CN109695097A - 一种静电喷射制备导电型无纺布的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种静电喷射制备导电型无纺布的方法，所述方法包括以下步骤：步骤10，原料制备；步骤20，压力挤出；步骤30，喷丝成网；步骤40，压合成布；其中，原料组分A炭黑类导电纤维和原料组分B聚丙烯通过两个通道进入压力挤出装置，在喷头的喷孔周围设有高压喷气口，喷头上接有高压直流电的负电极，集网装置上接有高压直流电的正极。本发明利用双层锥形压力挤出装置将两组原料在喷射成纤维丝的过程中进行混合，省略了铺设一层导电功能纤维层的流程，缩短了导电型无纺布的加工过程，且采用聚丙烯、炭黑类导电纤维这些来源丰富、价格低廉，相对更容易降解的原料，使得整个生产、使用阶段都相对更为环保。

Description

一种静电喷射制备导电型无纺布的方法
技术领域
本发明涉及静电纺丝技术领域，尤其涉及一种静电喷射制备导电型无纺布的方法。
背景技术
无纺布是一种不需要纺纱织布而形成的织物，只是将纺织短纤维或者长丝进行定向或随机撑列，形成纤网结构，然后采用机械、热粘或化学等方法加固而成。简单的讲就是，它不是由一根一根的纱线交织、编结在一起的，而是将纤维直接通过物理的方法粘合在一起的，所以，当你拿到你衣服里的粘衬时，就会发现，是抽不出一根根的线头的。无纺布突破了传统的纺织原理，并具有工艺流程短、生产速度快，产量高、成本低、用途广、原料来源多等特点，在日常生产和生活中有着广泛的应用，医用非织造产品作为用即弃的一次性用品，不仅使用便利、安全卫士，还能有效地防止细菌感染和医源性交叉感染。所以现在市场对医用无纺布的需求还是很大的。
随着人们健康意识的提高和对生活质量的重视，如何赋予已经广泛应用的无纺布材料的优良的性能，成为当前一个热门的课题。中国专利CN1970865A公开了一种将表面镀银的纤维添加进无纺布纤维中的技术，具有杀灭常见细菌的能力。中国专利CN201109221Y公开了一种抗菌复合无纺布材料，它由三层材料复合而成，外层为吸水无纺布制作的吸水层，中间层为PE、PU膜或防水透气膜制作的防水层，里层为抗菌无纺布制作的抗菌层，使之同时具备了吸水、防水、抗菌的功能。中国专利CN104695137A公开了一种抗静电无纺布，该无纺布由聚酯、聚酰胺类聚合物，抗静电剂制备得到，该发明制备的无纺布纤维直径较细，得到无纺布具有比表面积大、孔隙率高、过滤效率优、柔软性好、舒适感强等优点。中国专利CN201680041502.6公开了一种无纺布复合体及其制备方法，利用在线层叠法向层叠了多层无纺布而成的多层长纤维无纺布引入了包括具有导电性的纤维的线构成的无纺布复合体，这种方法是在无纺布成品中再加入了一道引入工序，也不能一次成型，会增加生产成本导致不必要的物料中转费用，过程比较复杂，也不便于生产。
静电纺丝技术已经成为制备超细纤维和纳米纤维的重要方法，但该技术存在产量极低，纤维结构单一，不能很好的实现纤维排列一致，大多数是杂乱无章，随意性强。很难重现。中国专利CN201510000101.3公开了一种静电纺丝法制备纳米熔喷无纺布的方法，利用微层共挤出技术将原料叠层，形成熔体膜，再经过牵伸系统的热气流和静电场形成微纤维。这种原料比较单一，制成的无纺布的功能性不强。
发明内容
为克服现有技术中存在的原料单一聚合物造成的性能不足及不能一次成型的问题，本发明提供了一种静电喷射制备导电型无纺布的方法。
一种静电喷射制备导电型无纺布的方法，包括以下步骤：
步骤10，原料制备，将原料组分A和组分B分别加热，成为稳定的熔融态；
步骤20，压力挤出，将熔融态的原料组分A和组分B通过熔体分配流道分别送入多层的锥形的压力挤出装置的内层和外层，通过压力挤出装置的喷头到达喷孔前端；
步骤30，喷丝成网，在喷头处设置有高压喷气管道，所述喷气管道中有经空气加热器加热的高速热气流，在喷头下设置有静电场，所述静电场是由高压直流电源提供，熔融态的原料组分A和B，在高速热气流和静电场的作用下，被聚集混合喷射成纳米级纤维丝，冷却固化沉积于喷头下方的集网装置上，为了增加生产效率，一般设有100-200个喷头，固定在一个高密度孔的喷丝板上，所述纳米级纤维丝在所述集网装置上形成纳米纤维丝网，集网装置上设有传感器，根据形成的纳米纤维丝网的厚度和形状可移动的接收纤维丝；
步骤40，压合成布，集网装置将纳米纤维丝网送入滚压筒，进行压合，制成纳米纤维无纺布。
在本发明的一个优选实施例中，所述组分B是纯聚合物或者至少一种无机盐与纯聚合物的混合物。
在本发明的一个优选实施例中，所述纯聚合物为聚丙烯。
在本发明的一个优选实施例中，所述无机盐为氯化钙、氯化锂、氯化钾、氯化钠、氯化铁、氯化锌、氯化钡、氯化镁、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、硝酸银、硝酸铜、硝酸钠、亚硫酸钠和溴化锂中的任意一种或几种的混合物。
在本发明的一个优选实施例中，所述无机盐占组分B质量的0％～5％，先将少量去离子水加入到无机盐中，达到饱和状态即可，并超声1-5个小时，然后将加热后的熔融状态的聚合物加入其中，并用磁力搅拌装置连续搅拌5-15个小时，混合成均匀且稳定的组分B。
进一步的，所述无机盐的作用机理为：无机盐添加到聚合物中，这些盐分解生成正离子和负离子，增加了熔融液中粒子的数量，从而提高了其电导率。高电导率的聚合物熔融液形成的液滴，其受到的电场力作用较大，进而受到的空气阻力的作用也比较大，有利于液滴的受压变形。
在本发明的一个优选实施例中，所述组分A是炭黑类导电纤维，。
在本发明的一个优选实施例中，所述静电场是由高压直流电源提供，所述高压直流电源的负极连接于压力挤出装置，正极与所述集网装置连接，这样的正负极设置可以避免火花放电，直流电源的电压为50～120kV，喷头据集网装置的距离为10～50cm。
在本发明的一个优选实施例中，所述集网装置上的传感器，采集纳米纤维丝及纳米纤维丝网的形状数据。
在本发明的一个优选实施例中，还包括控制系统，控制系统收集传感器采集的纳米纤维丝及纳米纤维丝网的实时数据，通过数据判断纳米纤维丝的形状和纳米纤维丝网的长宽，聚集程度，来及时控制所述集网装置上下左右移动来接丝，纤维丝聚集成丝网后所述集网装置的移动；还可以通过控制系统调整高压喷气管道的压力、压力挤出装置的压力、原料组分A及原料组分B进入压力挤出装置的比例。
在本发明的一个优选实施例中，制成的导电型无纺布的厚度为0.4～0.6mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)采用纯聚丙烯为主要原料，聚丙烯具有来源丰富、价格低廉、容易降解，所以作为用即弃的医用材料，是非常环保的；
(2)采用炭黑类导电纤维作为导电剂，也是因为这种材料的导电效果很好，无毒，来源丰富，价格低廉；
(3)采用双层压力挤出装置，将两种原料组分在喷头处开始聚集，在高压喷气和静电场两种力的作用下，使得两种原料的形成的纤维丝混合更加均匀，不需要在原来制成的无纺布半成品上增加功能性层，导电效果更好。
附图说明
图1是本发明一种静电喷射制备导电型无纺布的方法一优选实施例的流程示意图；
图2是本发明一种静电喷射制备导电型无纺布的方法一优选实施例的生产设备结构示意图；
其中：1-压力挤出装置；11-内层；12-外层；13-喷头；14-高压喷气管道；15-喷丝板；2-高压直流电源；3-集网装置。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种静电喷射制备导电型无纺布的方法，包括以下步骤：
步骤10，原料制备，将原料组分A和组分B分别加热，成为稳定的熔融态；
步骤20，压力挤出，将熔融态的原料组分A和组分B通过熔体分配流道分别送入多层的锥形的压力挤出装置1的内层11和外层12，通过压力挤出装置1的喷头13到达喷孔前端；
步骤30，喷丝成网，在喷头13处设置有高压喷气管道14，所述喷气管道中有经空气加热器加热的高速热气流，在喷头13下设置有静电场，所述静电场是由高压直流电源2提供，熔融态的原料组分A和B，在高速热气流和静电场的作用下，被聚集混合喷射成纳米级纤维丝，冷却固化沉积于喷头13下方的集网装置3上，为了增加生产效率，一般设有100-200个喷头，固定在一个高密度孔的喷丝板15上，所述纳米级纤维丝在所述集网装置3上形成纳米纤维丝网，集网装置3上设有传感器，根据形成的纳米纤维丝网的厚度和形状可移动的接收纤维丝；
步骤40，压合成布，集网装置3将纳米纤维丝网送入滚压筒，进行压合，制成纳米纤维无纺布。
实施例1：
在本实施例中，所述锥形的压力挤出装置1是两层的，所述组分A进入内层，所述组分B进入外层，组分B采用聚丙烯与硝酸银的混合物。
在本实施例中，所述硝酸银占组分B质量的3％，先将少量去离子水加入到硝酸银中，达到饱和状态即可，并超声1个小时，然后将加热后的熔融状态的聚丙烯加入其中，并用磁力搅拌装置连续搅拌5个小时，混合成均匀且稳定的组分B。
进一步的，所述硝酸银的作用机理为：无机盐添加到聚合物中，这些盐分解生成正离子和负离子，增加了熔融液中粒子的数量，从而提高了其电导率。高电导率的聚丙烯熔融液形成的液滴，其受到的电场力作用较大，进而受到的空气阻力的作用也比较大，有利于液滴的受压变形。
在本实施例中，所述组分A是炭黑类导电纤维，组分A加热后被推进到锥形压力挤出装置的外层。
在本实施例中，所述静电场是由高压直流电源2提供，所述高压直流电源2的负极连接于压力挤出装置1，正极与所述集网装置3连接，这样的正负极设置可以避免火花放电，直流电源的电压为50kV，喷头13据集网装置3的距离为10cm。
在本实施例中，所述集网装置3上的传感器，采集纳米纤维丝及纳米纤维丝网的形状数据。
在本实施例中，还包括控制系统，控制系统收集传感器采集的纳米纤维丝及纳米纤维丝网的实时数据，通过数据判断纳米纤维丝的形状和纳米纤维丝网的长宽，聚集程度，来及时控制所述集网装置3上下左右移动来接丝，纤维丝聚集成丝网后所述集网装置3的移动；还可以通过控制系统调整高压喷气管道14的压力、压力挤出装置1的压力、原料组分A及原料组分B进入压力挤出装置的比例。
在本实施例中，制成的导电型无纺布的厚度为0.4mm。
实施例2：
在本实施例中，所述锥形的压力挤出装置1是两层的，所述组分A进入内层，所述组分B进入外层，组分B采用聚丙烯与氯化钙的混合物。
在本实施例中，所述氯化钙占组分B质量的5％，先将少量去离子水加入到氯化钙中，达到饱和状态即可，并超声5个小时，然后将加热后的熔融状态的聚丙烯加入其中，并用磁力搅拌装置连续搅拌15个小时，混合成均匀且稳定的组分B。
进一步的，所述氯化钙的作用机理为：无机盐添加到聚合物中，这些盐分解生成正离子和负离子，增加了熔融液中粒子的数量，从而提高了其电导率。高电导率的聚丙烯熔融液形成的液滴，其受到的电场力作用较大，进而受到的空气阻力的作用也比较大，有利于液滴的受压变形。
在本实施例中，所述组分A是炭黑类导电纤维，组分A加热后被推进到锥形压力挤出装置的外层。
在本实施例中，所述静电场是由高压直流电源2提供，所述高压直流电源2的负极连接于压力挤出装置1，正极与所述集网装置3连接，这样的正负极设置可以避免火花放电，直流电源的电压为120kV，喷头13据集网装置3的距离为50cm。
在本实施例中，所述集网装置3上的传感器，采集纳米纤维丝及纳米纤维丝网的形状数据。
在本实施例中，还包括控制系统，控制系统收集传感器采集的纳米纤维丝及纳米纤维丝网的实时数据，通过数据判断纳米纤维丝的形状和纳米纤维丝网的长宽，聚集程度，来及时控制所述集网装置3上下左右移动来接丝，纤维丝聚集成丝网后所述集网装置3的移动；还可以通过控制系统调整高压喷气管道14的压力、压力挤出装置3的压力、原料组分A及原料组分B进入压力挤出装置的比例。
在本实施例中，制成的导电型无纺布的厚度为0.6mm
(1)采用纯聚丙烯为主要原料，聚丙烯具有来源丰富、价格低廉、容易降解，所以作为用即弃的医用材料，是非常环保的；
(2)采用炭黑类导电纤维作为导电剂，也是因为这种材料的导电效果很好，无毒，来源丰富，价格低廉；
(3)采用双层压力挤出装置，将两种原料组分在喷头处开始聚集，在高压喷气和静电场两种力的作用下，使得两种原料的形成的纤维丝混合更加均匀，不需要在原来制成的无纺布半成品上增加功能性层，导电效果更好。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种静电喷射制备导电型无纺布的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤10，原料制备，将原料组分A和组分B分别加热，成为稳定的熔融态；
步骤20，压力挤出，将熔融态的原料组分A和组分B通过熔体分配流道分别送入多层的锥形的压力挤出装置(1)的内层(11)和外层(12)，通过压力挤出装置的喷头(13)到达喷孔前端；
步骤30，喷丝成网，在喷头(13)处设置有高压喷气管道(14)，所述喷气管道(14)中有经空气加热器加热的高速热气流，在喷头(13)下设置有静电场，所述静电场是由高压直流电源(2)提供，熔融态的原料组分A和B，在高速热气流和静电场的作用下，被聚集混合喷射成纳米级纤维丝，冷却固化沉积于喷头(13)下方的集网装置(3)上，为了增加生产效率，一般设有100-200个喷头，固定在一个高密度孔的喷丝板(15)上，所述纳米级纤维丝在所述集网装置(3)上形成纳米纤维丝网，集网装置(3)上设有传感器，根据形成的纳米纤维丝网的厚度和形状可移动的接收纤维丝；
步骤40，压合成布，集网装置(3)将纳米纤维丝网送入滚压筒，进行压合，制成纳米纤维无纺布。
2.根据权利要求1所述的一种静电喷射制导电型无纺布的方法，其特征在于：所述组分B是纯聚合物或者至少一种无机盐与纯聚合物的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种静电喷射制备导电型无纺布的方法，其特征在于：所述纯聚合物为聚丙烯。
4.根据权利要求1所述的一种静电喷射制备导电型无纺布的方法，其特征在于：所述无机盐为氯化钙、氯化锂、氯化钾、氯化钠、氯化铁、氯化锌、氯化钡、氯化镁、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、硝酸银、硝酸铜、硝酸钠、亚硫酸钠和溴化锂中的任意一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种静电喷射制备导电型无纺布的方法，其特征在于：所述无机盐占组分B质量的0％～5％，先将少量去离子水加入到无机盐中，达到饱和状态即可，并超声1-5个小时，然后将加热后的熔融状态的聚合物加入其中，并用磁力搅拌装置连续搅拌5-15个小时，混合成均匀且稳定的组分B。
6.根据权利要求1所述的一种静电喷射制备导电型无纺布的方法，其特征在于：所述组分A是炭黑类导电纤维。
7.根据权利要求1所述的一种静电喷射制备导电型无纺布的方法，其特征在于：所述静电场是由高压直流电源(2)提供，所述高压直流电源(2)的负极连接于压力挤出装置，正极与所述集网装置(3)连接，电压为50～120kV，喷头据集网装置(3)的距离为10～50cm。
8.根据权利要求1所述的一种静电喷射制备导电型无纺布的方法，其特征在于：所述集网装置(3)上的传感器，采集纳米纤维丝及纳米纤维丝网的形状数据。
9.根据权利要求1所述的一种静电喷射制备导电型无纺布的方法，其特征在于：还包括控制系统，控制系统收集传感器采集的纳米纤维丝及纳米纤维丝网的实时数据，通过数据判断纳米纤维丝的形状和纳米纤维丝网的长宽，聚集程度，来及时控制所述集网装置(3)上下左右移动来接丝，纤维丝聚集成丝网后所述集网装置(3)的移动；还可以通过控制系统调整高压喷气管道的压力、压力挤出装置的压力、原料组分A及原料组分B进入压力挤出装置的比例。
10.根据权利要求1所述的一种静电喷射制备导电型无纺布的方法，其特征在于：制成的导电型无纺布的厚度为0.4～0.6mm。
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