CN110528095A - 一种多孔表面结构纤维的制备方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多孔表面结构纤维的制备方法及装置，涉及熔喷纺织技术领域。本发明提供的一种多孔表面结构纤维的制备方法及装置，本发明提供的一种多孔表面结构纤维的制备方法及装置，利用高速气流掺杂纳米PVA粒子吹喷的方法，使得聚合物熔体从喷丝孔喷出的过程中，经由携带有纳米PVA粒子的高速气流吹喷而牵伸为表面嵌入有纳米PVA粒子的超细纤维，再该超细纤维经水浴处理后，使得嵌入超细纤维表面的纳米PVA粒子溶解于水中，进而制备得到多孔表面结构纤维，可解决多孔表面结构纤维表面的孔隙大小和分布不均匀，制备流程复杂的技术问题，达到多孔表面结构纤维具有高比表面积，且纤维表面孔隙大小可控，制备流程简便高效的技术效果。

Description

一种多孔表面结构纤维的制备方法及装置
技术领域
本发明涉及熔喷纺织技术领域，特别涉及一种多孔表面结构纤维的制备方法及装置。
背景技术
多孔表面结构纤维因其具备的良好吸附和过滤性能，被广泛应用于空调过滤器、口罩、净化器滤芯等领域。
现有多孔表面结构纤维的制备方法通常为将多种纤维原材料共混后，经熔喷纺丝、静电纺丝形成混合纤维，再经过溶剂挥发、发泡处理等方法获得具有多孔表面结构的纤维材料。比如，申请号为“201910207256.2”提供的“一种具有多孔表面结构的复合纳米纤维材料及其制备方法”中，公开了“利用相容性较差的聚琥珀酰亚胺和聚丙烯腈制备共混纺丝溶液，共混纺丝溶液在静电纺丝过程中共同溶剂的挥发导致聚琥珀酰亚胺和聚丙烯腈发生相分离，形成具有多孔表面结构的聚琥珀酰亚胺/聚丙烯腈复合纳米纤维”的技术方法，从而制备得到多孔表面结构纤维；申请号为“201510586266.3”提供的“一种自修复多孔纤维的制备方法”中，公开了“利用废旧棉布以及枯黄植物制备改性纤维素，其次进行发泡处理得到内部多孔的纤维体”，从而制备得到多孔表面结构纤维。
在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：
现有技术提供的多孔表面结构纤维的制备方法需要多种纤维原材料，且制备流程较为复杂，制备过程产生的废气废水容易对环境造成污染，此外，制得多孔表面结构纤维表面的孔隙大小和分布不均匀也极大限制其应用。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种多孔表面结构纤维的制备方法及装置，通过将聚合物熔体在含有纳米PVA粒子的高温高速气流吹喷下拉伸为表面嵌入有纳米PVA粒子的超细纤维，再将表面嵌入有纳米PVA粒子的超细纤维经水浴后溶掉纳米PVA粒子，形成多孔表面结构纤维，具体技术方案如下。
根据本发明实施例的第一个方面，提供一种多孔表面结构纤维的制备装置，包括料斗、高温螺杆、腔体、气流发生器、气流加热器、喷气孔、喷丝孔和接收装置，其特征在于：
所述高温螺杆的一端上方设有所述料斗，另一端与所述腔体连接；所述喷丝孔设于所述腔体下端，且所述喷丝孔左右两侧对称设有呈预设角度向内倾斜的两个所述喷气孔；所述气流发生器通过两个通气管分别与所述腔体下端的两个所述喷气孔相连通，所述气流发生器上设有所述气流加热器；所述料斗通过所述高温螺杆在所述腔体内与所述喷丝孔连通；
所述气流发生器还与纳米PVA粒子储料装置相连通，所述纳米PVA粒子储料装置用于放置纳米PVA粒子；
所述接收装置的输送方向起始端正上方与所述喷丝孔对应，所述接收装置的输送方向末端与水浴槽相连接，所述水浴槽内设有60℃~100℃去离子水。
在一个优选的实施例中，所述纳米PVA粒子储料装置与所述气流发生器的结合处还设有定量阀，所述定量阀用于控制单位时间内纳米PVA粒子流入所述气流发生器的数量。
在一个优选的实施例中，所述纳米PVA粒子储料装置内还设有搅拌器。
在一个优选的实施例中，所述纳米PVA粒子储料装置与所述气流发生器的结合处设有过滤网。
在一个优选的实施例中，所述装置还包括烘干装置，所述烘干装置用于烘干所述水浴槽中取出的多孔表面结构纤维。
根据本发明实施例的第二个方面，提供一种多孔表面结构纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
启动气流发生器和气流加热器，向所述纳米PVA粒子储料装置内投入纳米PVA粒子；
将聚合物切片投入料斗后，经高温螺杆挤压加热得到聚合物熔体，所述聚合物熔体送入腔体后，从腔体下端的喷丝孔喷出；
将喷丝孔喷出的聚合物熔体，经两侧喷气孔喷出携带有纳米PVA粒子的高温高速气流吹喷后，拉伸得到表面嵌入有纳米PVA粒子的超细纤维；
通过接收装置接收表面嵌入有纳米PVA粒子的所述超细纤维后，将所述超细纤维输送至盛有60℃~100℃去离子水的水浴槽内水浴30min~100min，使得所述超细纤维表面的纳米PVA粒子溶于去离子水中，制备得到多孔表面结构纤维。
在一个优选的实施例中，所述方法还包括：
将所述多孔表面结构纤维从所述水浴槽送入烘干装置进行烘干。
在一个优选的实施例中，所述聚合物切片的熔点不大于230℃。
在一个优选的实施例中，所述高温高速气流的温度不大于230℃。
与现有技术相比，本发明提供的一种多孔表面结构纤维的制备方法及装置具有以下优点：
本发明提供的一种多孔表面结构纤维的制备方法及装置，利用高速气流掺杂纳米PVA粒子吹喷的方法，使得聚合物熔体从喷丝孔喷出的过程中，经由携带有纳米PVA粒子的高速气流吹喷而牵伸为表面嵌入有纳米PVA粒子的超细纤维，再该超细纤维经水浴处理后，使得嵌入超细纤维表面的纳米PVA粒子溶解于水中，进而制备得到多孔表面结构纤维，可解决多孔表面结构纤维表面的孔隙大小和分布不均匀，制备流程复杂的技术问题，达到多孔表面结构纤维具有高比表面积，且纤维表面孔隙大小可控，制备流程简便高效的技术效果。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并于说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种多孔表面结构纤维的制备装置的装置示意图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种多孔表面结构纤维的制备方法的方法流程图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种定量阀的安装示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例（但不限于所举实施例)与附图详细描述本发明，本实施例的具体方法仅供说明本发明，本发明的范围不受实施例的限制，本发明在应用中可以作各种形态与结构的修改与变动，这些基于本发明基础上的等价形式同样处于本发明申请权利要求保护范围。
图1是根据一示例性实施例示出的一种多孔表面结构纤维的制备装置的装置示意图，包括料斗（1）、高温螺杆（2）、腔体（3）、气流发生器（4）、气流加热器（5）、喷气孔（6）、喷丝孔（7）和接收装置（8），其特征在于：
所述高温螺杆（2）的一端上方设有所述料斗（1），另一端与所述腔体（3）连接；所述喷丝孔（7）设于所述腔体（3）下端，且所述喷丝孔（7）左右两侧对称设有呈预设角度向内倾斜的两个所述喷气孔（6）；所述气流发生器（4）通过两个通气管（9）分别与所述腔体（3）下端的两个所述喷气孔（6）相连通，所述气流发生器（4）上设有所述气流加热器（5）；所述料斗（1）通过所述高温螺杆（2）在所述腔体（3）内与所述喷丝孔（7）连通；所述气流发生器（4）还与纳米PVA粒子储料装置（10）相连通，所述纳米PVA粒子储料装置（10）用于放置纳米PVA粒子；所述接收装置（8）的输送方向起始端正上方与所述喷丝孔（7）对应，所述接收装置（8）的输送方向末端与水浴槽（11）相连接，所述水浴槽（11）内设有60℃~100℃去离子水。
其中，料斗（1）用于投放聚合物切片，气流发生器（4）用于产生高速气流，气流加热器（5）用于加热气流发生器（4）产生的高速气流，接收装置（8）具有输送功能，可以是输送带。
本发明提供的多孔表面结构纤维的制备装置在处于工作状态时，工作人员启动气流发生器（4）和气流加热器（5），使得气流发生器（4）产生高速气体后，高速气体由气流加热器（5）加热后形成高温高速气流，经通气管（9）输送至喷气孔（6）喷出；此时，工作人员可以向所述纳米PVA粒子储料装置（10）加入纳米PVA粒子，使得纳米PVA粒子储料装置（10）中的纳米PVA粒子进入气流发生器（4）后，随高温高速气流一同输送至喷气孔（6）喷出；同时，工作人员将聚合物切片从料斗（1）进入高温螺杆（2），经高温螺杆（2）挤压加热得到聚合物熔体，聚合物熔体进入腔体（3），由腔体（3）底部的喷丝孔（7）喷出，喷出的聚合物熔体在高温高速气流的吹喷牵伸下细化形成超细纤维，且高温高速气流中携带的纳米PVA粒子撞击并嵌入于超细纤维表面，使得超细纤维表面均匀嵌入有纳米PVA粒子并由接收装置（8）接收，接收装置（8）将所述超细纤维输送至盛有60℃~100℃去离子水的水浴槽（11）内水浴30min~100min后，使得所述超细纤维表面的纳米PVA粒子溶解于去离子水中，从而形成孔隙大小可控且分布均匀的多孔表面结构纤维，整个制备过程简单高效，所采用到的制备原料和试剂仅为聚合物切片、纳米PVA粒子以及去离子水。
需要说明的是，工作人员可根据实际多孔表面结构纤维的制备需要，选择相同或者不同大小的纳米PVA粒子加入至纳米PVA粒子储料装置（10）中，从而使得多孔表面结构纤维表面的各个孔隙大小可控。
为了更好地说明本发明实施例提供的一种多孔表面结构纤维的制备装置，还示出该多孔表面结构纤维的制备装置对应的使用方法，如图2所示。图2是根据一示例性实施例示出的一种多孔表面结构纤维的制备方法的方法流程图，其特征在于，所述方法包括：
步骤100，启动气流发生器和气流加热器，向所述纳米PVA粒子储料装置内投入纳米PVA粒子。
步骤200，将聚合物切片投入料斗后，经高温螺杆挤压加热得到聚合物熔体，所述聚合物熔体送入腔体后，从腔体下端的喷丝孔喷出。
步骤300，将喷丝孔喷出的聚合物熔体，经两侧喷气孔喷出携带有纳米PVA粒子的高温高速气流吹喷后，拉伸得到表面嵌入有纳米PVA粒子的超细纤维。
步骤400，通过接收装置接收表面嵌入有纳米PVA粒子的所述超细纤维后，将所述超细纤维输送至盛有60℃~100℃去离子水的水浴槽内水浴30min~100min，使得所述超细纤维表面的纳米PVA粒子溶于去离子水中，制备得到多孔表面结构纤维。
需要说明的是，由于纳米PVA粒子的熔点为250℃，为了使得纳米PVA粒子在高温高速气流输送的过程中，以及嵌入于未冷却超细纤维的过程中不被高温熔化，优选的，本发明采用的聚合物切片的熔点不大于230℃，所述高温高速气流的温度不大于230℃，其中，聚合物切片的材料可以为PP。
在一个优选的实施例中，所述纳米PVA粒子储料装置（10）与所述气流发生器（4）的结合处还设有定量阀（12），所述定量阀（12）用于控制单位时间内纳米PVA粒子流入所述气流发生器（4）的数量。
其中，定量阀（12）的安装示意图如图3所示。
工作人员可以通过控制定量阀（12）的开闭程度来控制纳米PVA粒子储料装置（19）中，单位时间内纳米PVA粒子流入气流发生器（4）的数量；或，工作人员先关闭纳米PVA粒子储料装置（10）的定量阀（12），再向纳米PVA粒子储料装置（10）内置入纳米PVA粒子后，打开定量阀（12），通过控制定量阀（12）的开闭程度来控制纳米PVA粒子储料装置（10）中，单位时间内纳米PVA粒子流入气流发生器（4）的数量。
在一个优选的实施例中，所述纳米PVA粒子储料装置（10）内还设有搅拌器。
搅拌器用于避免纳米PVA粒子发生结块现象，从而影响最终多孔表面结构纤维的性状。
在一个优选的实施例中，所述纳米PVA粒子储料装置（10）与所述气流发生器的结合处设有过滤网。
过滤网用于过滤大颗粒的纳米PVA粒子黏连体，避免纳米PVA粒子黏连体在吹喷至超细纤维时打断超细纤维，或造成超细纤维表面纳米PVA粒子嵌入不均匀。
在一个优选的实施例中，所述装置还包括烘干装置，所述烘干装置用于烘干所述水浴槽（11）中取出的多孔表面结构纤维。
综上所述，本发明提供的一种多孔表面结构纤维的制备方法及装置，利用高速气流掺杂纳米PVA粒子吹喷的方法，使得聚合物熔体从喷丝孔喷出的过程中，经由携带有纳米PVA粒子的高速气流吹喷而牵伸为表面嵌入有纳米PVA粒子的超细纤维，再该超细纤维经水浴处理后，使得嵌入超细纤维表面的纳米PVA粒子溶解于水中，进而制备得到多孔表面结构纤维，可解决多孔表面结构纤维表面的孔隙大小和分布不均匀，制备流程复杂的技术问题，达到多孔表面结构纤维具有高比表面积，且纤维表面孔隙大小可控，制备流程简便高效的技术效果。
本发明提供的多孔表面结构纤维应用于过滤领域时，其多孔结构极大的提高了过滤的容尘量，使得过滤器的寿命更长，且，纤维表面均匀分布且大小可控的孔隙也使得产品的过滤稳定性更佳，适应多种目标物的过滤场景。
虽然，前文已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之进行修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明的后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。

Claims (9)

1.一种多孔表面结构纤维的制备装置，包括料斗、高温螺杆、腔体、气流发生器、气流加热器、喷气孔、喷丝孔和接收装置，其特征在于：
所述高温螺杆的一端上方设有所述料斗，另一端与所述腔体连接；所述喷丝孔设于所述腔体下端，且所述喷丝孔左右两侧对称设有呈预设角度向内倾斜的两个所述喷气孔；所述气流发生器通过两个通气管分别与所述腔体下端的两个所述喷气孔相连通，所述气流发生器上设有所述气流加热器；所述料斗通过所述高温螺杆在所述腔体内与所述喷丝孔连通；
所述气流发生器还与纳米PVA粒子储料装置相连通，所述纳米PVA粒子储料装置用于放置纳米PVA粒子；
所述接收装置的输送方向起始端正上方与所述喷丝孔对应，所述接收装置的输送方向末端与水浴槽相连接，所述水浴槽内设有60℃~100℃去离子水。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述纳米PVA粒子储料装置与所述气流发生器的结合处还设有定量阀，所述定量阀用于控制单位时间内纳米PVA粒子流入所述气流发生器的数量。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述纳米PVA粒子储料装置内还设有搅拌器。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述纳米PVA粒子储料装置与所述气流发生器的结合处设有过滤网。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括烘干装置，所述烘干装置用于烘干所述水浴槽中取出的多孔表面结构纤维。
6.一种多孔表面结构纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
启动气流发生器和气流加热器，向所述纳米PVA粒子储料装置内投入纳米PVA粒子；
将聚合物切片投入料斗后，经高温螺杆挤压加热得到聚合物熔体，所述聚合物熔体送入腔体后，从腔体下端的喷丝孔喷出；
将喷丝孔喷出的聚合物熔体，经两侧喷气孔喷出携带有纳米PVA粒子的高温高速气流吹喷后，拉伸得到表面嵌入有纳米PVA粒子的超细纤维；
通过接收装置接收表面嵌入有纳米PVA粒子的所述超细纤维后，将所述超细纤维输送至盛有60℃~100℃去离子水的水浴槽内水浴30min~100min，使得所述超细纤维表面的纳米PVA粒子溶于去离子水中，制备得到多孔表面结构纤维。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述多孔表面结构纤维从所述水浴槽送入烘干装置进行烘干。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述聚合物切片的熔点不大于230℃。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述高温高速气流的温度不大于230℃。
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