CN110886024B - 一种制备复合纤维的静电纺丝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备复合纤维的静电纺丝装置，包括第一纺丝组件、第二纺丝组件、第一高压静电发生器、第二高压静电发生器、锥形水浴槽、水浴循环装置及集丝辊；第一纺丝组件和第二纺丝组件与锥形水浴槽之间形成高压静电场，第一、第二纺丝组件分别喷出不同的纺丝溶液，形成不同的纤维丝，两种纤维丝在锥形水浴槽中混合固定，并发送拉伸和取向，最后生成高性能的复合纤维，生成的复合纤维收集在集丝辊。
Description
技术领域
本发明涉及复合纤维制备技术领域，具体涉及一种制备复合纤维的静电纺丝装置。
背景技术
复合纤维是指由两种或两种以上的高聚物或同种不同性能的聚合物，以一定的方式沿纤维轴向复合而成的纤维。利用复合纤维制造技术可以获得兼有两种聚合物特性的双组分纤维、永久卷曲纤维、超细纤维、空心纤维、异形细纤维等多种改性纤维。这类纤维可集多种组分的优点于一身，如涤/锦复合纤维，它既具有锦纶耐磨性好、高强、易染、吸湿的优点，又具有涤纶弹性好、模量高、织物挺括等特点。
制备复合纤维的方法有很多。其中静电纺丝法由于其操作简单、使用范围广、成本低和不改变溶液自身特性而受到广泛关注。传统静电纺丝制备复合纤维的方法是，将不同种类的聚合物溶液在静电纺丝前进行混合，混合后的聚合物溶液从同一喷丝孔中喷出，溶剂挥发后在收集装置上凝固成复合纤维。这种方法虽然能制备复合纤维，但制备的复合纤维的机械性能及力学性能较差。
发明内容
为解决现有技术中传统静电纺丝制备的复合纤维机械性能及力学性能较差的技术问题，本发明提供一种制备复合纤维的静电纺丝装置。
本发明采用的第一技术方案是：一种制备复合纤维的静电纺丝装置，包括第一纺丝组件、第二纺丝组件、第一高压静电发生器、第二高压静电发生器、锥形水浴槽、水浴循环装置及集丝辊；
所述第一纺丝组件包括依次连接的第一储液箱、第一溶液泵及第一喷头，第一喷头与第一高压静电发生器电性连接，
所述第二纺丝组件包括依次连接的第二储液箱、第二溶液泵及第二喷头，第二喷头与第二高压静电发生器电性连接，
锥形水浴槽设于第一喷头、第二喷头的正下方，锥形水浴槽接地；锥形水浴槽的内侧壁自上向下开设有螺旋状浴液通道，浴液通道的上端设有浴液进口，浴液通道的下端设有浴液出口，浴液通道向下延伸至锥形水浴槽的底部且在锥形水浴槽底部设有出丝口，
集丝辊设于锥形水浴槽的下方用于收集出丝口的复合纤维；
水浴循环装置包括出水管道、浴液缓冲室、水浴泵及进水管道，出水管道连接浴液出口与浴液缓冲室，进水管道连接浴液进口与水浴泵，水浴泵与浴液缓冲室通过中间管道连接。
在高压静电场的作用下，第一喷头和第二喷头分别喷射两种不同纺丝溶液，在纺丝溶液固化形成纤维前，两者在锥形水浴槽的浴液通道的上端混合，在浴液通道内，在水溶液的作用下进一步固化形成复合纤维，成型后的复合纤维随水流从出丝口流出缠绕在集丝辊上。本发明结合静电纺丝技术与水浴成型技术，制备的复合纤维机械性能及力学性能均有进一步的提高。
本发明采用的第二技术方案是在第一技术方案上的改进，本发明采用的第二技术方案是：还包括热风烘干装置，所述热风烘干装置设于出丝口与集丝辊之间，用于烘干复合纤维。
采用上述技术方案，可以得到干燥的复合纤维。
本发明采用的第三技术方案是在第一或第二技术方案上的改进，本发明采用的第三技术方案是：浴液通道的横截面呈上部缺口的椭圆形，椭圆短轴的长度为浴液通道的宽度。
采用上述技术方案，聚合物混合而成的浴液流动更稳定，流速更均匀。
本发明采用的第四技术方案是在第三技术方案上的改进，本发明采用的第四技术方案是：浴液通道的宽度从起始端到末端逐渐变窄。
采用上述技术方案，与重力协同作用使浴液流速越来越快，有利于纤维的拉伸，提高纤维的机械强度和力学性能。
本发明采用的第五技术方案是在第一或第二技术方案上的改进，本发明采用的第五技术方案是：浴液缓冲室设有浴液补充口。
采用上述技术方案，通过浴液补充口补充新鲜浴液，保证水浴效果。
本发明采用的第六技术方案是在第一或第二技术方案上的改进，本发明采用的第六技术方案是：进水管道上设有流速感应器，流速感应器与水流速控制器连接用于控制浴液的流速。
采用上述技术方案，可根据不同性质的纺丝溶液调节浴液流速的大小，控制纤维成型及拉伸，得到不同高性能的复合纤维。
本发明采用的第七技术方案是在第一或第二技术方案上的改进，本发明采用的第七技术方案是：浴液进口处设有挡板，挡板用于封闭浴液通道上部的缺口。
采用上述技术方案，可防止进口处浴液从浴液通道中喷出，减少浴液的流失。
本发明采用的第八技术方案是在第一或第二技术方案上的改进，本发明采用的第八技术方案是：浴液通道内设有导丝钩，导丝钩用于纤维导向。
采用上述技术方案，可使纤维始终处于水浴中，提高纤维的性能。
本发明的有益效果：
1)本发明结合静电纺丝技术与水浴成型技术，通过锥形水浴槽收集静电纺丝的两种纤维，两种纤维在水浴槽中混合并在水浴及水流作用下发生拉伸和取向，可得到较高机械性能和力学性能的复合纤维。
2)通过水浴作用，可消除纤维的静电吸附力，使集丝辊上的复合纤维之间不粘连；
3)螺旋状浴液通道可使浴液在重力作用下流速逐渐加快，配合纤维固化时间使纤维得到逐步地拉伸和取向，使纤维的机械性能和力学性能得到提高；
4)锥形水浴槽的设计，减小了纤维水浴设备的体积，且巧妙地利用了重力及水流作用，使整个装置结构精简，操作方便。
附图说明
图1是示出本发明一个实施例的静电纺丝装置的结构示意图。
图2是图1所示的静电纺丝装置的锥形水浴槽的结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
参阅图1及图2，一种制备复合纤维的静电纺丝装置，包括第一纺丝组件、第二纺丝组件、第一高压静电发生器6、第二高压静电发生器13、锥形水浴槽14、水浴循环装置及集丝辊15；
第一纺丝组件包括依次连接的第一储液箱7、第一溶液泵8及第一喷头9，第一喷头9与第一高压静电发生器6的正极或负极连接，第一高压静电发生器6的另外一极接地。
第二纺丝组件与第一纺丝组件并列设置，包括依次连接的第二储液箱12、第二溶液泵11及第二喷头10，第二喷头10与第二高压静电发生器13正极或负极连接，第二高压静电发生器13的另外一极接地。
储液箱用于存储纺丝溶液，第一储液箱和第二储液箱存储不同种类的纺丝溶液，溶液泵用于将储液箱中的纺丝溶液输送至喷头。优选第一溶液泵和第二溶液泵的流量范围为30μl/hr～120ml/hr。喷头由导电材料制成，优选第一喷头和第二喷头的喷口内径范围为45μm～1500μm，优选两喷头间距离范围为3cm～20cm。优选溶液泵为精密注射泵，喷头为点胶平口针头。优选高压静电发生器输出电压范围为-50kV～50kV。
锥形水浴槽14由导电材料制成，设于第一喷头9和第二喷头10的正下方，开口朝上。锥形水浴槽14接地连接，锥形水浴槽14与第一喷头9和第二喷头10之间形成高压静电场。锥形水浴槽14的内侧壁自上向下开设有螺旋状浴液通道141，浴液通道141的横截面呈上部缺口的椭圆形，椭圆短轴的长度为浴液通道的宽度，浴液通道的宽度从起始端到末端逐渐变窄。浴液通道141的上端设有浴液进口143，浴液通道141的下端设有浴液出口144，浴液通道向下延伸至锥形水浴槽的底部且在锥形水浴槽底部设有出丝口142。
集丝辊15设于锥形水浴槽14的下方，集丝辊呈圆柱状，由电机驱动转动，出丝口142流出的复合纤维缠绕收集在集丝辊上。优选集丝辊的转速范围为20r/min～1200r/min。集丝辊15的上方设有风机1，风机1用来风干复合纤维。优选风机的风量为0.5m3/h～30m3/h，热风温度控制在28℃～50℃范围内。
循环装置包括出水管道、进水管道、浴液缓冲室2、水浴泵3、流速感应器4及水流速控制器5，出水管道连接浴液出口144与浴液缓冲室2，进水管道连接浴液进口143与水浴泵3，水浴泵3与浴液缓冲室2通过中间管道连接。进水管道上设有流速感应器4，流速感应器4与水流速控制器5连接。浴液缓冲室用于存储和缓冲循环浴液。水浴泵为浴液循环提供动力，优选水浴泵为小型流量泵，其流量范围为5ml/hr～200ml/hr。流速感应器用于测量浴液流速的大小，水流速控制器控制浴液流速。流速感应器及水流速控制器均为现有技术，在本实施例中，选择YF-S201型号的流速感应器和MFC-2Mass小型号的水流速控制器。
在另一实施例中，浴液进口143处设有挡板，挡板选用与锥形水浴槽相同的材料制成，焊接在锥形水浴槽的内侧壁用于封闭浴液通道上部的缺口。
在另一实施例中，浴液通道141内设有导丝钩，导丝钩可选用光滑的陶瓷材料制成，通过螺纹间隔设于浴液通道141内，用于纤维导向。
在另一实施例中，浴液缓冲室2的上端设有浴液补充口，浴液补充口与浴液配置槽连接，用于补充循环浴液。浴液配置槽中存储的浴液可以为纯水，也可以为无机盐水溶液。
工作原理：水浴泵3工作，带动水溶液在浴液通道141内循环流动，流速感应器4与水流速控制器5相互配合，控制水溶液循环的速度；第一喷头9和第二喷头10在在高压静电场的作用下，分别喷射两种不同纺丝溶液，纺丝溶液在固化形成纤维前，进入锥形水浴槽14，在浴液通道141中混合，在水溶液的作用，进一步固化形成纤维，复合纤维在水浴槽中在水浴及水流作用下发生拉伸和取向，纤维的机械性能及力学性能得以进一步提高，成型后的复合纤维从出丝口142流出，经风机1干燥后缠绕在集丝辊15上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种制备复合纤维的静电纺丝装置，其特征在于，包括第一纺丝组件、第二纺丝组件、第一高压静电发生器、第二高压静电发生器、锥形水浴槽、水浴循环装置及集丝辊；
所述第一纺丝组件包括依次连接的第一储液箱、第一溶液泵及第一喷头，第一喷头与第一高压静电发生器电性连接，
所述第二纺丝组件包括依次连接的第二储液箱、第二溶液泵及第二喷头，第二喷头与第二高压静电发生器电性连接，
锥形水浴槽设于第一喷头、第二喷头的正下方，锥形水浴槽接地；锥形水浴槽的内侧壁自上向下开设有螺旋状浴液通道，浴液通道的上端设有浴液进口，浴液通道的下端设有浴液出口，浴液通道向下延伸至锥形水浴槽的底部且在锥形水浴槽底部设有出丝口，
集丝辊设于锥形水浴槽的下方用于收集出丝口的复合纤维；
水浴循环装置包括出水管道、浴液缓冲室、水浴泵及进水管道，出水管道连接浴液出口与浴液缓冲室，进水管道连接浴液进口与水浴泵，水浴泵与浴液缓冲室通过中间管道连接；
第一喷头和第二喷头分别喷射两种不同纺丝溶液，两种不同纺丝溶液在固化形成纤维前，在锥形水浴槽的浴液通道的上端混合，在浴液通道内，在水溶液的作用下进一步固化形成复合纤维，成型后的复合纤维随水流从出丝口流出缠绕在集丝辊上。
2.根据权利要求1所述的静电纺丝装置，其特征在于，还包括热风烘干装置，所述热风烘干装置设于出丝口与集丝辊之间，用于烘干复合纤维。
3.根据权利要求1或2所述的静电纺丝装置，其特征在于，浴液通道的横截面呈上部缺口的椭圆形，椭圆短轴的长度为浴液通道的宽度。
4.根据权利要求3所述的静电纺丝装置，其特征在于，浴液通道的宽度从起始端到末端逐渐变窄。
5.根据权利要求1或2所述的静电纺丝装置，其特征在于，浴液缓冲室设有浴液补充口。
6.根据权利要求1或2所述的静电纺丝装置，其特征在于，进水管道上设有流速感应器，流速感应器与水流速控制器连接用于控制浴液的流速。
7.根据权利要求1或2所述的静电纺丝装置，其特征在于，浴液进口处设有挡板，挡板用于封闭浴液通道上部的缺口。
8.根据权利要求1或2所述的静电纺丝装置，其特征在于，浴液通道内设有导丝钩，导丝钩用于纤维导向。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 210023 Yangshan North Road, Xianlin University Town, Qixia District, Nanjing, Jiangsu, 1 Patentee after: Nanjing Vocational University of Industry Technology Address before: 210023 Yangshan North Road, Xianlin University Town, Qixia District, Nanjing, Jiangsu, 1 Patentee before: NANJING INSTITUTE OF INDUSTRY TECHNOLOGY |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231121 Address after: 214000 31 Yangshu Road, Hudai Town, Binhu District, Wuxi City, Jiangsu Province Patentee after: Jiangsu pan Bo automobile Fiber Co.,Ltd. Address before: 230000 floor 1, building 2, phase I, e-commerce Park, Jinggang Road, Shushan Economic Development Zone, Hefei City, Anhui Province Patentee before: Dragon totem Technology (Hefei) Co.,Ltd. Effective date of registration: 20231121 Address after: 230000 floor 1, building 2, phase I, e-commerce Park, Jinggang Road, Shushan Economic Development Zone, Hefei City, Anhui Province Patentee after: Dragon totem Technology (Hefei) Co.,Ltd. Address before: 210023 Yangshan North Road, Xianlin University Town, Qixia District, Nanjing, Jiangsu, 1 Patentee before: Nanjing Vocational University of Industry Technology |
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