CN111364107B - 一种用于制备仿羽绒的装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制备仿羽绒的装置及其制备方法，包括：挤出装置，挤出装置内装有熔融聚合物，挤出装置出口外侧设有支化组件，聚合物在被挤出装置挤出后呈丝线状，并在支化组件的加工下成为丝绒，丝绒经分割组件切割后形成仿羽绒，支化组件由若干个金属环组成，聚合物穿过每个金属环，挤出装置和金属环分别连接高压电源；分割组件的刀组对称设置在丝绒的两侧，每个刀组上设有刀刃且刀组进行同步旋转，丝绒两侧的刀刃的交汇处位于丝绒途经的路线上，刀刃内置发热装置。本发明所提及的装置，能够使得挤出装置的聚合物形成丝绒，聚合物内形成了若干个相对静置的空腔，从而模拟了羽绒的结构，提高了仿羽绒的保暖性能。

Description

一种用于制备仿羽绒的装置及制备方法

技术领域

本发明涉及一种纺织品制备领域，尤其涉及一种用于制备仿羽绒的装置及其制备方法。

背景技术

羽绒是“羽”和“绒”的混合物。羽就是毛片，在羽绒中起支撑作用，能让羽绒迅速回弹；而绒就是绒朵，是羽绒的本体与价值所在。绒朵是立体球状，由一个绒核和放射出的许多绒丝组成的朵状结构，类似于蒲公英。绒丝是由成千上万微小的鳞片叠加而成，每个鳞片都是中空的。每一根绒丝上都有很多的菱节，这些菱节中饱含着不流动的空气。同时，绒丝之间和绒朵之间也会固定大量的空气。这也就是羽绒为什么如此保暖的秘诀所在。但是由于它的数量少，价格昂贵，远不能满足人们日益提高的物质生活需要。相对而言，仿羽绒并不需要依靠生物资源或者受到地域因素造成的产量受限的情况。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种用于制备仿羽绒的装置及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于制备仿羽绒的装置，包括：挤出装置，所述挤出装置内装有熔融聚合物，所述挤出装置出口外侧设有支化组件，所述聚合物在被所述挤出装置挤出后呈丝线状，并在支化组件的加工下成为丝绒，所述丝绒经分割组件切割后形成所述仿羽绒，所述支化组件由若干个金属环组成，所述聚合物穿过每个所述金属环，所述挤出装置和所述金属环分别连接高压电源；所述分割组件的刀组对称设置在所述丝绒的两侧，每个所述刀组上设有刀刃且所述刀组进行同步旋转，所述丝绒两侧的所述刀刃的交汇处位于所述丝绒途经的路线上，所述刀刃内置发热装置。

本发明一个较佳实施例中，所述金属环固定在塑料环上，所述塑料环可以进行旋转。

本发明一个较佳实施例中，所述金属环表面设有若干个针状结构，所述针状结构的长度方向与所述金属环的轴线方向平行。

本发明一个较佳实施例中，部分所述金属环所在的平面与其他的所述金属环所在的平面不平行。

本发明一个较佳实施例中，所述挤出装置的出口的形状不规则。

本发明一个较佳实施例中，所述刀组上设有清理装置，对每次接触过所述丝绒的刀刃进行清理。

本发明一个较佳实施例中，所述聚合物内混有纳米级二氧化硅气凝胶颗粒。

本发明一个较佳实施例中，所述挤出装置、所述支化组件以及所述分割组件间均设有传送履带，所述履带上设有刀组。

为达到上述目的，本发明采用的另一技术方案为，一种用于制备仿羽绒的装置所使用的制备方法，包括如下步骤：

混有纳米级二氧化硅气凝胶颗粒的熔融聚合物由挤出装置挤出形成丝线；

所述丝线被牵引至支化组件，生成连续的丝绒，在制绒时需要控制支化组件处的电场强度、控制电源电压使其按一定频率波动，所述支化组件同步进行旋转；

丝绒被牵引至分割组件，确保当前丝线挤出时的力度变化频率、支化组件电压变化频率以及分割组件切割频率三者同步。

本发明一个较佳实施例中，初始的所述丝绒并不用于收集，经手动或者机械的引导，牵引至切割处，待运行一段时间后，才进行仿羽绒的收集。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

(1)本发明所提及的制备装置能够使得挤出装置内的聚合物丝线支化，形成丝绒，在通过分割组件将丝绒进行分段熔断，被分割出的单体为球状羽绒，即本发明所要制备的仿羽绒的基本单元，使得熔融聚合物在冷却的这段时间中经历了表面的静电拉丝来模仿羽绒的空间结构，使得丝绒内部可以容纳更多的空气，从而增加其保暖效果。

(2)支化组件由若干个金属环组成，金属环能够将从挤出装置中挤出的聚合物形成的丝线进行静电支化，通过设置非平行摆放的金属环以及对金属环的旋转，来改变丝线上的各处表面静电作用的方向，对丝线的支化方向不同，则丝线变成丝绒时的绒毛的弯曲方向也会有所不同，从而使得仿羽绒的支化程度有所提高，仿羽绒的支化程度提高，蓬松度提高，很大程度上决定了仿羽绒的保暖性。

(3)所述聚合物内混有纳米级二氧化硅气凝胶颗粒，该气凝胶的质量较轻，密度不到空气密度的3倍，当混有气凝胶颗粒的聚合物逐渐被支化或者凝固的过程中，气凝胶颗粒则被滞留在丝绒间，即模拟了羽绒内的不流动的空气，从而提升仿羽绒的保温性能。由于气凝胶颗粒的存在，仿羽绒塌缩的程度和板结的概率均会有所下降。

(4)整个仿羽绒的生产制作过程中的，挤出装置的挤出聚合物的力度变化频率、支化组件的电压变化频率以及分割组件的切割频率相同步，所制得的仿羽绒体积和形状的相似度较高，产品的结构形状的均一性，可提升仿羽绒整体各个方向的膨胀程度，受力和保热均相对均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的优选实施例的装置运行示意图；

图2是本发明的优选实施例的挤出装置出口端工作示意图；

图3是本发明的优选实施例的支化组件处的丝绒变化示意图；

图4是本发明的优选实施例的金属环结构示意图；

图5是本发明的优选实施例的分割组件工作原理示意图；

图中：1、挤出装置；2、刀组；3、分割组件；4、塑料环；5、出口；6、金属环；7、导线；8、底座支架；9、基本单元；10、高压电源；11、丝线；12、接入孔；13、针状结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1示出了本发明一种用于制备仿羽绒的装置结构和运行示意图，如图1 所示，一种用于制备仿羽绒的装置，包括：挤出装置，挤出装置内装有熔融聚合物，挤出装置出口外侧设有支化组件，聚合物在被挤出装置挤出后呈丝线状，并在支化组件的加工下成为丝绒，丝绒经分割组件切割后形成仿羽绒，支化组件由若干个金属环组成，聚合物穿过每个金属环，挤出装置和金属环分别连接高压电源；分割组件的刀组对称设置在丝绒的两侧，每个刀组上设有刀刃且刀组进行同步旋转，丝绒两侧的刀刃的交汇处位于丝绒途经的路线上，刀刃内置发热装置。

需要说明的是，此处所使用的聚合物材料主要为聚乳酸，与其余的辅料填充在挤出装置内，图示的挤出装置的仅显示出口部分，辅以一定的温度加热，使其整体处于熔融状态，挤出装置的出口外侧设有支化组件，本发明的支化采用的是静电纺丝原理，即使得聚合物带静电，并在支化组件上通电后形成的电场作用下，进行聚合物的支化。高电压值为10-25kV，线路中预留地线接口。聚合物在被挤出装置挤出后呈丝线状，带静电的聚合物丝线将会在支化组件上的电场力作用下，静电的拉扯超出了聚合物丝线的表面张力和内部的分子间作用力，从而聚合物的丝线在移动的过程中粗细程度逐渐减小，由于丝线整体开始支化，逐渐形成若干个直径较小的分支结构，即聚合物在被挤出装置挤出后呈丝线状，并在支化组件的加工下成为丝绒，丝绒经过分割组件切割后形成了仿羽绒的基本单元，球状羽绒(图示基本单元、丝线、丝绒等均省略了表面的或者内部的密集程度，形状上会有些许的形变，但不影响表达)。

支化组件具体而言如图1所示，由若干个金属环组成(图示的金属环为3 个，两个平行，一个倾斜，部分金属环所在的平面与其他的金属环所在的平面不平行，对应金属环的数量设置，可以根据现有的电场强度和制作工艺等进行优化调整。)，为了使得金属环能够旋转和位置调节，在每个金属环的外侧设置塑料环，塑料环上设有接入孔，用于高压电源的导线接入，每个金属环均只有底座支架上，底座支架上设有一轨道槽，挤出装置的出口位点与嵌设在轨道槽上的各金属环中点共线(实际上可能会由于重力或者其他因素的影响使得轨道槽上的共线设置发生改变，并不一定为共线设置)。底座支架上的塑料环可固定在轨道槽上的嵌槽内(平行设置的各塑料环嵌设在嵌槽内时，塑料环的内腔侧壁与轨道槽的内腔侧壁相齐平)，塑料环内的金属环可以在塑料环内进行旋转或者金属环固定在塑料环上，塑料环自身在轨道槽上发生旋转但不脱离轨道槽上的嵌槽。

图2示出了本发明挤出装置出口端工作示意图，如图2所示，图2中有一段刚被挤出装置挤出的丝线，该丝线尚未抵达支化组件区域，由于挤出装置的出口的形状不规则(指非圆形或者其他相对平滑的图形)，则挤出的聚合物在尚未进行冷却的情况下，表面会有些许的震颤或者形变，虽然该熔融聚合物能够在向前被挤出喷射的过程中受到空气阻力或是其他内外因素影响下表面趋于平滑，但是还是会由于表面由于出口的阻碍(出口形状规则，但是出口内腔固定有阻件，同样能够使得挤出装置挤出的聚合物发生内部的紊乱和碰撞挤压，同上述的震颤和形变)或者形状不规则引发的形变。对于出口处的不规则设置，主要为引发丝线之后的支化而进行的表面张力的抑制，若聚合物本身的熔融状态下的表面较为粘稠，则不规则的出口处可以对降低来自聚合物内部的影响。挤出装置上连接高压电源，使得聚合物带电。

为了使得生成的仿羽绒具有一定的结构强度，需要丝绒部分呈现弯曲的状态。图3示出了本发明的优选实施例的支化组件处的丝绒变化示意图，如图所示，在每经历一个金属环每次支化后，丝线上的各段的直径逐渐减少，并且在某些非平行设置的金属环位置，还会使得电场的方向发生改变，对已经从丝线上某主干上拉扯出的部分分支进行另一个方向上的拉扯，则该分支整体则会呈现多处弯曲的情况，在丝线逐渐支化后，各处的直径越来越小，即形成了丝绒，图3显示了同一段丝线在两个摆放不平行的金属环中的结构状态图，图中的右侧为挤出装置的出口所指方向，丝线的直径逐渐减小，分支的数量和整体的体积都在不断地增大。

为了提高单位区域的电场强度，且根据尖端效应(所谓尖端效应是指在同一带电导体上，与平滑部位相比，其尖端部位面电荷密度较大，尖端附近的电场强度较强，且容易由尖端向周围空气或邻近的接地体放电的现象。在带电导体尖端的强电场作用下。其附近空气中残存的离子发生激烈运动，并与空气分子猛烈碰撞，使空气分子电离，产生大量正，负离子。这些离子在电场作用下，又与其它空气分子碰撞井使其电离，如此循环。这样就形成了尖端放电。)可在金属环表面设有若干个针状结构，针状结构的长度方向与金属环的轴线方向平行或者也可以在金属环上进行多处的弯折，形成的锯齿环身，齿尖所指的方向与针状结构的所指方向相同，即丝线在经过金属环区域时，会较为明显的向带有针状结构的区域进行支化，并配合旋转，使得丝线在被拉伸冷却的过程中发生扭曲，从而形成的丝绒多呈弯曲状。金属环的两种结构如图4所示，图4示出了本发明的优选实施例的金属环结构示意图，图中述金属环表面设有若干个针状结构，针状结构的长度方向与金属环的轴线方向平行。

图5示出了本发明的的优选实施例的分割组件工作原理示意图，如图5所示，聚合物丝线经过支化组件支化体积膨胀形成丝绒后，进入分割组件区域，分割组件的刀组对称设置在丝绒的两侧，每个刀组上设有刀刃且刀组同步旋转，丝绒两侧的刀刃的交汇处位于丝绒途经的路线上，刀刃内置发热装置，需要说明的是，丝绒的整体的支化程度虽高，但却缺乏一定的支撑性能，所以通过热熔的形式，凝固出两个结块，作为球状基本单元的两端。刀组将分散度较高的丝绒进行两端的压缩并热熔，形成中部松散两端膨胀的近球形结构。可以理解的是，在刀组旋转的过程中，每次刀组加热，对丝绒进行热熔，必然会存在对丝绒进行拉扯的情况，虽然对应加热区域的影响不大，但是对加热区域的边缘地带则会出现丝绒的滞留，所以在刀组上设有清理装置，对每次接触过丝绒的刀刃以及周边区域进行清理(未图示，清理装置可为机械爪或者带有若干挂钩的吊盘反复接触刀组附近进行清理。)

在聚合物注入挤出装置前，向聚合物内混入一定量的纳米级二氧化硅气凝胶颗粒，由于该气凝胶颗粒的直径较小，且密度仅为空气密度的2.7倍左右，即当聚合物丝线在整个装置里移动，且逐渐支化的过程中，随着丝线的支化程度的增高，形成了若干个小型的空腔，此时气凝胶颗粒则可以填充到相应的腔室中，从而模拟羽绒内的滞留的空气以及羽绒内的空腔结构等。对于羽绒而言，蓬松程度(本发明以羽绒的弯曲来增加其蓬松程度)以及空气滞留空间和量越多(即预先加入聚合物的气凝胶所占据的空腔或者气凝胶自身所在的位置即等效为有滞留空气的腔室)，从而其保暖效果越好，即本发明在制作仿羽绒的过程中，除了体积密度外，从其围观结构上进行模拟，以获得较为近似的保暖效果。

丝线在整个装置进行移动的过程中，不论是支化(径向)还是牵引(长度方向)，其都可能会由于体积或者形状的变化而发生位置的偏移，为了减少偏移，影响支化或者移动的进程，需要沿途设置相应的支撑组件，但为了减少丝线或者丝绒的塌缩，在挤出装置、支化组件以及分割组件间设有传送履带，履带上设有刀组(此处的刀组的结构域分割组件上的刀组结构相近似，附图中均未显示此处所提及的刀组和履带)，且此处的刀组与分割组件上的刀组有所不同：(1) 不进行加热(2)刀组间的距离较大，刀刃的宽度较大，能够夹持但并不对丝线或者丝绒造成较大的结构破坏，位于支化组件和分割组件之间的刀组能够减少丝绒的膨胀程度，则在进入分割组件时，丝绒能够相对集中的通过加热的切割，而不会存在由于丝绒体积过大，边缘处的丝绒未能熔断从而导致基本单元的勾连堆积在刀组处。

本发明还提及一种用于制备仿羽绒的装置所使用的制备方法，包括如下步骤：

将混有纳米级二氧化硅气凝胶颗粒的熔融聚合物由挤出装置挤出形成丝线；初始的丝绒并不用于收集，经手动或者机械的引导，牵引至切割处，待运行一段时间后，才进行仿羽绒的收集，即在运行一段时间后，聚合物从头至尾均被挤出装置、支化组件、分割组件所接触操作，挤出装置负责初始阶段的聚合物挤出，提供一定的动力，支化环整体对移动过来的聚合物丝线进行支化，并在分割组件的切割刀组切割的过程中，也必然会对丝绒进行一定的拉扯，从而不再需要外部的牵引即可自行完成丝绒的自动拉扯移动。

丝线被牵引至支化组件，生成连续的丝绒，在制绒时需要控制支化组件处的电场强度、控制电源电压使其按一定频率波动，支化组件同步进行旋转；丝绒被牵引至分割组件，确保当前丝线挤出时的力度变化频率、支化组件电压变化频率以及分割组件切割频率三者同步。对应每个时刻挤出装置挤出的聚合物的量一定，即为了使得分割组件处切割的丝绒连续且相对均匀，所以需要控制支化组件对于聚合物丝线的支化程度，丝线挤出的力度变化会使得连续的聚合物丝线在移动的过程中，会出现一定范围内的波动变化，则在后期形成的丝绒在其长度上也会出现体积上的波动，而对应体积较少的区域，可以作为分割组件的切入位点，过多的丝绒被热熔切割，造成的结块体积较大，在生成仿羽绒的基本单元过程中，过大的结块会影响整体的质量，所以通过挤出装置挤出力度的最小值时的聚合物在经过支化组件后形成的丝绒的空间结构最小，对该处丝绒热熔切割，所生成的结块也相对较小，整个装置的各组件的工作频率可调整至能够满足上述情况的频率值。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种用于制备仿羽绒的装置，包括：挤出装置，所述挤出装置内装有熔融聚合物，所述挤出装置出口外侧设有支化组件，所述聚合物在被所述挤出装置挤出后呈丝线状，并在支化组件的加工下成为丝绒，所述丝绒经分割组件切割后形成所述仿羽绒，其特征在于，

所述支化组件由若干个金属环组成，所述聚合物穿过每个所述金属环，所述挤出装置和所述金属环分别连接高压电源；

所述分割组件的刀组对称设置在所述丝绒的两侧，每个所述刀组上设有刀刃且所述刀组进行同步旋转，所述丝绒两侧的所述刀刃的交汇处位于所述丝绒途经的路线上，所述刀刃内置发热装置。

2.根据权利要求1所述的一种用于制备仿羽绒的装置，其特征在于：所述金属环固定在塑料环上，所述塑料环可以进行旋转。

3.根据权利要求1所述的一种用于制备仿羽绒的装置，其特征在于：所述金属环表面设有若干个针状结构，所述针状结构的长度方向与所述金属环的轴线方向平行。

4.根据权利要求1所述的一种用于制备仿羽绒的装置，其特征在于：部分所述金属环所在的平面与其他的所述金属环所在的平面不平行。

5.根据权利要求1所述的一种用于制备仿羽绒的装置，其特征在于：所述挤出装置的出口的形状不规则。

6.根据权利要求1所述的一种用于制备仿羽绒的装置，其特征在于：所述刀组上设有清理装置，对每次接触过所述丝绒的刀刃进行清理。

7.根据权利要求1所述的一种用于制备仿羽绒的装置，其特征在于：所述聚合物内混有纳米级二氧化硅气凝胶颗粒。

8. 根据权利要求1所述的一种用于制备仿羽绒的装置，其特征在于： 所述挤出装置、所述支化组件以及所述分割组件间均设有传送履带，所述履带上设有刀组。

9.根据权利要求1-8任一项所述一种用于制备仿羽绒的装置所使用的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

混有纳米级二氧化硅气凝胶颗粒的熔融聚合物由挤出装置挤出形成丝线；

所述丝线被牵引至支化组件，生成连续的丝绒，在制丝绒时需要控制支化组件处的电场强度、控制电源电压使其按一定频率波动，所述支化组件同步进行旋转；

丝绒被牵引至分割组件，确保当前丝线挤出时的力度变化频率、支化组件电压变化频率以及分割组件切割频率三者同步。

10.根据权利要求9所述的一种用于制备仿羽绒的装置所使用的制备方法，其特征在于，初始的所述丝绒并不用于收集，经手动或者机械的引导，牵引至切割处，待运行一段时间后，才进行仿羽绒的收集。

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