CN207632988U - 一种大规模生产口罩滤膜的静电纺丝设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于化工机械领域，具体涉及到一种大规模生产口罩滤膜的静电纺丝设备，包括制浆系统、注射泵系统、传送带、高压静电发生器、纤维膜固化系统、纤维膜烘干系统、拉伸分切系统。所述制浆系统、注射泵系统、高压静电发生器和传送带依次首尾相连，所述传送带依次通过纤维膜固化系统、纤维膜干燥系统和拉伸分切系统，所述拉伸分切系统将传送带分成两段。本实用新型通过制浆系统制备纺丝液，将其输送到注射泵系统内，在传送带上铺上一层PET接收基底，在高压静电发生器作用下，在注射泵系统和传送带之间形成数万伏高压。从而达到静电纺丝条件。本工艺构造简单，过程可控，自动化程度高，整条生产线基本实现无人化工作。

Description

一种大规模生产口罩滤膜的静电纺丝设备

技术领域

本实用新型属于化工机械技术领域，特别涉及一种大规模生产口罩滤膜的静电纺丝设备。

背景技术

静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。

静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形(即“泰勒锥”)，并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。

通过静电纺丝工艺制备出来的纤维膜具有直径细、孔径小和孔隙率低的优点，非常适合作为口罩的核心滤膜。目前国内口罩滤膜均采用无纺布，但是其纤维粗大，孔径大，只能过滤大颗粒灰尘，对现在污染严重的PM2.5不起作用。国外高端口罩制备商3M公司制造的口罩虽然能过滤PM2.5，但是其价钱昂贵，不适合大量普及。

静电纺丝工艺目前只能在实验室里小规模的制备纳米纤维膜，大大限制了其在人们生活中的应用。本实用新型突破性地将其引入工厂流水线，解决了工厂不能批量生产高品质口罩滤膜的问题，能够帮助国内口罩生产厂商迅速生产出价格低廉、性能优越的口罩滤膜。

发明内容

为了克服现有技术中使用静电纺丝工艺无法连续性大规模生产口罩滤膜，从而导致防雾霾口罩价格居高不下的缺点，本实用新型突破性地将传统工业生产线与实验室中静电纺丝法制备纳米纤维膜结合在一起，在不降低产品质量的前提下，可以实现高性能口罩滤膜的连续性大规模制备。为此本实用新型提供一种大规模生产口罩滤膜的静电纺丝设备，本实用新型采用的技术方案如下所示：

本实用新型提供一种大规模生产口罩滤膜的静电纺丝设备，该设备依次包括制浆系统、注射泵系统、传送带、高压静电发生器、纤维膜固化系统、纤维膜干燥系统、拉伸分切系统。所述制浆系统、注射泵系统、高压静电发生器和传送带依次首尾相连，所述传送带依次通过纤维膜固化系统、纤维膜干燥系统和拉伸分切系统，所述拉伸分切系统将传送带分成两段。

所述制浆系统包括浆料反应槽、浆料输送管道、加热保温设备和搅拌机。所述搅拌机安装在浆料反应槽内中部，选择可调速交流电机，按程序输出不同的转速。所述加热保温设备由加热电阻、热电偶和智能温控单元组成，所述智能温控单元可控制浆料反应槽内温度，超过设定温度后自动关闭加热电阻。所述输送管道位于浆料反应槽底部并由输送管道阀门控制闭合。

所述注射泵系统包括临时储料槽、由若干可升降注射针头组成的注射面、微型搅拌机微量注射推进设备。为避免浆料在临时储浆槽内粘度变大，应在其内部中间放置微型搅拌机。所述微量注射推进设备与临时储浆槽相连通，并可以设定推进速度和步长。所述临时储料槽与制浆系统底部的浆料输送管道相连接，其底部有若干微孔，用来固定注射针头。所述可升降注射针头为金属导电材质，可以调节其与接受基底的距离。

所述传送带包括第一传送带和第二传送带两段，分别位于拉伸分切系统的上游和下游，每段两头由滑轮固定，每个滑轮由低速电机带动。两段传送带的速度要保持一致。所述传送带外表面覆盖一层导电薄膜，例如光滑平整的PET薄膜、锡纸等，作为接受基底，其内表面粗糙，防止在滑轮处打滑。所述传送带的宽度宽于注射面的宽度。

所述的高压静电发生器，其电压能达到1-3万伏直流电压，调节范围在5k-20k伏。

其火线接在注射泵系统的注射面(注射针头)上，地线接在传送带下的接地铁皮板上。所述接地铁皮板的长度略长于注射面长度

所述纤维膜固化系统包括空气压缩机、同轴双孔旋喷头、固化剂。所述同轴双孔旋喷头内有里外两个通道，里层通空气，外层通固化剂，通过调节气压来控制固化液喷射速度和范围。所述纤维膜固化系统与传送带间距要适当，固化剂可选戊二醛，确保喷嘴喷出的促凝剂范围的直径能大于传送带宽度。

所述纤维膜干燥系统包括加热元件和保温元件，内衬由保温砖砌成。其中所述加热元件安装在系统内部中间部位，使传送带上从左到右的温度变化为由低到高再到低。所述保温元件使用耐火砖和保温砖，由内到外分别砌耐火砖和保温砖。

所述拉伸分切系统包括拉伸系统和分切系统。所述拉伸系统由若干个大小相同滑轮组成，每个滑轮都有低速电机驱动，其速度要保持一致。所述薄膜拉伸系统中的每个滑轮之间的间距要小，防止薄膜起皱。所述分切系统包括电机和切刀。切刀的宽度和传送带保持一致。

在使用本实用新型提供的设备时，通过往制浆系统的浆料反应槽内倒入纺丝液原料聚乙烯醇和水，一定温度下，加入添加剂后在搅拌机的搅动下，生成聚乙烯醇纺丝液，由浆料输送管道输送到临时储料槽内，在储料槽内有微型搅拌机搅拌防止粘度变大。接着通过临时储浆槽内底部若干微孔流入到注射针头内，在高压静电发生器产生的高压电场的作用下被拉成直径数十纳米的纤维膜，一层层地覆盖到第一传送带上的PET接受基底上。传送带的速度决定纤维膜的厚度。当纤维膜经过纤维膜固化剂系统时，固化剂通过高压喷嘴喷到传送带上，使PVA纤维膜产生交联固化，从而大大地增强了纤维膜的强度。纤维膜随着第一传送带经过纤维膜干燥系统干燥后，被传送到拉伸分切系统中，经过上下弯曲来增强薄膜的韧性和抗拉强度第二传送带再将纤维膜带到分切系统中，切刀按设置好的程序每隔一定的时间落刀，可以得到不同长度的高品质口罩滤膜成品。

本实用新型具有如下有益效果：1、本实用新型提供的纳米纤维膜的静电纺丝生产设备构造简单，过程可控，自动化程度高，整条生产线基本实现无人化工作；2、所述设备可实现连续性、大规模生产口罩滤膜，有利于高性能防PM2.5口罩的推广和应用。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的口罩滤膜静电纺丝生产设备示意图；

其中，1为传送带，2为注射泵系统，3为空气压缩机，4为纤维膜固化系统，5为纤维膜干燥系统，6为分切系统，7为拉伸系统，8为制浆系统，9为注射针头，10为高压静电发生器，11为接地铁皮板，12为输送管道阀门，13为高压静电发生器火线，14为浆料反应槽， 15为搅拌机，16为固化剂进料口，17为智能温控单元，18为微型搅拌电机，19为临时储料槽。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图来说明本实用新型的技术方案。

实施例1

如图1所示，本实施例中的大规模量产口罩滤膜的静电纺丝设备依次包括制浆系统8、注射泵系统2、高压静电发生器10、传送带、纤维膜固化系统4、纤维膜干燥系统5、拉伸分切系统。所述制浆系统8、注射泵系统、高压静电发生器10和传送带依次首尾相连，所述传送带依次通过纤维膜固化系统4、纤维膜干燥系统5和拉伸分切系统，所述拉伸分切系统将传送带分成两段。

所述制浆系统8包括浆料反应槽14、浆料输送管道、加热保温设备和搅拌机15。所述浆料反应槽14直径1.5米，深1米。所述搅拌机15安装在浆料反应槽14内中部距离底部0.3米，选择可调速交流电机，按程序输出不同的转速。输送管道位于浆料反应槽14底部并由输送管道阀门12控制闭合。所述加热保温设备由加热电阻、热电偶和智能温控单元17组成，用于控制浆料反应槽内温度。温度保持在90-100℃，超过设定温度后自动关闭加热电阻。所述搅拌机安装在将料槽内部，距离底部0.3米，选择可调速交流电机，按程序输出不同的转速。

所述注射泵系统2包括临时储料槽19、由若干可升降注射针头9组成的注射面、微型搅机18和微量注射推进设备。所述临时储浆槽19与制浆系统8底部的浆料输送管道相连接，其底部有20*15个用于固定注射针头9的微孔。所述可升降注射针头9为金属导电材质，针头之间的距离保持在3-5cm，针头距离传送带表面16cm。所述微型搅拌机18设置于临时储浆槽19内中部。所述微量注射推进设备与临时储浆槽19相连通，其可以设定推进速度为0.006mm/s。

所述传送带1包括第一传送带和第二传送带两段，第一传送带长度为40米，第二传送带长度10米，分别位于拉伸分切系统的上游和下游，每段两头由滑轮固定，每个滑轮由低速电机带动。两段传送带1的速度要保持一致，传送带1速度0.001-0.01米每分钟。传送带1宽度为1米，滑轮直径0.5米，传送带1选用带式输送机，采用A3低碳不锈钢网带作为载体。传送带1外表面覆盖一层PET薄膜来做为接受基底。

所述的高压静电发生器10，其电压能达到1-3万伏直流电压，调节范围在5k-20k伏。火线13接在注射泵系统2的注射面的注射针头9上，地线接在传送带下的接地铁皮板11上。

所述纤维膜固化系统4包括空气压缩机3、同轴双孔旋喷头、固化剂。所述同轴双孔旋喷头内有里外两个通道，外层通空气，里层通固化剂。所述固化剂由骨架击进料口16从里层管注入，空气压缩机3从外层管喷入，在喷口处将固化剂喷成小液珠。所述固化剂可选择戊二醛、硼氢化钠、氯化钙或联氨等中的一种或几种。纤维膜固化系统4的空气压强为20MPa，通过电子阀门控制输出流量。固化剂由电子阀门控制流出，喷嘴距离传送带0.2米，两个阀门相互调节，使喷出范围宽度等于传送带宽度。

所述纤维膜干燥系统5包括加热元件和保温元件，内衬由保温砖砌成。纤维膜干燥系统 5的加热元件使用陶瓷加热灯，安装在加热室中间部位，用温度传感器开关控制，使温度始终保持在80℃。纤维膜干燥系统墙壁厚度为15厘米，根据温度的高低可分为3部分，即升温、恒温、降温。外层有保温砖砌成，中间塞有棉花，里层用耐火砖砌成。

所述拉伸分切系统包括拉伸系统7和分切系统6。所述拉伸系统7由若干个大小相同滑轮组成，每个滑轮都有低速电机驱动，其速度要保持一致。所述分切系统7包括电机和切刀，所述切刀的宽度和传送带保持一致。分切系统6安装在第二传送带上方，刀片落刀收刀时间短，控制在0.1秒内。

在使用本实施例提供的设备时，通过往制浆系统8的浆料反应槽14内倒入纺丝液原料聚乙烯醇和水，90-100℃下，加入十二烷基磺酸钠后在搅拌机15的搅动下，生成聚乙烯醇纺丝液，由输送管道输送到临时储料槽19内，在临时储料槽19内有微型搅拌机18搅拌防止粘度变大。接着通过临时储料槽18内底部若干微孔流入到注射针头9内，在高压电场的作用下被拉成直径数十纳米的纤维膜，一层层地覆盖到传送带1上的PET接收基底上。传送带1的速度决定纤维膜的厚度。当纤维膜经过纤维膜固化系统4时，固化剂通过高压喷嘴喷到传送带 1上，使PVA纤维膜产生交联固化，从而大大地增强了纤维膜的强度。薄膜随着传送带1被传送到拉伸系统6中，经过上下弯曲来增强薄膜的韧性和抗拉强度。最后传送带1将纤维膜带到分切7系统中，切刀按设置好的程序每隔一定的时间落刀，可以得到不同长度的高品质口罩滤膜成品。

Claims (10)

1.一种大规模生产口罩滤膜的静电纺丝设备，其特征在于，所述静电纺丝设备包括制浆系统、注射泵系统、传送带、高压静电发生器、纤维膜固化系统、纤维膜干燥系统、拉伸分切系统，所述制浆系统、注射泵系统、高压静电发生器和传送带依次首尾相连，所述传送带依次通过纤维膜固化系统、纤维膜干燥系统和拉伸分切系统，所述拉伸分切系统将传送带分成两段。

2.根据权利要求1所述的一种大规模生产口罩滤膜的静电纺丝设备，其特征在于，所述制浆系统包括浆料反应槽、浆料输送管道、加热保温设备和搅拌机，所述搅拌机置于浆料反应槽内中部，所述输送管道位于浆料反应槽底部并由输送管道阀门控制闭合，所述加热保温设备由加热电阻、热电偶和智能温控单元组成，用于控制浆料反应槽内温度。

3.根据权利要求1所述的一种大规模生产口罩滤膜的静电纺丝设备，其特征在于，所述注射泵系统包括临时储浆槽、微型搅拌机、由若干可升降注射针头组成的注射面和微量注射推进设备，所述临时储浆槽与制浆系统底部的浆料输送管道相连接，其底部有若干用于固定注射针头的微孔，所述微型搅拌机设置于临时储浆槽内中部，所述微量注射推进设备与临时储浆槽相连通。

4.据权利要求3所述的一种大规模生产口罩滤膜的静电纺丝设备，其特征在于，所述可升降注射针头为金属导电材质，可以调节其与接受基底的距离；所述微量注射推进设备可控制推进速度、推进步长。

5.根据权利要求1所述的一种大规模生产口罩滤膜的静电纺丝设备，其特征在于，所述传送带包括第一传送带和第二传送带两段，分别位于拉伸分切系统的上游和下游，两段传送带的速度要保持一致。

6.根据权利要求5所述的一种大规模生产口罩滤膜的静电纺丝设备，其特征在于，所述传送带外表面覆盖一层导电薄膜作为接收基底。

7.根据权利要求1所述的一种大规模生产口罩滤膜的静电纺丝设备，其特征在于，所述高压静电发生器能产生1-3万伏直流电压，其火线连在注射针头上，其接地线与传送带下部的接地铁皮板相连。

8.根据权利要求1所述的一种大规模生产口罩滤膜的静电纺丝设备，其特征在于，所述纤维膜固化系统包括空气压缩机、同轴双孔旋喷头、固化剂，所述同轴双孔旋喷头内有里外两个通道，里层通空气，外层通固化剂。

9.根据权利要求1所述的一种大规模生产口罩滤膜的静电纺丝设备，其特征在于，所述纤维膜干燥系统包括加热元件和保温元件，所述加热元件安装在系统内部中间部位，所述保温元件使用耐火砖和保温砖，由内到外分别砌耐火砖和保温砖。

10.根据权利要求1所述的一种大规模生产口罩滤膜的静电纺丝设备，其特征在于，所述拉伸分切系统包括拉伸系统和分切系统，所述分切系统包括电机和切刀。