CN108286078A - 膜纺装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种膜纺装置及制备方法，包括溶液池、与所述溶液池连接的第一导气管、与所述第一导气管连接的气泵，所述膜纺装置还包括用以检测所述溶液池液面的传感器、及通过导液管与所述溶液池连接并为所述溶液池添加纺丝溶液的储液池。通过将溶液池与储液池连接并与传感器连接，使得传感器检测溶液池的液面以随时将储液池中的纺丝溶液添加至溶液池中，达到节约溶液、方便操作的结果。

Description

膜纺装置及制备方法

技术领域

本发明涉及一种膜纺装置及制备方法。

背景技术

纳米纤维是国家环境、防护、新能源等领域不可缺少的重要材料。可用于对PM2.5污染物的过滤，其中的超细纳米纤维是预防生物病菌空气传播不可或缺的核心过滤材料；高性能纳米纤维隔膜是实现我国新能源突破的关键材料，对电池、汽车的性能具有重要影响。

随着科学技术的飞速发展，已经涌现出多种制备纳米纤维的方法，主要有拉伸法、气相生长法、模板法、相分离法、自组装法、熔喷法和静电纺丝法等。虽然以上各种制备纳米纤维的技术都存在自身的优缺点，但是若综合考虑设备的复杂性、工艺的可控性、适纺范围、成本、产量和纳米尺度等各方面的要求，静电纺丝无疑是最具潜力的一种方法。但是随着气泡纺的出现，一种利用气流作为动力，通过克服聚合物溶液形成的气泡的表面张力，并对气泡破裂后的射流进行拉伸从而实现纺丝的新方法的出现，将纳米纤维的制备又提升到了一个新的邻域。

气流气泡纺通过一步法所得产物并非是传统化纤类纺的形式——单根超细旦丝，或者是静电纺等由杂乱的纳米纤维堆砌成的纤维毡，而是由纳米纤维抱合成的纤维束，类似于传统纺织中的纱线。在气流气泡纺丝中，气泡破裂产生的多射流导致了最初纤维射流的分离，同时在气流不同方向的作用下完成了牵伸与部分抱合，形成了以纳米纤维组成的纤维束，所有过程基本上是同时完成的。因此，气流气泡纺是一种新型的、能够获得由纳米纤维集聚成的纤维束的纺丝方法。极大的提高了纳米纤维的制备。

气泡纺丝技术受到蜘蛛纺丝原理的启发而形成，通过气泡动力学原理，介绍其纺丝的可行性，通过研究不同参数下气泡纺丝成形的效果，对比出最优的纺丝工艺参数。但是在气泡纺丝过程中经常在接收板处出现挂丝现象，从而影响纺丝效果；同时气泡纺丝要配置比静电纺丝大三四倍的纺丝液，造成了纺丝液的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节约纺丝溶液、防止产生挂丝现象的膜纺装置及制备方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种膜纺装置，包括溶液池、与所述溶液池连接的第一导气管、与所述第一导气管连接的气泵，所述膜纺装置还包括用以检测所述溶液池液面的传感器、及通过导液管与所述溶液池连接并为所述溶液池添加纺丝溶液的储液池。

进一步地，所述导液管上设置有控制管路开闭并与所述传感器信号连接的出液阀。

进一步地，，所述膜纺装置还包括设置在所述溶液池上的若干个排气口、与若干个所述排气口连接的第二导气管及与所述第二导气管连接的气阀。

进一步地，所述气阀与所述第二导气管的连接处还设置有用于加热空气的加热装置。

进一步地，所述膜纺装置还包括若干个设置在所述溶液池上与所述第一导气管连接的纺丝口，所述纺丝口包括设置在所述纺丝口外围的轨道，所述传感器和储液池沿所述轨道围绕所述纺丝口旋转。

进一步地，所述纺丝口还包括纺丝孔及设置在所述纺丝孔周围的出气孔，所述出气孔的直径大于所述纺丝孔的直径。

进一步地，所述膜纺装置还包括与所述第一导气管连接并设置在所述第一导气管一侧的高压供电装置。

进一步地，所述膜纺装置还包括设置在所述溶液池上方的接收装置。

进一步地，所述接收装置包括接收板及与所述接收板连接的接地电极。

本发明还提供了一种纳米纤维的制备方法，所述制作方法采用如上所述的膜纺装置，所述制备方法包括如下步骤：

S1：在传感器中预先设置溶液池的液面最低值及最高值，并打开气泵、气阀及加热装置进行气泡纺丝；

S2：纺丝口表面逐渐形成气泡并破裂，出气口释放热气流以引导气泡破裂时纳米纤维的走向并被接收装置接收；

S3：在气泡纺丝过程中，当传感器检测到溶液池中的液面低于最低值时，发送指令至出液阀使其打开，使得储液池中的纺丝溶液通过导液管添加至溶液池中；当传感器检测到溶液池中的液面达到最高值时，发送指令至出液阀使其关闭。

本发明的有益效果在于：通过将溶液池与储液池连接并与传感器连接，使得传感器检测溶液池的液面以随时将储液池中的纺丝溶液添加至溶液池中，达到节约溶液、方便操作的结果；

设置有用于释放热流的排气口，可以引导气泡破裂时纳米纤维的流向，达到抽上伸直纤维控制其在固定区域内并不受重力影响产生挂丝而影响纺丝。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明的膜纺装置的结构示意图。

图2为图1中的部分结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参见图1，本发明的一较佳实施例中的膜纺装置包括溶液池1、与所述溶液池1连接的第一导气管2、与所述第一导气管2连接的气泵5。在本实施例中，所述溶液池1呈微倾设置，倾向朝内，这样设置的目的是便于所述溶液池1内的溶液流向，本实施例中将溶液池1设置成溶液池1两边往中间微倾。所述膜纺装置还包括用以检测所述溶液池1液面的传感器8、及通过导液管7与所述溶液池1连接并为所述溶液池1添加纺丝溶液的储液池6，所述导液管7上设置有控制管路开闭并与所述传感器8信号连接的出液阀71。所述传感器8中预设所述溶液池1的液面的最高值及最低值，当传感器8检测到溶液池1中的液面低于最低值时，发送指令至出液阀71使其打开，使得储液池6中的纺丝溶液通过导液管7添加至溶液池1中；当传感器8检测到溶液池1中的液面达到最高值时，发送指令至出液阀71使其关闭。传感器8的设计，可以避免纺丝溶液的浪费，在不影响气泡纺丝过程的提前下，能够随时添加溶液。在本实施例中，所述传感器8、储液池6的个数为1个，但在其他实施例中，所述传感器8、储液池6的个数也可为其他，根据实际纺丝情况而定。在本实施例中，所述储液池6的容积小于所述溶液池1的容积。诚然，在其他实施例中，所述储液池6的容积可以大于或等于所述溶液池1的面积，根据实际情况而定。所述膜纺装置还包括与所述第一导气管2连接并设置在所述第一导气管2一侧的高压供电装置10、设置在所述溶液池1上方的接收装置。在本实施例中，所述接收装置包括接收板9及与所述接收板9连接的接地电极91。

请结合图2，所述膜纺装置还包括设置在所述溶液池1上的若干个排气口11、与若干个所述排气口11连接的第二导气管3及与所述第二导气管3连接的气阀4，所述气阀4与所述第二导气管3的连接处还设置有用于加热空气的加热装置31。在本实施例中，所述排气口11的个数为2个，诚然，在其他实施例中，所述排气口11的个数也可为3或4甚至更多，根据实际的纺丝需求而定。所述膜纺装置还包括若干个设置在所述溶液池1上与所述第一导气管2连接的纺丝口12，若干个所述纺丝口11呈平面几何均匀分布。所述纺丝口12包括设置在所述纺丝口12外围的轨道123，所述传感器8和储液池6沿所述轨道123围绕所述纺丝口12旋转。所述纺丝口12包括纺丝孔122及设置在所述纺丝孔122周围的出气孔121，所述纺丝孔122在所述纺丝口12的中心阵列排布，在本实施例中，所述纺丝孔122的个数为4个，诚然，在其他实施例中，所述纺丝孔122的个数也可为其他，根据实际情况而定。所述出气孔121的直径大于所述纺丝孔122的直径，在其他实施例中，所述纺丝孔122的直径也可小于出气孔121的直径，根据实际情况而定。所述排气口11及出气孔121中释放热气流，引导气泡破裂时纳米纤维的流向，一方面可以达到增大纺丝孔122与所述接收装置的距离，从而使得纺丝溶液不易粘附到所述接收装置上；另一方面可以抽长并伸直纳米纤维，使得制得的纳米纤维收集在一定的区域内，而不是杂乱分布。所述接收装置在接收纳米纤维的时候，纳米纤维不易受重力作用而产生挂丝的现象，从而影响纺丝进程和质量。

本发明还提供了一种纳米纤维的制备方法，所述制作方法采用如上所述的膜纺装置，所述制备方法包括如下步骤：

S1：在传感器8中预先设置溶液池1的液面最低值及最高值，并打开气泵5、气阀4及加热装置31进行气泡纺丝；

S2：纺丝口11表面逐渐形成气泡并破裂，出气口释放热气流以引导气泡破裂时纳米纤维的走向并被接收装置接收；

S3：在气泡纺丝过程中，当传感器8检测到溶液池1中的液面低于最低值时，发送指令至出液阀71使其打开，使得储液池6中的纺丝溶液通过导液管7添加至溶液池1中；当传感器8检测到溶液池1中的液面达到最高值时，发送指令至出液阀71使其关闭。

综上所述：通过将溶液池1与储液池6连接并与传感器8连接，使得传感器8检测溶液池1的液面以随时将储液池6中的纺丝溶液添加至溶液池1中，达到节约溶液、方便操作的结果；

在纺丝口11外围设置有用于释放热流的出气口，引导气泡破裂时纳米纤维的流向，达到抽上伸直纤维控制其在固定区域内并不受重力影响产生挂丝而影响纺丝。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种膜纺装置，包括溶液池、与所述溶液池连接的第一导气管、与所述第一导气管连接的气泵，其特征在于，所述膜纺装置还包括用以检测所述溶液池液面的传感器、及通过导液管与所述溶液池连接并为所述溶液池添加纺丝溶液的储液池。

2.如权利要求1所述的膜纺装置，其特征在于，所述导液管上设置有控制管路开闭并与所述传感器信号连接的出液阀。

3.如权利要求1所述的膜纺装置，其特征在于，所述膜纺装置还包括设置在所述溶液池上的若干个排气口、与若干个所述排气口连接的第二导气管及与所述第二导气管连接的气阀。

4.如权利要求3所述的膜纺装置，其特征在于，所述气阀与所述第二导气管的连接处还设置有用于加热空气的加热装置。

5.如权利要求1所述的膜纺装置，其特征在于，所述膜纺装置还包括若干个设置在所述溶液池上与所述第一导气管连接的纺丝口，所述纺丝口包括设置在所述纺丝口外围的轨道，所述传感器和储液池沿所述轨道围绕所述纺丝口旋转。

6.如权利要求5所述的膜纺装置，其特征在于，所述纺丝口还包括纺丝孔及设置在所述纺丝孔周围的出气孔，所述出气孔的直径大于所述纺丝孔的直径。

7.如权利要求1所述的膜纺装置，其特征在于，所述膜纺装置还包括与所述第一导气管连接并设置在所述第一导气管一侧的高压供电装置。

8.如权利要求1所述的膜纺装置，其特征在于，所述膜纺装置还包括设置在所述溶液池上方的接收装置。

9.如权利要求8所述的膜纺装置，其特征在于，所述接收装置包括接收板及与所述接收板连接的接地电极。

10.一种纳米纤维的制备方法，所述制作方法采用如权利要求1至9中任意一项所述的膜纺装置，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

S1：在传感器中预先设置溶液池的液面最低值及最高值，并打开气泵、气阀及加热装置进行气泡纺丝；

S2：纺丝口表面逐渐形成气泡并破裂，出气口释放热气流以引导气泡破裂时纳米纤维的走向并被接收装置接收；

S3：在气泡纺丝过程中，当传感器检测到溶液池中的液面低于最低值时，发送指令至出液阀使其打开，使得储液池中的纺丝溶液通过导液管添加至溶液池中；当传感器检测到溶液池中的液面达到最高值时，发送指令至出液阀使其关闭。