CN106283220A - 一种热气流辅助双静电场静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热气流辅助双电场熔体静电纺丝装置，属于静电纺丝领域。装置主要包括空气压缩机、热风刀、挤出机、狭缝喷头、涂覆喷头、静电发生器A、条形电极板、收集网带、放卷辊子、收卷辊子、平面电极板、静电发生器B和纳米纤维束。本发明利用平面电极板拉伸泰勒锥，然后在条形电极板的电场力作用下拉伸出长纤维，采用涂覆喷头可以实现纺丝纤维的后续加工及性能改善，涂覆喷头左右可控移动可以在纤维冷却之前或是之后进行涂覆，使得涂覆物既可以嵌入纤维内部也可以平铺在表面；其上下可控移动与可控流量，可以使得涂覆得更加均匀，涂覆厚度可控。条形电极板左右快速移动时，其上的纤维束也会跟随一起移动，实现了纤维在收集网上的均匀排布。

Description

一种热气流辅助双静电场静电纺丝装置

技术领域

本发明涉及一种热气流辅助双静电场熔体静电纺丝装置，属于静电纺丝领域。

背景技术

随着科学的进步，纳米纤维由于有特殊的性能以及能够适应特殊的领域，已成为人们研究的热点。制备纳米纤维的方法有很多，有熔喷法、离心纺丝、溶液静电纺丝、熔体微分静电纺丝等，但是其中熔喷法很难成型长纤维，而离心纺丝与溶液静电纺丝又很大程度地受到材料的限制，所以熔体微分静电纺丝成为了制备纳米纤维最为理想的方式。

制备纳米纤维，重要的一点是能够让其实现工业化，能够批量地、高效率地生产，且具有涂覆等后续加工的可能性。而现有很多熔体静电纺丝装置不能够很好地实现这一点。已有的发明专利“一种新型高效率静电纺丝线型喷头”(CN203360645U)揭示了线型纺丝喷头比一般普通喷头具有更高的纺丝效率，但是其喷头表面的锯齿状加工不是很方便，同时锯齿状也限定了纺丝喷头的泰勒锥的数量，并且其纤维直径大，单靠电场力的作用也不能达到很高的效率；这种喷头竖直纺丝，也不是很方便后续的涂覆等加工。因此设计一种能够高速实现熔体静电纺长纤维，且实现后续涂覆等加工的熔体静电纺丝装置尤为重要。

发明内容

本发明的目的是：针对现有熔体静电纺丝装置不能高效地实现产量化，不能一次实现涂覆等后续加工。该装置能够在双电场和热气流的辅助下实现可控地高效率静电纺长纤维，且在纤维收卷之前就能实现涂覆等后续加工，使得到的纤维膜能够实现不同的功能。

本发明采用的技术方案是；一种热气流辅助双电场熔体静电纺丝装置，主要包括空气压缩机、热风刀、挤出机、狭缝喷头、涂覆喷头、静电发生器A、条形电极板、收集网带、放卷辊子、收卷辊子、平面电极板、静电发生器B及纳米纤维束。热风刀吹风平面与狭缝喷头熔体流出平面相互垂直，热风刀与条形电极板分设在狭缝喷头的两侧，热风刀出风口位于水平面且略低于狭缝喷头的底端所在的水平面；热风刀与空气压缩机通过气流管道连接，其可控热风速度为20-400m/s，热风刀出风方向可控偏离水平上下15°，即出风方向与水平面成15°夹角，出风缝隙可控0.5-10mm，缝隙太小，风作用面小容易吹断纤维，缝隙太大风发散，容易将纤维吹乱；挤出机正下方连接狭缝喷头，狭缝喷头的狭缝可控0.2-1mm；平面电极板水平放置在狭缝喷头的正下方30-60cm处；平面电极板连接有高压静电发生器A；收集网带的工作面与狭缝喷头熔体出口平面平行，热风刀、狭缝喷头、涂覆喷头、收集网带及条形电极板依次排开，狭缝喷头、涂覆喷头、收集网带及条形电极板这几个部件的工作平面相互平行，收集网带与狭缝喷头之间放置有涂覆喷头，涂覆喷头出口平行于狭缝喷头出口，涂覆喷头出口也位于一个水平面内，涂覆喷头喷口处高于狭缝喷头喷口处10-30cm，方便向纳米纤维束喷涂物料；收集网带竖直固定，距离狭缝喷头的距离为10-200cm；收集网带上方连接着放卷辊子，收集网带的下方连接着收卷辊子，放卷辊子与收卷辊子在同一个竖直平面内；收集网带的背部内侧竖直固定着一个可以左右移动的条形电极板，条形电极板与收集网带在竖直面上平行；条形电极板连接有高压静电发生器B；纳米纤维束在狭缝喷头和收集网带之间呈现一定鞭动形式。

本发明一种热气流辅助双静电场熔体静电纺丝装置，其热风刀通过气管与空气压缩机连接，冷空气进入热风刀内，在热风刀内可以根据纺丝的熔体的熔点等性能的不一样控制气体的温度；同时也可以通过空气压缩机的气流量的大小控制气流的速度，控制气流方向和狭缝大小调整热气流与熔体及纤维的接触位置和面积。

本发明一种热气流辅助双静电场熔体静电纺丝装置，狭缝喷头上连接着挤出机，狭缝喷头和挤出机进行多段控温，更好地实现物料的拉伸流动；狭缝喷头内部采用衣架式的流道，有利于物料由挤出机挤出后能够均匀地分布到狭缝喷头的整个出口面，在狭缝喷头的正下方有一块连接着高压静电发生器的平面电极板，电极板上加有较低的静电，有利于狭缝喷头处的物料下流形成均匀的泰勒锥。

本发明一种热气流辅助双静电场熔体静电纺丝装置，其涂覆喷头竖直固定在狭缝喷喷头的正后方，即热风刀的另一侧，其上下高度可调，但喷头喷口总是略高于狭缝喷头，上下调节可以适应不同涂覆物的颗粒大小；同时其与狭缝喷头的距离也是可以左右调节的，可以选择在纤维不同温度下进行涂覆，以实现不同的涂覆效果；同时，涂覆的喷头的流量也可以很好地调节，以实现涂覆的厚度可控。

本发明一种热气流辅助双静电场熔体静电纺丝装置，其收集网带、放卷辊子、收集辊子和条形电极板可以一起左右移动，以控制收集纤维的形式，同时也与热风刀的气流速度实现良好的配合；收集网带的速度可以通过放卷辊子和收卷辊子的速度调节控制，实现纤维收集的薄厚程度。

本发明一种热气流辅助双静电场熔体静电纺丝装置，其条形电极板是由绝缘带与金属带交替共同构成的，整个条形电极板可以沿绝缘带与金属带间隔方向可控地快速移动；在纺丝过程中，纤维束会沉积在金属带的区域，当快速左右移动条形电极板时，沉积在金属带区域的纤维会随着左右摆动，增加了纤维的鞭动，有利于纤维的表面涂覆的更加的均匀，同时也使得纤维在网带上的分布也更加的均匀。

由以上技术方案可知，本发明与现有的技术相比具有如下优点：

1.采用热风刀对空气进行可控加热，用热风吹狭缝喷头的下端的物料，可以使得料流形成纤维的速度更快且具有细化纤维作用，也能纤维内部进行取向，使纤维的性能更好，同时在风速的作用下可以有助于纤维的横向收集。根据不同物料，调整热风刀热风方向和狭缝大小，改变热风物料的接触面积大小，不影响泰勒锥的形成。

2.平面电极板可以有效在狭缝喷头和平面电极板之间形成竖直的均匀电场，在电场的拉伸作用下不但可以实现狭缝喷头上泰勒锥的形成，也能使狭缝喷头上料流分布均匀，并且熔体离开狭缝喷头时受到平面电极板的静电力和热风刀的吹力的共同作用，熔体即不会粘附在狭缝喷头出口，又不会立即固化。

3.涂覆喷头可以实现纺丝纤维的后续加工及性能改善，以实现不同的功能用途，其左右可控移动可以在纤维冷却之前或是之后进行涂覆，使得涂覆物既可以嵌入纤维内部也可以平铺在表面；其上下可控移动与可控流量，可以使得涂覆得更加均匀，涂覆厚度可控。

4.条形电极板由金属带和绝缘带交替构成，使得电场均匀分布在每个金属带与狭缝喷头之间，纺丝纤维均匀分布在金属带的部分；当条形电极板左右快速移动时，其上的纤维束也会跟随一起移动，实现了纤维在收集网上的均匀排布，同时由于纤维的移动，增加了纤维的鞭动，可以实现涂覆的均匀性，也是由于这种鞭动，使得纤维拉伸作用更加地明显，细化纤维，提高取向与纺丝效率。

附图说明

图1为本发明一种热气流辅助双电场熔体静电纺丝装置示意图。

图2为本发明一种热气流辅助双电场熔体静电纺丝装置的狭缝喷头在双电场的作用下出丝示意图。

图3为本发明一种热气流辅助双电场熔体静电纺丝装置的条形电极板示意图。

图中：1-空气压缩机，2-热风刀，3-挤出机，4-狭缝喷头，5-涂覆喷头，6-纳米纤维束，7-静电发生器A，8-收集网带，9-放卷辊子，10-条形电极板，11-收卷辊子，12-平面电极板，13-静电发生器B。

具体实施方式

本发明一种热气流辅助双电场熔体静电纺丝装置，如图1所示，其中主要包括：空气压缩机1、热风刀2、挤出机3、狭缝喷头4、涂覆喷头5、纳米纤维束6、静电发生器A7、收集网带8、放卷辊子9、条形电极板10、收卷辊子11、平面电极板12和静电发生器B13。聚合物颗粒直接加入到挤出机3的料斗中，经过挤出机的熔融塑化流入到狭缝喷头4中，熔融物料在狭缝喷头4中会均布分流分布；平面电极板12在狭缝喷头4的正下方30-60cm处，平面电极板12连接着静电发生器B13，从狭缝喷头4流出的熔融物料会在平面电极板12与狭缝喷头4形成的电场的拉伸作用下形成无数的泰勒锥；条形电极板10竖直放置在狭缝喷头4后方10-200cm处，条形电极板10连接着静电发生器A7，在条形电极板10与狭缝喷头4之间形成的静电场会将竖直电场形成的泰勒锥拉伸成长的纳米纤维束6；纳米纤维束6会随着条形电极板10的左右移动而移动；在狭缝喷头4的左后方有一个热风刀2，热风刀2连接着空压机1，从热风刀2中出来的高速热气流(可控为30-400m/s)吹到狭缝喷头4处，对纳米纤维束6具有很大的拉伸作用，细化纤维并提高了纺丝效率；在条形电极板10前面有一个竖直的收集网带8，收集网带8一端绕在放卷辊9上，一端绕在收卷辊11上；纳米纤维束6均匀地分布在收集网带8上，随着收集网带8的从上往下运动最终收集在收卷辊11上。

下面结合具体实施案例对本发明做进一步详细阐述。

聚合物颗粒加入到挤出机3中，经过挤出机3的熔融挤出，流入到狭缝喷头4中，在狭缝喷头4中均匀分流，而后在距离狭缝喷头30cm的平面电极板12的作用下形成均匀的泰勒锥，如图2所示，泰勒锥在距离狭缝喷头50cm的条形电极板10的作用下形成均匀的纳米纤维束6，条形电极板10由金属带和绝缘带交替构成，条形电极板10左向图如图3所示，网格处为绝缘材料，非网格处为金属材料。热风刀2中的热气流以100m/s的速度对纳米纤维束6进行拉伸，由于条形电极板10的左右快速移动，纳米纤维束6会快速均匀沉积在收集网带8上，而收集网带一端连接着放卷辊9，一端连接着收卷11，纳米纤维束6随着网带最终收集在收卷辊11上，形成纳米纤维卷。

Claims (6)

1.一种热气流辅助双静电场静电纺丝装置，其特征在于：主要包括空气压缩机、热风刀、挤出机、狭缝喷头、涂覆喷头、静电发生器A、条形电极板、收集网带、放卷辊子、收卷辊子、平面电极板、静电发生器B及纳米纤维束，热风刀吹风平面与狭缝喷头熔体流出平面相互垂直，热风刀与条形电极板分设在狭缝喷头的两侧，热风刀出风口位于水平面且略低于狭缝喷头的底端所在的水平面；热风刀与空气压缩机通过气流管道连接；挤出机正下方连接狭缝喷头；平面电极板水平放置在狭缝喷头的正下方；平面电极板连接有高压静电发生器A；收集网带的工作面与狭缝喷头熔体出口平面平行，热风刀、狭缝喷头、涂覆喷头、收集网带及条形电极板依次排开，狭缝喷头、涂覆喷头、收集网带及条形电极板这几个部件的工作平面相互平行，收集网带与狭缝喷头之间放置有涂覆喷头，涂覆喷头出口平行于狭缝喷头出口，涂覆喷头出口也位于一个水平面内；收集网带竖直固定，距离狭缝喷头的距离为10-200cm；收集网带上方连接着放卷辊子，收集网带的下方连接着收卷辊子，放卷辊子与收卷辊子在同一个竖直平面内；收集网带的背部内侧竖直固定着一个可以左右移动的条形电极板，条形电极板与收集网带在竖直面上平行；条形电极板连接有高压静电发生器B；纳米纤维束在狭缝喷头和收集网带之间呈现一定鞭动形式。

2.根据权利要求1所述的一种热气流辅助双静电场静电纺丝装置，其特征在于：热风刀出风方向水平面成15°夹角。

3.根据权利要求1所述的一种热气流辅助双静电场静电纺丝装置，其特征在于：热风刀出风缝隙为0.5-10mm。

4.根据权利要求1所述的一种热气流辅助双静电场静电纺丝装置，其特征在于：涂覆喷头喷口处高于狭缝喷头喷口处10-30cm。

5.根据权利要求1所述的一种热气流辅助双静电场静电纺丝装置，其特征在于：收集网带距离狭缝喷头的距离为10-200cm。

6.根据权利要求1所述的一种热气流辅助双静电场静电纺丝装置，其特征在于：条形电极板是由绝缘带与金属带交替共同构成的，整个条形电极板可以沿绝缘带与金属带间隔方向可控地快速移动。