发明内容
本发明的目的是提供一种氧化镁纤维制备装置及制备方法,用于直接将镁金属纤维制备得到氧化镁纤维,以作为阻燃纤维制备阻燃织物。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
本发明公开了一种氧化镁纤维制备装置,包括:
纤维释放装置,用于释放镁金属纤维;
电化学反应装置,用于将所述纤维释放装置释放的所述镁金属纤维氧化为氢氧化镁纤维,包括溶液存储件、负极和正极;所述溶液存储件中存储有中性电解液,以浸泡所述纤维释放装置释放的所述镁金属纤维;所述负极的第一端用于与所述镁金属纤维电连接,所述正极的第一端用于与所述中性电解液电连接,所述负极的第二端和所述正极的第二端用于输出电能;
加热装置,用于加热所述电化学反应装置制备的所述氢氧化镁纤维,以得到氧化镁纤维;
纤维收纳装置,用于对所述加热装置加热后得到的所述氧化镁纤维进行收纳。
优选地,所述溶液存储件为吸水件。
优选地,所述电化学反应装置还包括用于向所述吸水件中添加中性电解液的加液装置。
优选地,所述加液装置为用于容纳所述中性电解液的电解液槽,所述吸水件用于部分浸入所述电解液槽内的所述中性电解液。
优选地,所述电化学反应装置还包括第一辊轮组件和第二辊轮组件,所述第一辊轮组件和所述第二辊轮组件分别位于所述镁金属纤维两侧;所述第一辊轮组件和所述第二辊轮组件均包括辊轮和辊轮驱动装置,所述辊轮驱动装置与所述辊轮相连,以驱动所述辊轮绕自身轴线旋转;所述吸水件呈环形包覆于所述辊轮上,以在所述辊轮旋转时所述吸水件能够与所述镁金属纤维保持接触;所述辊轮上与所述吸水件接触的部分设有催化剂层,所述催化剂层用于对所述镁金属纤维氧化为所述氢氧化镁纤维的过程进行催化;所述电解液槽安装于所述辊轮的下端;所述正极安装于所述辊轮驱动装置上,所述正极的第一端与所述辊轮滑动电连接,以通过所述辊轮和所述催化剂层与所述中性电解液电连接。
优选地,所述第一辊轮组件上的所述吸水件和所述第二辊轮组件上的所述吸水件分别从两侧将所述镁金属纤维夹紧。
优选地,还包括第一位置调节装置,所述第一位置调节装置同时与所述第一辊轮组件的所述辊轮驱动装置和所述第二辊轮组件的所述辊轮驱动装置相连,以实现所述第一辊轮组件上的所述吸水件和所述第二辊轮组件上的所述吸水件对所述镁金属纤维的夹紧和放开。
优选地,所述第一位置调节装置包括第一支架、第一直线电机和第二直线电机;所述第一辊轮组件的所述辊轮驱动装置安装于所述第一直线电机上,所述第二辊轮组件的所述辊轮驱动装置安装于所述第二直线电机上;所述第一直线电机和所述第二直线电机均沿直线滑动安装于所述第一支架上。
优选地,所述第一支架上设有第一条形槽,所述第一条形槽内设有能够伸缩的第一导线,所述正极的第二端滑动安装于所述第一条形槽内,所述正极的第二端与所述第一导线电连接。
优选地,所述纤维释放装置包括放卷线轴驱动装置和放卷线轴,所述放卷线轴用于卷绕所述镁金属纤维,所述放卷线轴驱动装置与所述放卷线轴相连,以驱动所述放卷线轴绕自身轴线旋转;所述负极安装于所述放卷线轴驱动装置上,所述负极的第一端与所述放卷线轴滑动电连接,以通过所述放卷线轴与所述镁金属纤维电连接。
优选地,所述纤维收纳装置包括收卷线轴驱动装置和收卷线轴,所述收卷线轴用于卷绕所述氧化镁纤维,所述收卷线轴驱动装置与所述收卷线轴相连,以驱动所述收卷线轴绕自身轴线旋转。
优选地,还包括第二位置调节装置,所述第二位置调节装置同时与所述放卷线轴驱动装置、所述收卷线轴驱动装置相连,以调整所述放卷线轴与所述收卷线轴的间距。
优选地,所述第二位置调节装置包括第二支架、第三直线电机和第四直线电机;所述放卷线轴驱动装置安装于所述第三直线电机上,所述收卷线轴驱动装置安装于所述第四直线电机上;所述第三直线电机和所述第四直线电机均沿直线滑动安装于所述第二支架上。
优选地,所述第二支架上设有第二条形槽,所述第二条形槽内设有能够伸缩的第二导线,所述负极的第二端滑动安装于所述第二条形槽内,所述负极的第二端与所述第二导线电连接。
本发明还公开了一种氧化镁纤维制备方法,包括如下步骤:
通过纤维释放装置释放镁金属纤维;
并且,使释放的所述镁金属纤维经过电化学反应装置进行原电池反应,在所述原电池反应中,所述镁金属纤维作为阳极并形成氢氧化镁纤维;
使所述氢氧化镁纤维经过加热装置进行加热后转化为氧化镁纤维;
通过纤维收纳装置将所述氧化镁纤维进行收纳。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果:
本发明制备得到的纤维状氧化镁可直接作为阻燃纤维使用,便于后期的机械化纺织耐高温功能面料,并不需要将氧化镁与其它材料进行合成加工,其工艺简单,成本较低,加工效率高。并且,电化学反应装置在工作时能够输出电能,起到节能环保的作用。
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。
本发明的目的是提供一种氧化镁纤维制备装置及制备方法,用于直接将镁金属纤维制备得到氧化镁纤维,以作为阻燃纤维制备阻燃织物。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1~图5,本实施例提供一种氧化镁纤维制备装置100,包括纤维释放装置110、电化学反应装置120、加热装置130和纤维收纳装置140。
其中,纤维释放装置110用于释放镁金属纤维。电化学反应装置120用于将纤维释放装置110释放的镁金属纤维氧化为氢氧化镁纤维,电化学反应装置120包括溶液存储件121、负极122和正极123。溶液存储件121中存储有中性电解液,以浸泡纤维释放装置110释放的镁金属纤维。负极122的第一端用于与镁金属纤维电连接,正极123的第一端用于与中性电解液电连接,负极122的第二端和正极123的第二端用于输出电能。加热装置130用于加热电化学反应装置120制备的氢氧化镁纤维,以得到氧化镁纤维。纤维收纳装置140用于对加热装置130加热后得到的氧化镁纤维进行收纳。加热装置130可以是电阻丝,也可以是能够产生热量的其它装置。加热温度可以是360℃,也可以是其它温度,只要能够将氢氧化镁加热得到氧化镁即可。
本实施例的氧化镁纤维制备装置100在使用时,先由纤维释放装置110将镁金属纤维释放,之后镁金属纤维在电化学反应装置120处发生原电池反应,被氧化为氢氧化镁纤维,然后氢氧化镁纤维在加热装置130处被加热,得到氧化镁纤维,最后由纤维收纳装置140对氧化镁纤维进行收纳。制备得到的纤维状氧化镁可直接作为阻燃纤维使用,便于后期的机械化纺织耐高温功能面料,并不需要将氧化镁与其它材料进行合成加工,其工艺简单,成本较低,加工效率高。并且,电化学反应装置120在工作时能够输出电能,输出的电能可供该氧化镁纤维制备装置100自用,起到节能环保的作用。当然,电化学反应装置所输出的电能也可以储存在电能存储装置中,如电池;或者直接供其它用电器使用。
参照图2~图3,溶液存储件121的类型有多种,只要能够存储中性电解液,以浸泡镁金属纤维即可。本实施例中,溶液存储件121优选为吸水件,并进一步优选为海绵或吸水织物。海绵或吸水织物具有良好的储水能力,能够储存较多的中性电解液,并易于变形,能够使中性电解液更好地包裹镁金属纤维,使反应更充分。根据实际需要的不同,本领域技术人员也可选择硅胶、树脂等储水、变形能力相对较弱的吸水件。本实施例中,中性电解液优选为质量浓度为10%的氯化钠溶液。根据实际需要的不同,本领域技术人员也可以选择其它类型的中性电解液,例如将柠檬酸钠与柠檬酸一比一摩尔配比得到的电解液,或者氯化钾溶液、氯化镁溶液等。
参照图1~图3,为了向溶液储存件持续补充中性电解液,本实施例中,电化学反应装置120还包括用于向吸水件中添加中性电解液的加液装置124。
参照图3,本实施例中,加液装置124为用于容纳中性电解液的电解液槽,吸水件用于部分浸入电解液槽内的中性电解液中。根据实际需要的不同,本领域技术人员也可选择喷洒装置或滴加装置,以通过喷洒或滴加的方式为吸水件补充中性电解液。
参照图1~图3,本实施例中,电化学反应装置120还包括第一辊轮组件和第二辊轮组件,第一辊轮组件和第二辊轮组件分别位于镁金属纤维两侧。第一辊轮组件和第二辊轮组件均包括辊轮125和辊轮驱动装置126,辊轮驱动装置126与辊轮125相连,以驱动辊轮125绕辊轮125的轴线旋转。吸水件呈环形包覆于辊轮125上,以在辊轮125旋转时吸水件能够与镁金属纤维保持接触。辊轮125上与吸水件接触的部分设有催化剂层,催化剂层用于对镁金属纤维氧化为氢氧化镁纤维的过程进行催化。电解液槽安装于辊轮125的下端。正极123安装于辊轮驱动装置126上,正极123的第一端与辊轮125滑动电连接,以通过辊轮125与中性电解液电连接。使用时,可使辊轮125与镁金属纤维的距离小于吸水件的厚度,从而使吸水件被挤压变形,以增大吸水件与镁金属纤维的接触面积。当辊轮125旋转时,吸水件随辊轮125旋转,吸水件圆周方向上不同位置的中性电解液均能够被挤出吸水件并浸泡镁金属纤维。当吸水件圆周方向上某个位置被挤压时,其它位置恢复原状并吸取电解液槽内的中性电解液,保证吸水件圆周方向上各个位置的中性电解液均储存充足,保证电化学反应过程持续稳定进行。本实施例中,催化剂层优选为石墨烯和碳微球复合式催化剂。根据实际需要的不同,本领域技术人员也可选择其它类型的催化剂,例如Pt基催化剂。电解液槽的功能除了提供中性电解液外,还能够对吸水件被挤压变形时流出的中性电解液进行承接,避免中性电解液浪费。
参照图1,本实施例中,第一辊轮组件上的吸水件和第二辊轮组件上的吸水件分别从两侧将镁金属纤维夹紧,当这两者对镁金属纤维施加的压力相互抵消时,镁金属纤维不会弯曲变形。根据实际需要的不同,本领域技术人员也可以使第一辊轮组件上的吸水件和第二辊轮组件上的吸水件在镁金属纤维的延伸方向上相互错开,使镁金属纤维在吸水件的压力作用下呈S型分布。
参照图1~图2,本实施例的氧化镁纤维制备装置100还包括第一位置调节装置150,第一位置调节装置150同时与第一辊轮组件的辊轮驱动装置126和第二辊轮组件的辊轮驱动装置126相连,以实现第一辊轮组件上的吸水件和第二辊轮组件上的吸水件对镁金属纤维的夹紧和放开。
参照图1~图2,本实施例中,第一位置调节装置150包括第一支架151、第一直线电机和第二直线电机。第一辊轮组件的辊轮驱动装置126安装于第一直线电机上,第二辊轮组件的辊轮驱动装置126安装于第二直线电机上。第一直线电机和第二直线电机均沿直线滑动安装于第一支架151上。第一直线电机工作时在第一支架151上沿直线滑动,从而调整第一辊轮组件与镁金属纤维的间距。第二直线电机工作时在第一支架151上沿直线滑动,从而调整第二辊轮组件与镁金属纤维的间距。在电化学反应开始前,应先使第一辊轮组件上的吸水件和第二辊轮组件上的吸水件保持一定距离,以在这两者之间放入镁金属纤维,之后启动第一直线电机和第二直线电机,使第一辊轮组件上的吸水件和第二辊轮组件上的吸水件将镁金属纤维夹紧。根据实际需要的不同,本领域技术人员也可选择其它类型的第一位置调节装置150,例如将第一直线电机替换为第一气缸,将第二直线电机替换为第二气缸。
由于正极123安装于辊轮驱动装置126上,当第一位置调节装置150移动辊轮驱动装置126时,正极123也随之移动。参照图1~图2,本实施例中,第一支架151上设有第一条形槽1511,第一条形槽1511内设有能够伸缩的第一导线,例如螺旋状的第一导线。正极123的第二端滑动安装于第一条形槽1511内,正极123的第二端与第一导线电连接。第一导线作为正极123与用电器的中间结构,能够避免正极123因为移动而无法与用电器保持稳定的电连接。第一导线放置于第一条形槽1511内并且能够伸缩,能够避免第一导线缠绕打结。
参照图1、图4~图5,本实施例中,纤维释放装置110包括放卷线轴驱动装置111和放卷线轴112,放卷线轴112用于卷绕镁金属纤维,放卷线轴驱动装置111与放卷线轴112相连,以驱动放卷线轴112绕放卷线轴112的轴线旋转。负极122安装于放卷线轴驱动装置111上,负极122的第一端与放卷线轴112滑动电连接,以通过放卷线轴112与镁金属纤维电连接。本实施例中,负极122的第一端和正极123的第一端均为滑动电连接,从而在相对旋转的部件之间传导电流。
参照图1、图4,本实施例中,纤维收纳装置140包括收卷线轴驱动装置141和收卷线轴142,收卷线轴142用于卷绕氧化镁纤维,收卷线轴驱动装置141与收卷线轴142相连,以驱动收卷线轴142绕收卷线轴142的轴线旋转。
可以理解的是,本领域技术人员也可采用其它类型的纤维释放装置110和纤维收纳装置140,只要能够实现镁金属纤维的释放和氧化镁纤维的收纳即可。例如,纤维释放装置110可以包括圆柱筒、限位环和织物层,圆柱筒内用于放置呈环形缠绕的镁金属纤维,镁金属纤维的缠绕中心为圆柱筒的轴线,限位环供镁金属纤维穿过,织物层安装于限位环上,用于减小镁金属纤维与限位环之间的摩擦。又例如,纤维收纳装置140可以包括方槽和气缸,气缸的活塞杆与方槽相连,用于驱动方槽沿直线往复运动,使氧化镁纤维在方槽内摆动收集。
参照图1、图4,本实施例的氧化镁纤维制备装置100还包括第二位置调节装置160,第二位置调节装置160同时与放卷线轴驱动装置111、收卷线轴驱动装置141相连,以调整放卷线轴112与收卷线轴142的间距,从而调整镁金属纤维的张紧程度。
参照图1、图4,本实施例中,第二位置调节装置160包括第二支架、第三直线电机和第四直线电机。放卷线轴驱动装置111安装于第三直线电机上,收卷线轴驱动装置141安装于第四直线电机上。第三直线电机和第四直线电机均沿直线滑动安装于第二支架上。根据实际需要的不同,本领域技术人员也可选择其它类型的第二位置调节装置160,例如将第三直线电机替换为第三气缸,将第四直线电机替换为第四气缸。
由于负极122安装于放卷线轴驱动装置111上,当第二位置调节装置160移动放卷线轴驱动装置111时,负极122也随之移动。本实施例中,第二支架上设有第二条形槽,第二条形槽内设有能够伸缩的第二导线,例如螺旋状的第二导线,负极122的第二端滑动安装于第二条形槽内,负极122的第二端与第二导线电连接。第二导线作为负极122与用电器的中间结构,能够避免负极122因为移动而无法与用电器保持稳定的电连接。第二导线放置于第二条形槽内并且能够伸缩,能够避免第二导线缠绕打结。
参照图1~图2、图4,本实施例中,第二支架包括第一支架151、第一安装块161和第二安装块162,第一安装块161和第二安装块162分别可拆卸式安装于第一支架151的两侧,第三直线电机沿直线滑动安装于第一安装块161上,第二条形槽位于第一安装块161上,第四直线电机沿直线滑动安装于第二安装块162上。
参照图1~图5,本实施例中,辊轮驱动装置126、放卷线轴驱动装置111和收卷线轴驱动装置141均包括减速电机、电机罩和传动轴,减速电机安装于电机罩内,减速电机的输出轴与传动轴相连,通过传动轴向外输出动力。对于第一辊轮组件的辊轮驱动装置126,其电机罩安装于第一直线电机上。对于第二辊轮组件的辊轮驱动装置126,其电机罩安装于第二直线电机上。对于放卷线轴驱动装置111,其电机罩安装于第三直线电机上。对于收卷线轴驱动装置141,其电机罩安装于第四直线电机上。
参照图1、图4~图5,本实施例中,放卷线轴驱动装置111还包括第一底座1111,第一底座1111可拆卸式安装于放卷线轴驱动装置111的传动轴上,以对放卷线轴112沿轴向限位,防止其脱落。放卷线轴112套设于放卷线轴驱动装置111的传动轴外侧且与该传动轴螺纹连接,放卷线轴112的两端均设有限位挡板,以防止镁金属纤维脱落。
参照图1、图4,本实施例中,收卷线轴驱动装置141还包括第二底座,第二底座可拆卸式安装于收卷线轴驱动装置141的传动轴上,以对收卷线轴142沿轴向限位,防止其脱落。收卷线轴142套设于收卷线轴驱动装置141的传动轴外侧且与该传动轴螺纹连接,收卷线轴142的两端均设有限位挡板,以防止氧化镁纤维脱落。
需要说明的是,为了提高氧化镁纤维的制备效率,放卷线轴驱动装置111的传动轴上可套设多个放卷线轴112,收卷线轴驱动装置141的传动轴上可套设与放卷线轴112数量相同的收卷线轴142,以实现多条镁金属纤维的同时放卷和收卷。
本实施例中,镁金属纤维被氧化为氢氧化镁纤维过程的反应式如下:
本实施例中,氢氧化镁纤维被加热得到氧化镁纤维过程的反应式如下:
实验证明,使用本实施例的氧化镁纤维制备装置100,镁金属向氧化镁的转化率可达到99.5%。
本实施例还提供一种氧化镁纤维制备方法,可以使用上述的氧化镁纤维制备装置100,包括如下步骤:
通过纤维释放装置110释放镁金属纤维。
并且,使释放的镁金属纤维经过电化学反应装置120进行原电池反应,在原电池反应中,镁金属纤维作为阳极122并形成氢氧化镁纤维。
使氢氧化镁纤维经过加热装置130进行加热后转化为氧化镁纤维。
通过纤维收纳装置140将氧化镁纤维进行收纳。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。