CN108866660A - 一种加热熔融聚合物成丝装置 - Google Patents

Abstract

一种加热熔融聚合物成丝装置，包括盛料转子、旋转轴、上盖座、底轴座与收集装置，盛料转子包括外壳层、外壳腔与盛料腔，外壳腔内设置有喷嘴以导通盛料腔与外部空间，外壳腔、盛料腔的顶部与同一个上盖座进行密封配合，外壳腔的底部设置有底轴座，底轴座与插入其内部的旋转轴的顶端相连接，旋转轴的轴内腔经底轴座内开设的座气道后与外壳腔相通，且盛料转子、上盖座，以及盛料转子与旋转轴的交接处都位于收集装置的内部。本设计不仅不需要施加高压电场、不受传导率约束、生产效率较高，而且加热效果较好、可控性较强、产品形态多样，适应范围较广，推广应用价值较高。

Description

一种加热熔融聚合物成丝装置

技术领域

本发明涉及一种纳米纤维制作领域，尤其涉及一种加热熔融聚合物成丝装置，具体适用于避免高压电场与传导率约束的缺陷，并提高生产效率。

背景技术

纳米纤维是指直径在几十到几百纳米的超细纤维，它具有非常大比表面积、超细孔隙度、良好的机械特性等其它纤维所不能拥有的独特优势。近年来，纳米纤维广泛用于纺织材料、组织工程支架、药物传输、过滤介质、人造血管、生物芯片、纳米传感器、光学、复合材料等领域。

纳米纤维的制备吸引着国内外专家学者的关注。到目前为止，制备纳米纤维的方法有许多种，如拉伸法、微相分离、模板合成、自组装、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。但静电纺丝也存在以下固有缺陷：（1）制备过程中需要施加高压电场，成本高，安全问题需要额外关注；（2）生产效率低；（3）溶液需要一定比例的溶剂使溶液具有一定传导率，会导致污染。

授权公告号为CN203795024U，授权公告日为2014年8月27日的实用新型专利公开了一种大量制备取向性纳米纤维的离心静电纺丝装置，其包括高压供电装置、静电纺丝机、接收板和离心驱动机构，所述高压供电装置与所述静电纺丝机相连，所述接收板接地形成负极，所述离心驱动机构驱动所述静电纺丝机作离心运动，所述接收板为多个，且所述多个接收板以所述静电纺丝机为中心设置成环形。虽然该设计能够提高纤维的有序度，在一定程度上实现取向性纳米纤维的大量制备，提高了产量，但其仍需要施加高压电场，仍会受传导率约束，生产效率较低。

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本专利申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的需要施加高压电场、受传导率约束的缺陷与问题，提供一种不需要施加高压电场、不受传导率约束的加热熔融聚合物成丝装置。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种加热熔融聚合物成丝装置，包括盛料转子、旋转轴与收集装置，所述盛料转子与喷嘴相通，盛料转子的内部盛装有聚合物，盛料转子的底部与旋转轴相连接，盛料转子的四周设置有收集装置；

所述盛料转子包括外壳层、外壳腔与盛料腔，外壳腔夹于外壳层、盛料腔之间，外壳腔内设置有喷嘴以导通盛料腔与外部空间，外壳腔、盛料腔的顶部与同一个上盖座进行密封配合，外壳腔的底部设置有底轴座，该底轴座与插入其内部的旋转轴的顶端相连接，旋转轴的底端依次穿经外壳层、基座后下延伸至基座的正下方，基座的顶面上设置有收集装置，盛料转子、上盖座，以及盛料转子与旋转轴的交接处都位于收集装置的内部；所述旋转轴为中空结构，旋转轴的轴内腔经底轴座内开设的座气道后与外壳腔相通。

所述座气道包括左支气道与右支气道，左支气道、右支气道的内端均与轴内腔相通，左支气道、右支气道的外端均与外壳腔相通，且左支气道、右支气道位于旋转轴的两侧。

所述旋转轴的外壁沿轴运动槽的内壁贯穿而过，轴运动槽的外壁与基座相连接。

所述外壳层的底部上位于旋转轴两侧的部位各与一个限位弹簧的顶端相连接，限位弹簧的底端与限位缓冲块相连接，限位缓冲块宽于限位弹簧设置，且限位缓冲块高于基座设置。

所述喷嘴包括依次连接的对外口、嘴内腔与对内口，嘴内腔为外窄内宽的圆锥台结构，对外口的直径小于对内口的直径，喷嘴的外部空间依次经对外口、嘴内腔、对内口后与盛料腔相通。

所述对内口经内扩口与盛料腔相通，内扩口的直径大于对内口的直径。

所述收集装置包括多根结构一致的收集柱，所有的收集柱都以盛料转子为圆心呈同一个圆圈均匀设置，相邻的收集柱之间存在有柱间隙。

所述收集柱为圆柱体、长方体、圆锥体、椭圆体、球体或纺锤体结构。

所述上盖座的中部嵌入有加热座，该加热座的内部贯穿设置有活动管，活动管的顶端高于加热座的顶端，活动管的底端穿经加热座后下延至盛料腔的内部，且活动管沿加热座的内部上下滑动配合。

所述活动管的侧壁上开设有出料口，该出料口与活动管内部开设的管内腔相通，且出料口的长度小于加热座的长度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种加热熔融聚合物成丝装置中，盛料转子包括外壳层、外壳腔与盛料腔，盛料腔内设置有聚合物，外壳腔的底部设置有底轴座，该底轴座与插入其内部的旋转轴的顶端相连接，旋转轴的轴内腔经座气道与外壳腔相通，使用时，轴内腔向外壳腔中通入热空气以对盛料腔内的聚合物进行加热，使其成为熔融状态，以得到熔融液体，熔融液体具有一定的表面张力且分子缠结处于一个合理范围，同时，旋转轴带动盛料转子作高速回转运动，聚合物的熔融液体在喷嘴处形成泰勒锥，当离心力大于黏弹力和表面张力时，熔融液体被拉伸以形成纳米纤维，并射在收集装置上以方便收集，此外，调节喷嘴和收集装置之间的距离可以得到不同形态的纳米纤维，还可对喷嘴几何特征参数、受力情况以及收集装置进行设计以确定纳米纤维被收集时的形态，以实现纳米纺纱。因此，本发明不仅不需要施加高压电场、不受传导率约束，而且加热效果较好、生产效率较高。

2、本发明一种加热熔融聚合物成丝装置中，盛料腔的内部设置有聚合物，纳米纤维的源头为聚合物的熔融液体，而不仅仅是溶液，可见，本设计不仅可以采用普通的溶液制备纳米纤维，还可以采用陶瓷、金属材料或聚合物等熔体制作纳米纤维，大大扩大了适用范围。因此，本发明的适应范围较广，推广应用价值较高。

3、本发明一种加热熔融聚合物成丝装置中，外壳腔包裹在盛料腔的外部，从四周对盛料腔进行加热，加热较为均匀，同时，轴内腔经左支气道、右支气道向外壳腔中通入热空气，左支气道、右支气道位于旋转轴的两侧，通入的热空气在外壳腔中以逐渐蔓延的方式进行流动，而不是对着外壳腔喷入，从而确保外壳腔内温度的均匀性，进而确保盛料腔被加热的均匀性，利于获得较高质量的纳米纤维。因此，本发明不仅加热效果较为均匀，而且产品质量较高。

4、本发明一种加热熔融聚合物成丝装置中，旋转轴可沿轴运动槽作转动或上下滑动，从而实现转动式的上下运动，以调整纳米纤维喷射出的轨迹，从而获得更多形态的纳米纤维，以实现纳米纺纱，此外，外壳层的底部经限位弹簧与限位缓冲块相连接，限位缓冲块高于基座设置，该设计能对旋转轴的下行进行限位提醒，避免盛料转子与基座发生碰撞。因此，本发明不仅可控性较强，而且安全性较高。

5、本发明一种加热熔融聚合物成丝装置中，收集装置包括多根结构一致的收集柱，所有的收集柱都以盛料转子为圆心呈同一个圆圈均匀设置，相邻的收集柱之间存在有柱间隙，使用时，每根收集柱都能收集纳米纤维，收集效率较高，而且每当收集满一根，就可以替换为一根新的收集柱，确保纳米纤维收集的顺利进行，此外，还可以通过调整收集柱的形状以及柱间隙的大小，以获得更多形态的纳米纤维，以满足多种生产需求。因此，本发明不仅收集效率较高，而且可调性较强。

6、本发明一种加热熔融聚合物成丝装置中，上盖座的中部嵌入有加热座，加热座的内部贯穿设置有活动管，活动管沿加热座的内部上下滑动配合，活动管的侧壁上开设有出料口，使用时，既可以在活动管内设置加热装置，通过活动管的上下运动以从内部对盛料腔进行不同程度的加热，还可以在活动管内设置各种添加物，以在生产的过程中对盛料腔内的聚合物进行各种调整，以获得更多形态的纳米纤维。因此，本发明不仅加热效果较好，而且可调性较高，产品形态多样。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中喷嘴的结构示意图。

图3是图1中收集装置的俯视图。

图4是图1中上盖座的结构示意图。

图5是图1中底轴座的结构示意图。

图中：基座1、上盖座2、加热座21、活动管22、出料口23、管内腔24、旋转轴3、轴内腔31、轴运动槽32、盛料转子4、外壳层41、外壳腔42、盛料腔43、收集装置5、收集柱51、柱间隙52、喷嘴6、对外口61、嘴内腔62、对内口63、内扩口64、底轴座7、座气道71、左支气道72、右支气道73、限位弹簧8、限位缓冲块81。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1至图5，一种加热熔融聚合物成丝装置，包括盛料转子4、旋转轴3与收集装置5，所述盛料转子4与喷嘴6相通，盛料转子4的内部盛装有聚合物，盛料转子4的底部与旋转轴3相连接，盛料转子4的四周设置有收集装置5；

所述盛料转子4包括外壳层41、外壳腔42与盛料腔43，外壳腔42夹于外壳层41、盛料腔43之间，外壳腔42内设置有喷嘴6以导通盛料腔43与外部空间，外壳腔42、盛料腔43的顶部与同一个上盖座2进行密封配合，外壳腔42的底部设置有底轴座7，该底轴座7与插入其内部的旋转轴3的顶端相连接，旋转轴3的底端依次穿经外壳层41、基座1后下延伸至基座1的正下方，基座1的顶面上设置有收集装置5，盛料转子4、上盖座2，以及盛料转子4与旋转轴3的交接处都位于收集装置5的内部；所述旋转轴3为中空结构，旋转轴3的轴内腔31经底轴座7内开设的座气道71后与外壳腔42相通。

所述座气道71包括左支气道72与右支气道73，左支气道72、右支气道73的内端均与轴内腔31相通，左支气道72、右支气道73的外端均与外壳腔42相通，且左支气道72、右支气道73位于旋转轴3的两侧。

所述旋转轴3的外壁沿轴运动槽32的内壁贯穿而过，轴运动槽32的外壁与基座1相连接。

所述外壳层41的底部上位于旋转轴3两侧的部位各与一个限位弹簧8的顶端相连接，限位弹簧8的底端与限位缓冲块81相连接，限位缓冲块81宽于限位弹簧8设置，且限位缓冲块81高于基座1设置。

所述喷嘴6包括依次连接的对外口61、嘴内腔62与对内口63，嘴内腔62为外窄内宽的圆锥台结构，对外口61的直径小于对内口63的直径，喷嘴6的外部空间依次经对外口61、嘴内腔62、对内口63后与盛料腔43相通。

所述对内口63经内扩口64与盛料腔43相通，内扩口64的直径大于对内口63的直径。

所述收集装置5包括多根结构一致的收集柱51，所有的收集柱51都以盛料转子4为圆心呈同一个圆圈均匀设置，相邻的收集柱51之间存在有柱间隙52。

所述收集柱51为圆柱体、长方体、圆锥体、椭圆体、球体或纺锤体结构。

所述上盖座2的中部嵌入有加热座21，该加热座21的内部贯穿设置有活动管22，活动管22的顶端高于加热座21的顶端，活动管22的底端穿经加热座21后下延至盛料腔43的内部，且活动管22沿加热座21的内部上下滑动配合。

所述活动管22的侧壁上开设有出料口23，该出料口23与活动管22内部开设的管内腔24相通，且出料口23的长度小于加热座21的长度。

本发明的原理说明如下：

本发明既可以直接采取溶液，也可以采用聚合物制作纳米纤维，从而使金属、陶瓷或聚合物等熔体都成为纳米纤维的制作材料，而且具备较高的制作效率。具体而言，本发明通过对盛料腔的加热，使盛料腔中的聚合物成为熔融状态，并得到熔融液体，熔融液体具有一定的表面张力且分子缠结处于一个合理范围，当旋转轴带动盛料转子作高速回转运动时，聚合物的熔融液体在喷嘴处形成泰勒锥，当离心力大于黏弹力和表面张力时，熔融液体被拉伸以形成纳米纤维，并射在收集装置上以方便收集。调节喷嘴和收集装置之间的距离可以得到不同形态的纳米纤维，根据纳米纤维制备时喷嘴几何特征参数以及受力情况可知纳米纤维空间轨迹，通过设计不同的收集装置可以实现纳米纺纱。本发明不需要使用溶剂以获得传导率，不会产生污染，实现清洁生产。

实施例1：

参见图1至图5，一种加热熔融聚合物成丝装置，包括盛料转子4、旋转轴3与收集装置5，所述盛料转子4与喷嘴6相通，盛料转子4的内部盛装有聚合物，盛料转子4的底部与旋转轴3相连接，盛料转子4的四周设置有收集装置5；

所述盛料转子4包括外壳层41、外壳腔42与盛料腔43，外壳腔42夹于外壳层41、盛料腔43之间，外壳腔42内设置有喷嘴6以导通盛料腔43与外部空间，外壳腔42、盛料腔43的顶部与同一个上盖座2进行密封配合，外壳腔42的底部设置有底轴座7，该底轴座7与插入其内部的旋转轴3的顶端相连接，旋转轴3的底端依次穿经外壳层41、基座1后下延伸至基座1的正下方，基座1的顶面上设置有收集装置5，盛料转子4、上盖座2，以及盛料转子4与旋转轴3的交接处都位于收集装置5的内部；所述旋转轴3为中空结构，旋转轴3的轴内腔31经底轴座7内开设的座气道71后与外壳腔42相通。优选所述座气道71包括左支气道72与右支气道73，左支气道72、右支气道73的内端均与轴内腔31相通，左支气道72、右支气道73的外端均与外壳腔42相通，且左支气道72、右支气道73位于旋转轴3的两侧。

实施例2：

基本内容同实施例1，不同之处在于：

所述旋转轴3的外壁沿轴运动槽32的内壁贯穿而过，轴运动槽32的外壁与基座1相连接。所述外壳层41的底部上位于旋转轴3两侧的部位各与一个限位弹簧8的顶端相连接，限位弹簧8的底端与限位缓冲块81相连接，限位缓冲块81宽于限位弹簧8设置，且限位缓冲块81高于基座1设置。

实施例3：

基本内容同实施例1，不同之处在于：

所述喷嘴6包括依次连接的对外口61、嘴内腔62与对内口63，嘴内腔62为外窄内宽的圆锥台结构，对外口61的直径小于对内口63的直径，喷嘴6的外部空间依次经对外口61、嘴内腔62、对内口63后与盛料腔43相通。所述对内口63经内扩口64与盛料腔43相通，内扩口64的直径大于对内口63的直径。

实施例4：

基本内容同实施例1，不同之处在于：

所述收集装置5包括多根结构一致的收集柱51，所有的收集柱51都以盛料转子4为圆心呈同一个圆圈均匀设置，相邻的收集柱51之间存在有柱间隙52。所述收集柱51为圆柱体、长方体、圆锥体、椭圆体、球体或纺锤体结构。

实施例5：

基本内容同实施例1，不同之处在于：

所述上盖座2的中部嵌入有加热座21，该加热座21的内部贯穿设置有活动管22，活动管22的顶端高于加热座21的顶端，活动管22的底端穿经加热座21后下延至盛料腔43的内部，且活动管22沿加热座21的内部上下滑动配合。所述活动管22的侧壁上开设有出料口23，该出料口23与活动管22内部开设的管内腔24相通，且出料口23的长度小于加热座21的长度。

Claims (10)

1.一种加热熔融聚合物成丝装置，包括盛料转子（4）、旋转轴（3）与收集装置（5），所述盛料转子（4）与喷嘴（6）相通，盛料转子（4）的内部盛装有聚合物，盛料转子（4）的底部与旋转轴（3）相连接，盛料转子（4）的四周设置有收集装置（5），其特征在于：

所述盛料转子（4）包括外壳层（41）、外壳腔（42）与盛料腔（43），外壳腔（42）夹于外壳层（41）、盛料腔（43）之间，外壳腔（42）内设置有喷嘴（6）以导通盛料腔（43）与外部空间，外壳腔（42）、盛料腔（43）的顶部与同一个上盖座（2）进行密封配合，外壳腔（42）的底部设置有底轴座（7），该底轴座（7）与插入其内部的旋转轴（3）的顶端相连接，旋转轴（3）的底端依次穿经外壳层（41）、基座（1）后下延伸至基座（1）的正下方，基座（1）的顶面上设置有收集装置（5），盛料转子（4）、上盖座（2），以及盛料转子（4）与旋转轴（3）的交接处都位于收集装置（5）的内部；所述旋转轴（3）为中空结构，旋转轴（3）的轴内腔（31）经底轴座（7）内开设的座气道（71）后与外壳腔（42）相通。

2.根据权利要求1所述的一种加热熔融聚合物成丝装置，其特征在于：所述座气道（71）包括左支气道（72）与右支气道（73），左支气道（72）、右支气道（73）的内端均与轴内腔（31）相通，左支气道（72）、右支气道（73）的外端均与外壳腔（42）相通，且左支气道（72）、右支气道（73）位于旋转轴（3）的两侧。

3.根据权利要求1或2所述的一种加热熔融聚合物成丝装置，其特征在于：所述旋转轴（3）的外壁沿轴运动槽（32）的内壁贯穿而过，轴运动槽（32）的外壁与基座（1）相连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种加热熔融聚合物成丝装置，其特征在于：所述外壳层（41）的底部上位于旋转轴（3）两侧的部位各与一个限位弹簧（8）的顶端相连接，限位弹簧（8）的底端与限位缓冲块（81）相连接，限位缓冲块（81）宽于限位弹簧（8）设置，且限位缓冲块（81）高于基座（1）设置。

5.根据权利要求1或2所述的一种加热熔融聚合物成丝装置，其特征在于：所述喷嘴（6）包括依次连接的对外口（61）、嘴内腔（62）与对内口（63），嘴内腔（62）为外窄内宽的圆锥台结构，对外口（61）的直径小于对内口（63）的直径，喷嘴（6）的外部空间依次经对外口（61）、嘴内腔（62）、对内口（63）后与盛料腔（43）相通。

6.根据权利要求5所述的一种加热熔融聚合物成丝装置，其特征在于：所述对内口（63）经内扩口（64）与盛料腔（43）相通，内扩口（64）的直径大于对内口（63）的直径。

7.根据权利要求1或2所述的一种加热熔融聚合物成丝装置，其特征在于：所述收集装置（5）包括多根结构一致的收集柱（51），所有的收集柱（51）都以盛料转子（4）为圆心呈同一个圆圈均匀设置，相邻的收集柱（51）之间存在有柱间隙（52）。

8.根据权利要求7所述的一种加热熔融聚合物成丝装置，其特征在于：所述收集柱（51）为圆柱体、长方体、圆锥体、椭圆体、球体或纺锤体结构。

9.根据权利要求1或2所述的一种加热熔融聚合物成丝装置，其特征在于：所述上盖座（2）的中部嵌入有加热座（21），该加热座（21）的内部贯穿设置有活动管（22），活动管（22）的顶端高于加热座（21）的顶端，活动管（22）的底端穿经加热座（21）后下延至盛料腔（43）的内部，且活动管（22）沿加热座（21）的内部上下滑动配合。

10.根据权利要求9所述的一种加热熔融聚合物成丝装置，其特征在于：所述活动管（22）的侧壁上开设有出料口（23），该出料口（23）与活动管（22）内部开设的管内腔（24）相通，且出料口（23）的长度小于加热座（21）的长度。