CN114351359B - 一种一体式离心静电纺丝设备 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种一体式离心静电纺丝设备，设计了一种新型离心静电纺丝温度测量与控制系统，简化了传统纤维膜制备中纺丝、编织成膜等复杂过程，实现了从颗粒原料到成品纤维膜的一步成型制备，与溶液静电纺丝相比大大提高了纤维膜的制备效率，采用该设备能制备连续的纤维膜。

Description

一种一体式离心静电纺丝设备

技术领域

本发明属于纺丝设备技术领域，特别提供一种一体式离心静电纺丝设备。

背景技术

随着科技发展，社会对纳米纤维的需求量不断提高。传统熔体静电纺丝工艺产量大，加工速度快，但熔体静电纺丝对物料的粘度要求高，而熔体粘度与熔体温度直接相关，对纺丝设备温控要求高，而现有的熔融纺丝生产设备虽然产量大、生产速度快、生产成本低，但受到设备限制生产过程中温度波动较大。另外受限于纤维飞行速度及重力对纤维飞行路径的影响，接收圈无法制作的太大，平面接收板难以收集大宽幅纤维膜，而弧形接收板则无法大规模量产平整的纤维膜，以上原因导致目前熔融离心静电纺丝生产设备虽然具有产量大、生产速度快、生产成本低的优点，但纤维膜本身产品质量不稳定，长度、宽幅及平整度不佳，难以通过工业设备进行大规模后加工。中国专利CN108486666A介绍了一种离心盘竖直摆放的离心纺丝机，但该设备只能接收絮状纤维，无法制备连续纤维膜。中国专利CN210945869U虽然通过摩擦力省略了加热结构，但同样无法制备连续纤维膜，更倾向于纺丝，且通过摩擦力加热会导致温度控制与转速、表面光滑度等诸多生产因素相关联，温度控制受限，对分子链长度影响较大，且为间歇式加料方式，无法连续加料。中国专利CN105369369A、CN203295674U、CN106149073A公开了可以连续纺丝制备纤维膜的设备，但产品本身或长度、或宽幅、或形貌受设备尺寸限制，且工作状态下离心盘密封性较差，工作时温度波动较大。中国专利CN201952531U公开了一种串联的多层纺丝结构，但也无法实现纤维膜的连续制备。中国专利CN105386167A、CN105350094A设备功能主要集中于纺丝而非纤维膜，其中专利CN105386167A虽然采用了类似的传送带结构，但由于所选用传送带结构不利于将纤维整体剥离成为纤维膜，且产品纤维膜厚度不均，宽幅不足，再加工难度高，且设备整体无法接电，无法用于静电纺丝制备纤维膜，需要制备超细纤维后加捻，成丝后再纺织成纤维布，且工作状态下离心盘密封性较差，工作时温度波动较大，物料需一次加入，无法连续加料。中国专利CN105568403A采用了Ω型轨道，但由于纤维受到重力影响，会在飞行中自然下坠，且该专利利用风力收集纤维的设计可能导致纤维从Ω型轨道缺口飞出，且额外附加的风扇增加了电机工作负荷，降低了电机工作效率，增加了能耗。中国专利CN205556862U同样公开了一种离心螺旋纺丝，但由于其只有一个进料口，在连续纺丝过程中，由于多个出料口的逐层出料且中间没有补料流程，有可能导致末端纺丝口没有足够的物料，导致出料不足或物料因压力逐层递减后无法出丝的现象，导致纤维膜薄厚不均，且纺丝时高温部分过长，散热严重，无法保温。

发明内容

针对上述缺点，本发明，提供了一种一体式离心静电纺丝设备，采用圆形离心甩盘，整体散热量低，且需要加热的部分小，加热效果好，温度波动小，温度控制稳定；该设备直接让纤维在重力及电场力的共同作用下飞向接收履带，成品纤维膜更加均匀且幅宽更大。

本发明技术方案如下：设备整体由离心甩盘、微型挤出机或熔体泵、输料管、高速电机、动力皮带、接收传送带、电磁加热盘、综合控制台、外框架构成；离心甩盘由金属铸造，能被电磁加热盘通过电磁感应进行加热，并被水平放置于电磁加热盘框架中央，旋转轴垂直于地面，通过轴承固定于外框架内，离心甩盘由上盖、下盖及两个喷丝口构成，上盖、下盖材质为不锈钢，并由六角螺丝连接，喷丝口通过螺丝固定于上盖与下盖之间，密封的同时为上盖、下盖提供额外的固定，喷丝口为环形孔。微型挤出机固定于外框架上，将物料预热至熔融态并挤出至输料管内，微型挤出机的温度及螺杆转速或熔体泵参数由综合控制台控制。高速电机固定于外框架上，高速电机转速0～2800转/分钟，由综合控制台控制电机工作频率，高速电机的旋转轴心与离心甩盘的旋转轴心平行且不在一条直线上，高速电机下端含皮带轮，通过动力皮带，为离心甩盘提供旋转动力。电磁加热盘框架固定于外框架上，内含电磁加热盘、离心甩盘测温探头、电磁加热盘丝、轴承、金属套筒，为离心甩盘提供支撑的同时加热离心甩盘；轴承固定于电磁加热盘框架内，连接金属套筒与电磁加热盘框架；金属套筒竖直放置，下端有螺纹，用于连接离心甩盘；电磁加热盘固定于电磁加热盘框架下方，用于加热离心甩盘；离心甩盘测温探头穿过测温探头保护套插入离心甩盘中测量熔体温度，并将温度数据传输回综合控制台，再由综合控制台控制电磁加热盘加热离心甩盘。输料管包括输料管测温块、输料管加热套、加料管、保温套、测温探头保护套，保持物料的流动性并将其注入到离心甩盘内；加料管由铜制弯头和铜制直管组成，铜制弯头一端连接微型挤出机出料口，一端连接铜制直管；铜制直管穿过金属套筒，插入离心甩盘，直接将物料注入离心甩盘中，铜制直管外包裹输料管测温块，输料管测温块外包裹输料管加热套，输料管测温块将温度数据回传至综合控制台，再由综合控制台控制输料管加热套加热输料管测温块，并由输料管测温块将温度传导至铜制直管，维持物料温度，测温探头保护套穿过输料管测温块，保护、固定甩盘测温探头并隔绝热量，保温套包裹于铜制弯头和铜制直管未插入金属套筒的部分，避免物料降温。接收传送带置于甩盘正下方，内含铝制高压电板、纱网传送带、接收传送带支架、接收传送带电机及接收传送带电机链条，接收传送带支架固定于外框架上，一端为被动传送带转辊，另一端为主动传送带转辊，主动传送带转辊一端固定链轮，链轮与接收传送带电机链条相配合，并连接至接收传送带电机，接收传送带电机固定于接收传送带支架上，受综合控制台控制转速，通过接收传送带电机链条连接至链轮，并带动主动传送带转辊转动，纱网传送带首尾相连，包裹于接收传送带支架外，通过被动传送带转辊及主动传送带转辊固定，并沿主动传送带转动方向循环转动，高压电板置于两层传送带之间，外接高压电，提供牵引力牵引射流固化至传送带上形成纤维。外框架对应传送带的部分由非金属杆构成，用来安装高压电板，其余部分由铝合金杆焊接而成，支撑整个纺丝系统，并起到保护作用，同时提供额外的接地保护。综合控制台可分别独立控制高速电机、接收传送带电机、微型螺杆挤出机、输料管、传送带工作参数。工作时聚合物粒料加入微型螺杆挤出机中，经过加热挤出后注入离心甩盘中，被电磁加热盘加热的离心甩盘高速转动，将注入的物料迅速甩出，甩出的聚合物射流在电场的吸引力和重力的作用下固化到传送带上形成纤维。设备不加热时，能在常温下将纺丝溶液纺成纤维膜。

本发明的有益效果为：(1)新设备简化了传统纤维膜制备中纺丝、编织成膜等复杂过程，实现了从颗粒原料到成品纤维膜的一步成型制备；(2)与溶液静电纺丝相比，采用聚合物熔体作为纺丝液，大大提高了纤维膜的制备速度；(3)选择使用螺杆挤出机或熔体泵进行加料，设备可在连续加料的情况下进行长时间纺丝，且工作状况下离心甩盘密封性更好，温度波动小，更稳定；(4)成功制备了连续的纤维膜。

附图说明

图1为加料管、甩盘、电磁加热盘、高速电机、动力皮带的装配图

图2为接收传送带装配示意图

图3为设备整体的结构示意图

图4为该设备制备的纳米纤维电镜图

本发明提供了一种一体式离心静电纺丝设备，主要由离心甩盘1、电磁加热盘2、输料管3、轴承4、甩盘测温探头5、测温探头保护套6、金属套筒7、电磁加热盘框架8、电磁加热盘丝9、套筒链轮10、动力皮带11、皮带轮12、高速电机13、输料管加热套14、输料管测温块15、铜制弯头16、铜制直管17、喷丝头18、喷丝口19、螺丝20、出料口21、接收传送带电机22、接收传送带电机支架23、接收传送带电机链条24、主动传送带转辊25、接收传送带支架26、高压电板27、纱网传送带28、被动传送带转辊29、链轮30、外框架31、电磁加热盘外框架32构成。

具体实施方式

实施例1

本发明提供了一种一体式离心静电纺丝设备，主要由离心甩盘1、电磁加热盘2、输料管3、轴承4、甩盘测温探头5、测温探头保护套6、金属套筒7、电磁加热盘框架8、电磁加热盘丝9、套筒链轮10、动力皮带11、皮带轮12、高速电机13、输料管加热套14、输料管测温块15、铜制弯头16、铜制直管17、喷丝头18、喷丝口19、螺丝20、出料口21、接收传送带电机22、接收传送带电机支架23、接收传送带电机链条24、主动传送带转辊25、接收传送带支架26、高压电板27、纱网传送带28、被动传送带转辊29、链轮30、外框架31、电磁加热盘外框架32构成，其中，外框架31支撑整个纺丝系统，并起到保护作用；离心甩盘1水平制于中央，旋转中轴垂直于地面，通过轴承固定于外框架31内；微型挤出机或熔体泵固定于外框架31上，微型挤出机将物料预热至熔融态并挤出至输料管3内，熔体物料在输料管加热套14的加热作用下保持流动性并被注入到离心甩盘1内；高速电机13通过动力皮带11将动力传导至离心甩盘1，离心甩盘1由电磁加热盘2加热并保温，电磁加热盘2主要由电磁加热盘丝9组成，电磁加热盘2放置在电磁加热盘框架8中，电磁加热盘框架8通过电磁加热盘外框架32固定于整套设备的外框架31内；接收传送带位于离心甩盘1正下方，内含高压电板27、纱网传送带28、接收传送带支架26、接收传送带电机22及接收传送带电机链条24，接收传送带支架26固定于外框架31上，一端为被动传送带转辊29，另一端为主动传送带转辊25，主动传送带转辊25一端固定链轮30，并与接收传送带电机22连接，接收传送带电机22固定于外框架31上，通过接收传送带电机链条24连接至链轮，并带动主动传送带转辊25转动，纱网传送带28首尾相连，包裹于接收传送带支架26外，通过被动传送带转辊29及主动传送带转辊25固定并沿主动传送带转动方向循环转动，高压电板27置于两层传送带之间，外接高压电；电磁加热盘2固定于外框架31上，内含轴承4、金属套筒7，为离心甩盘1提供支撑的同时加热离心甩盘1；综合控制台可分别控制高速电机13、接收传送带电机22、微型螺杆挤出机、输料管3装置的参数。或者在室温下，不开启加热装置，通过外置推进泵，将聚合物溶液直接注入至离心甩盘1内，通过综合控制台控制高速电机13、接收传送带电机22的参数，直接进行溶液离心静电纺丝。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种一体式离心静电纺丝设备，其特征在于：

设备整体由离心甩盘、微型挤出机或熔体泵、输料管、高速电机、动力皮带、接收传送带、电磁加热盘、综合控制台、外框架构成；离心甩盘由金属铸造，能被电磁加热盘通过电磁感应进行加热，并被水平放置于电磁加热盘框架中央，其旋转轴垂直于地面，通过轴承固定于外框架内，离心甩盘由上盖、下盖及两个喷丝口构成，上盖、下盖材质为不锈钢，并由六角螺丝连接，喷丝口通过螺丝固定于上盖与下盖之间，密封的同时为上盖、下盖提供额外的固定，喷丝口为环形孔；微型挤出机或熔体泵固定于外框架上，将物料预热至熔融态并挤出至输料管内，微型挤出机的温度及螺杆转速或熔体泵参数由综合控制台控制；高速电机转速0～2800转/分钟，固定于外框架上，由综合控制台控制电机工作频率；高速电机的旋转轴心与离心甩盘的旋转轴心平行且不在一条直线上，高速电机下端含皮带轮，通过动力皮带，为离心甩盘提供旋转动力；电磁加热盘框架固定于外框架上，内含电磁加热盘、离心甩盘测温探头、轴承、金属套筒，为离心甩盘提供支撑的同时加热离心甩盘，轴承固定于电磁加热盘框架内，连接金属套筒与电磁加热盘框架，金属套筒竖直放置，下端有螺纹，用于连接离心甩盘，电磁加热盘固定于电磁加热盘框架下方，用于加热离心甩盘，离心甩盘测温探头穿过测温探头保护套插入离心甩盘中测量熔体温度，并将温度数据传输回综合控制台，再由综合控制台控制电磁盘加热离心甩盘；输料管包括输料管测温块、输料管加热套、加料管、保温套、测温探头保护套，保持物料的流动性并将其注入到离心甩盘内，加料管由铜制弯头和铜制直管组成，铜制弯头一端连接微型挤出机出料口，一端连接铜制直管，铜制直管穿过金属套筒，插入离心甩盘，直接将物料注入离心甩盘中，铜制直管外包裹输料管测温块，输料管测温块外包裹输料管加热套，输料管测温块将温度数据回传至综合控制台，再由综合控制台控制输料管加热套加热输料管测温块，并由输料管测温块将温度传导至铜制直管，测温探头保护套穿过输料管测温块，保护、固定甩盘测温探头并隔绝热量，保温套包裹于铜制弯头和铜制直管未插入金属套筒的部分；接收传送带置于甩盘正下方，内含铝制高压电板、纱网传送带、接收传送带支架、接收传送带电机及接收传送带电机链条，接收传送带支架固定于外框架上，一端为被动传送带转辊，另一端为主动传送带转辊，主动传送带转辊一端固定链轮，链轮与接收传送带电机链条相配合，并连接至接收传送带电机，接收传送带电机固定于接收传送带支架上，受综合控制台控制转速，通过接收传送带电机链条连接至链轮，并带动主动传送带转辊转动，纱网传送带首尾相连，包裹于接收传送带支架外，通过被动传送带转辊及主动传送带转辊固定，并沿主动传送带转动方向循环转动，高压电板置于两层传送带之间，外接高压电，提供牵引力牵引射流固化至传送带上形成纤维；外框架对应传送带的部分由非金属杆构成，用来安装高压电板，其余部分由铝合金杆焊接而成，支撑整个纺丝系统，并起到保护作用，同时提供额外的接地保护；综合控制台可分别独立控制高速电机、接收传送带电机、微型螺杆挤出机、输料管、传送带工作参数。

Images