷头静电纺丝的部分劣势。但是这些方法仍然存在很多问题，如：高浓度、高粘度溶液的可纺性差，含颗粒的溶液易堵针头，制备微纳米纤维的产量低等，这些问题都在一定程度上阻碍了微纳米纤维的批量化生产。同时高压静电危害十分的严重，在工业化生产中，大量静电纺设备长时间连续作业，发生火灾或爆炸的事故将不可避免，对生产安全造成相应影响。另外由于静电的作用，气泡破裂后射流发散，纺丝过程不稳定,致使纺丝条件很难控制，引起了既浪费原料又污染环境等的一系列问题。

因此，为了进一步有效的解决上述技术中存在的问题，有必要提供一种新型的纺丝装置，以克服上述缺陷，实现在无静电作用下完成纺丝，提高生产效率，实现安全生产，在一定程度上实现了纤维的批量化生产，同时还可以得到纤维纱状结构的微纳米纤维集合体。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种气流气泡纺丝装置，实现在无静电作用下完成纺丝，提高生产效率，实现安全生产，在一定程度上实现了纤维的批量化生产，同时还可以得到纤维纱状结构的微纳米纤维集合体。

根据本发明的目的提出的一种气流气泡纺丝装置，包括储液槽与连接于所述储液槽上的气泡喷射管，所述储液槽一侧设置有起泡装置与气流发生装置，所述起泡装置通过导管插入到所述气泡喷射管内部，且开口向上，所述气流发生装置上连接导气管，所述导气管自气流发生装置延伸至所述气泡喷射管的上端边沿处；所述导气管上还连接有用以对导气管内气流加热处理的管道加热器；

纺丝时，起泡装置作用在气泡喷射管的底端形成气泡，气泡自气泡喷射管的底端上升到顶端开口处，同时气流发生装置供气，气流经管道加热器加热后自导气管的顶端吹出，将气泡吹破并拉伸喷射至接收装置上。

优选的，所述管道加热器设置于导气管与气流发生装置间，气流发生装置、管道加热器以及导气管间依次通过快速接口连通。

优选的，所述导气管自下至上管径逐渐变小呈锥形结构。

优选的，所述气泡喷射管与所述储液槽间为密闭设置。

优选的，所述导气管通过连接块固定设置于所述气泡喷射管的周边上。

优选的，所述气泡喷射管上设置有卡槽，所述连接块卡接于所述卡槽内且可上下调整卡接位置。

优选的，所述连接块为直角三角模块，所述导气管连接于所述直角三角模块的斜边上，呈倾斜设置，导气管为对称设置的至少两组，两组导气管的气流交汇点位于所述气泡喷射管的开口处，随着连接块在卡槽内的上下移动，导气管相对气泡喷射管的夹角变大或变小，所述导气管与所述气泡喷射管间呈10-80°的夹角。

优选的，所述起泡装置的导管自下至上插入到所述气泡喷射管内1-2cm。

优选的，所述气泡喷射管为内外嵌套式结构，包括外壳与可拆卸地设置于所述外壳内部的内管，所述内管内径为0.5-3cm。

优选的，所述接收装置为网状结构，单个网孔面积为0.1-1cm²。

与现有技术相比，本发明气流气泡纺丝装置的优点是：

通过采用起泡装置形成气泡，气流作为动力，气泡破裂后在高速气流的作用下被拉伸细化产生大量的微纳米纤维，极大的提高了产量，在一定程度上实现了微纳米纤维的批量化生产，同时还可以得到纤维纱状结构的微纳米纤维集合体。而且，整个纺丝过程是在无静电作用下完成的，纺丝工艺简单易控，实现安全生产。

通过在导气管上连接管道加热器，管道加热器设置有温度控制装置，可以根据高聚物气泡破裂成丝的温度来调整喷射气流的温度，以便优化纺丝条件。

此外，接收装置为网状结构，有利于液滴和气流的透过，收集的微纳米纤维更均匀、稳定。

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为本发明公开的气流气泡纺丝装置的结构示意图。

图中的数字或字母所代表的相应部件的名称：

1、气流发生装置；2、气压控制器；3、出风口；4、管道加热器；5、快速接口；6、导气管；7、气流；8、直角三角模块；9、高聚物溶液；10、储液槽；11、气泡喷射管；12、气泡；13、接收装置；14、起泡装置；15、钢化玻璃管；16、单向控制阀；17、供液装置；18、输液管；19、固定支架板。

具体实施方式

传统的静电纺丝技术存在诸多问题，如：高浓度、高粘度溶液的可纺性差，含颗粒的溶液易堵针头，制备微纳米纤维的产量低等，这些问题都在一定程度上阻碍了微纳米纤维的批量化生产。同时高压静电危害十分的严重，对实验操作带来极大的不便，是扩大微纳米纤维的生产的极大障碍。

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种气流气泡纺丝装置，实现在无静电作用下完成纺丝，提高生产效率，实现安全生产，在一定程度上实现为了纤维的批量化生产，同时还可以得到纤维纱状结构的微纳米纤维集合体。

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。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作出创造性劳动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。

请参见图1，一种气流气泡纺丝装置，包括储液槽10与连接于储液槽10上的气泡喷射管11，该装置还包括供液装置17，供液装置17通过输液管18向储液槽内输送高聚物溶液。其中气泡喷射管采用柱形管，柱形管为内外嵌套式结构，包括外壳与可拆卸地设置于外壳内部的内管(未示出)，外壳结构可以是矩形，椭圆形，圆形等。内管一般采用圆柱形结构，内管具有不同的内径，可以取出更换。柱形管的内部圆柱形内径在0.5-3cm范围内可调整。实践中，可以根据气泡的表面张力选择最合适的直径。

本发明中储液槽为密闭式结构，同时储液槽与气泡喷射管间为密闭连接，形成稳定的纺丝空间，避免溶剂挥发导致溶液性质变化对纺丝过程的影响。

储液槽10一侧设置有起泡装置14与气流发生装置1，起泡装置14通过导管插入到气泡喷射管11内部，且开口向上，其中导管采用钢化玻璃管15，插入到储液槽中的钢化玻璃管的末端延伸至气泡喷射管11上方1-2cm处，起泡装置通过该钢化玻璃管在气泡喷射管的底端的高聚物溶液中产生气泡，气泡由气泡喷射管的底端逐渐上升到顶端被高速气流7吹破并拉伸细化变成微纳米纤维收集在接收装置上。

钢化玻璃管上设置有单向控制阀16，保证溶液不会通过钢化玻璃管末端倒流进入起泡装置中。

其中，供液装置的输液速率与起泡装置产生气泡速率成正比。确保储液槽中的溶液量保持恒定，保证纺丝的持续稳定进行。

气流发生装置1上连接导气管6，导气管6自气流发生装置1延伸至气泡喷射管11的上端边沿处，对气泡喷射管顶端的气泡进行破裂拉伸。气流发生装置1产生气流的大小可根据高聚物气泡破裂成丝所需的气流大小，通过气压控制装置进行调整。气压控制器的气压控制范围为0-500L/min。

其中导气管可为至少两个，导气管间对称设置，导气管中喷出的气流交汇于气泡喷射管上端开口处。

导气管6上还连接有用以对导气管内气流加热处理的管道加热器4；管道加热器4的温度可根据气泡破裂成丝所需的温度，通过温度控制装置进行调整，温度控制范围为20-199℃，具体根据需要设定。

管道加热器4设置于导气管6与气流发生装置1间，气流发生装置、管道加热器以及导气管间依次通过快速接口5连通。通过将管道加热器设置在气流发生装置与导气管之间便于对气流发生装置内输送的气体进行均匀加热，而且由于管道加热器至导气管的出风口距离较近，减少气流中的热量散失，保证纺丝稳定性。

导气管自下至上管径逐渐变小呈锥形结构。锥形结构的设计便于气流的汇聚，提高出风口处的气流冲击力。

导气管顶部设置有出风口3，出风口的形状为锥形或圆形或椭圆形或多边形，该结构形状的不同设计便于模拟探讨气流对纺丝过程的影响，具体结构形状不做限制。

导气管6通过连接块固定设置于气泡喷射管11的周边上。气泡喷射管11上设置有卡槽，连接块卡接于卡槽内且可上下调整卡接位置。

本发明中连接块优选为直角三角模块8，导气管6连接于直角三角模块的斜边上，呈倾斜设置，随着连接块在卡槽内的上下移动，导气管相对气泡喷射管的夹角变大或变小，导气管与气泡喷射管间呈10-80°的夹角，具体角度设定根据需要调整，在此不做限制。使用时，还可根据需要更换不同锐角的直角三角模块。

其中，导气管还可通过支架直接固定在工作台上，导气管相对气泡喷射管的夹角可通过调整导气管所在支架上的角度进行调节，具体固定位置及调节方式不做限制。该技术方案可以根据高聚物气泡破裂成丝的气流角度调整喷射角度，以便优化纺丝条件。

接收装置为网状结构，单个网孔面积为0.1-1cm²。该技术方案采用网状结构并可实际使用要求选择网孔的大小，有利于液滴和气流的透过，收集的微纳米纤维更均匀、稳定。

其中，网状结构可采用金属网或非金属网，网孔形状可为圆形或菱形或椭圆形或多边形结构等，具体结构形状不做限制。

接收装置13通过固定支架板19固定，固定支架板19下端可固定在平台上，通过采用固定支架板将接收装置固定设置，确保接收装置不会被高强气流吹飞，同时还能根据实际情况安装。

本发明中的固定支架板19的高度可调整，高度调节范围在0-2m，可以根据实际使用情况选择合适的接收距离，以便优化纺丝条件。

本发明的工作原理如下：

打开供液装置17开始通过输液管18向储液槽10中输送溶液。在储液槽10中装满高聚物溶液9，打开起泡装置14，调节至适当的起泡速率。气泡12在钢化玻璃管15末端的高聚物溶液9中产生，产生的气泡12从气泡喷射管11的底端逐渐上升到顶端破裂。同时，打开管道加热器4，调整到需要的温度，再打开气流发生装置1产生气流7，调节至适当的气流速度。气流7进入管道加热器4中受热再通过导气管6的出风口3喷射而出。上升至气泡喷射管11顶端的气泡破裂后在喷射出的高速热气流的作用下被拉伸细化形成大量的微纳米纤维，最后收集在接收装置13上。

综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是包括：

将储液槽设计为密闭的空间，避免了溶剂挥发改变溶液性质，保证纺丝效果；对直角三角模块两锐角的角度，管道加热器的温度，气流发生装置产生气流的大小以及固定支架板的高度的适当调节，可以实现微纳米纤维的最优化生产；供液装置的输液速率与起泡装置产生气泡速率成正比，确保了储液槽中的溶液量保持恒定，保证纺丝的持续稳定进行；采用气流代替高压静电，解决了高压静电存在而引起一些不利因素，使工艺流程简单易控；并且相比于传统静电纺丝装置，气流气泡纺丝装置在很大程度上能实现微纳米纤维纱的形成和提高微纳米纤维的批量化生产。

本发明公开了一种气流气泡纺丝装置，通过采用起泡装置形成气泡，气流作为动力，气泡破裂后在高速气流的作用下被拉伸细化产生大量的微纳米纤维，极大的提高了产量，在一定程度上实现了微纳米纤维的批量化生产，同时还可以得到纤维纱状结构的微纳米纤维集合体。而且，整个纺丝过程是在无静电作用下完成的，纺丝工艺简单易控，实现安全生产。

通过在导气管上连接管道加热器，管道加热器设置有温度控制装置，可以根据高聚物气泡破裂成丝的温度来调整喷射气流的温度，以便优化纺丝条件。

此外，接收装置为网状结构，有利于液滴和气流的透过，收集的微纳米纤维更均匀、稳定。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种气流气泡纺丝装置，其特征在于，包括储液槽与连接于所述储液槽上的气泡喷射管，所述储液槽一侧设置有起泡装置与气流发生装置，所述起泡装置通过导管插入到所述气泡喷射管内部，且开口向上，所述气流发生装置上连接导气管，所述导气管自气流发生装置延伸至所述气泡喷射管的上端边沿处；所述导气管上还连接有用以对导气管内气流加热处理的管道加热器；

所述气泡喷射管采用柱形管，柱形管为内外嵌套式结构，包括外壳与可拆卸地设置于外壳内部的内管，内管具有不同的内径，可以取出更换；储液槽为密闭式结构，储液槽与气泡喷射管间为密闭连接；

纺丝时，起泡装置作用在气泡喷射管的底端形成气泡，气泡自气泡喷射管的底端上升到顶端开口处，同时气流发生装置供气，气流经管道加热器加热后自导气管的顶端吹出，将气泡吹破并拉伸喷射至接收装置上。

2.如权利要求1所述的气流气泡纺丝装置，其特征在于，所述管道加热器设置于导气管与气流发生装置间，气流发生装置、管道加热器以及导气管间依次通过快速接口连通。

3.如权利要求1所述的气流气泡纺丝装置，其特征在于，所述导气管自下至上管径逐渐变小呈锥形结构。

4.如权利要求1所述的气流气泡纺丝装置，其特征在于，所述气泡喷射管与所述储液槽间为密闭设置。

5.如权利要求1所述的气流气泡纺丝装置，其特征在于，所述导气管通过连接块固定设置于所述气泡喷射管的周边上。

6.如权利要求5所述的气流气泡纺丝装置，其特征在于，所述气泡喷射管上设置有卡槽，所述连接块卡接于所述卡槽内且可上下调整卡接位置。

7.如权利要求6所述的气流气泡纺丝装置，其特征在于，所述连接块为直角三角模块，所述导气管连接于所述直角三角模块的斜边上，呈倾斜设置，导气管为对称设置的至少两组，两组导气管的气流交汇点位于所述气泡喷射管的开口处，随着连接块在卡槽内的上下移动，导气管相对气泡喷射管的夹角变大或变小，所述导气管与所述气泡喷射管间呈10-80°的夹角。

8.如权利要求1所述的气流气泡纺丝装置，其特征在于，所述起泡装置的导管自下至上插入到所述气泡喷射管内1-2cm。

9.如权利要求1所述的气流气泡纺丝装置，其特征在于，所述气泡喷射管为内外嵌套式结构，包括外壳与可拆卸地设置于所述外壳内部的内管，所述内管内径为0.5-3cm。

10.如权利要求1所述的气流气泡纺丝装置，其特征在于，所述接收装置为网状结构，单个网孔面积为0.1-1cm²。