CN201588067U - 一种连续生产纳米纤维膜的装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种静电纺丝连续生产纳米纤维膜的装置。该装置包括直流高压电源、供液系统、喷头组、接丝系统、收卷系统、恒温系统、溶剂回收系统。喷头组为喇叭型双层结构圆筒喷头组成；收卷系统由导向辊和直径为100mm的收卷辊组成，接丝辊到收卷辊中心距离500mm左右。接丝辊和收卷辊以1∶4的转速同步运转，在传动机构和收卷辊之间设计一个摩擦轮，以便调节膜的张力。喷头组、接丝系统、收卷系统置于一个恒温箱中。连续制膜时，将接丝辊上所成的膜剥离绕过导向辊达到收卷辊，连续平整地在收卷辊上成卷。控制接丝辊转速，可得到不同厚度的膜。

Description

一种连续生产纳米纤维膜的装置
技术领域
本实用新型涉及一种静电纺丝制膜装置，一种连续生产纳米纤维膜的装置，能将高分子溶液连续制成纳米纤维膜。
技术背景
在专利号为200720103321.x中提供一种制备纳米纤维膜的装置，由于静电场的干扰，单位时间内电纺量少达不到所需要的厚度，因此该装置不能用于连续制膜。实现连续制膜必须增大单位时间内电纺量，为此在上一专利(申请号为200710000533.X)中介绍了一种高分子溶液制备纳米纤维膜的方法和实施该方法的设备。由于该装置中采用了双层结构圆筒喷头，单位时间内电纺量有很大的增加且可连续制膜。但是由于喷头的缺陷，带来电纺过程不十分稳定。同时由于收卷装置上的缺陷，对于较薄的产品膜不易收卷成平整的卷轴。
发明的内容
为了克服上述缺点，本实用新型对双层结构圆筒喷头和收卷装置进行改进，提出一种静电纺丝制膜装置，一种连续生产纳米纤维膜装置。该装置包括直流高压电源、供液系统、双层结构圆筒喷头组成的喷头组、接丝系统、收卷系统、恒温系统、溶剂回收系统。双层结构圆筒喷头其特点在于内层小圆筒一端大约有1/3是实心圆柱体。在实心圆柱体顶端挖去一个60度圆锥体，成为喇叭型双层结构圆筒喷头，便于形成尖锐的边缘电场分布。内层小圆筒空心部分在靠近实心处筒壁有两个对称小孔与外层圆筒相通，其顶端与外层圆筒顶端紧密相连，可以任意拆卸。接丝系统，由直径为400mm长为1000mm的接丝辊构成。收卷系统由导向辊和直径为100mm的收卷辊组成。如果膜从接丝辊到收卷辊距离过长，较薄的产品膜在收卷时不易形成平整的卷轴。因此，接丝辊到收卷辊中心距离500mm左右。收卷辊相对接丝辊以4∶1的转速同步运转，在传动机构和收卷辊之间设计一个摩擦轮，以便调节膜的张力。喷头组、接丝系统、收卷系统置于一个恒温箱中。由恒温箱、温控系统和加热系统组成恒温系统。为了方便操作和观察，恒温箱设计为一个长1700mm宽1500mm高1200mm的双层玻璃罩，四面开门，底层和顶层为木板或塑料板。底层开有通风口，便于提供热源。顶层开有直径为100mm的通风口，连接到溶剂回收系统。供液系统由供液泵和管道组成，供液泵可以是蠕动泵或其它微型泵。
附图说明
图1为示意地显示了本发明装置的横截面图，图中标1为喷头组；2为接丝辊；3为导向辊；4为收卷辊；5为恒温箱；6为恒温箱底层通风口；7为恒温箱顶层通风口。
图2为喇叭型双层结构圆筒喷头剖面图。
具体实施方式
采用本实用新型提供的连续生产纳米纤维膜的装置，以适当的高分子溶液制备纳米纤维膜。其过程是用供液泵将高分子溶液也称电纺液送向喷头组1，再由喷头流出。当喷头与接丝辊2之间形成高电场时，电纺液在喇叭型双层结构圆筒喷头顶端形成多个泰勒锥体。由于电场的作用，每个锥体分裂成若干细流，流向接丝辊。同时溶剂挥发高分子固化成纤维，在接丝辊上成膜。控制接丝辊转速，使接受的膜达到需要的厚度。将膜从接丝辊上剥离，绕过导向辊3达到收卷辊4。膜从接丝辊上不断地剥离，连续平整地在收卷辊上成卷。
实例
以3F公司牌号904的聚偏氟乙烯(PVDF)为电纺材料，以二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，丙酮为调节剂。以DMF∶丙酮＝7∶3(V/V)的混和溶剂，配制PVDF含量为8％或10％的电纺液。采用本实用新型提供的制膜装置，进行制备纳米纤维膜。将电纺液用泵输送至喷头组1。然后电纺液经过喇叭型双层结构圆筒喷头的内层小圆筒，到达外层圆筒从顶端流出。直流高压电源的高压端与喷头组1相连，另一端接地，同时接丝辊2也与地端相连。调节高压输出在20000～30000伏，喷头与接丝辊间距调节在180mm左右，电纺温度控制在30～45℃。从喷头流出的电纺液，在电场作用下分裂成若干细液柱。溶剂挥发高分子凝固形成直径在40～2000nm的纤维，在接丝辊上形成非织造布，称为纳米纤维膜。调节接丝辊的转速，可以得到10～50μm不同厚度的纳米纤维膜。将膜从接丝辊上剥离，绕过导向辊3达到收卷辊4。膜从接丝辊上不断地剥离，连续平整地在收卷辊上成卷。改变DMF与丙酮的比例和电纺温度，可以得到40～80％不同孔隙率的纳米纤维膜。
工业实用性
本实用新型提供的连续生产纳米纤维膜的装置，适合于工业上连续生产各种类型的纳米纤维膜。可用于锂电池隔膜；燃料电池隔膜；水处理膜；滤芯材料；防护用品等。

Claims (7)

1.一种连续生产纳米纤维膜的装置，其特征在于喷头组为双层结构圆筒喷头组成，喷头组、接丝系统、收卷系统置于一个恒温箱中。
2.根据权利要求1所述的连续生产纳米纤维膜的装置，其特征在于双层结构圆筒喷头由一个外层圆筒和一个内层小圆筒组成，内层小圆筒一端大约有1/3是实心圆锥体，顶端挖去一个60度圆锥体，空心部分在靠近实心处筒壁有两个对称小孔与外层相通。
3.根据权利要求1所述的连续生产纳米纤维膜的装置，其特征在于收卷系统由导向辊和收卷辊组成，制得的膜从接丝辊剥离后绕过导向辊达到收卷辊。
4.根据权利要求1所述的连续生产纳米纤维膜的装置，其特征在于收卷辊相对接丝辊中心距离在500mm左右，并以4∶1的转速同步运转。
5.根据权利要求1所述的连续生产纳米纤维膜的装置，其特征在于在传动机构和收卷辊之间设计一个摩擦轮，以便调节膜的张力。
6.根据权利要求1所述的连续生产纳米纤维膜的装置，其特征在于恒温箱是一个长1700mm宽1500mm高1200mm的双层玻璃罩，四面开门，恒温箱底层和顶层为木板或塑料板。
7.根据权利要求1所述的连续生产纳米纤维膜的装置，其特征在于恒温箱底层开有通风口，便于提供热源，顶层开有直径为100mm的通风口，连接到溶剂回收系统。
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