CN208448458U - 静电纺丝法制备防霾口罩滤芯及生产杯型口罩的设备 - Google Patents

Abstract

一种静电纺丝法制备防霾口罩滤芯及生产杯型口罩的设备，通过制浆装置制备纺丝液，将其输送到注射泵装置内，在高压静电发生器作用下，在注射泵和传动装置之间形成数万伏高压，从而达到静电纺丝条件；在传送带上铺上一层口罩外套布料作为纺丝的接受基地，纺丝在布料上层层铺就，形成防霾滤膜；通过固化、烘干装置后，第二层口罩外套布料引入生产线；通过杯型口罩成型装置将三层原料热压成型；通过鼻梁条焊接装置和耳带点焊装置分别将鼻梁条和耳带超声波焊接到口罩特定位置；通过焊接冲切装置将三层杯型布料焊接到一起并且切离原料，完成防霾杯型口罩加工过程。本工艺构造简单，融和性强，整条生产线实现无人自动化。

Description

静电纺丝法制备防霾口罩滤芯及生产杯型口罩的设备

技术领域

本实用新型属于化工机械领域，具体涉及一种静电纺丝法制备防霾口罩滤芯及生产杯型口罩的设备。

背景技术

静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分解出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长距离，最终固化成纤维。同时杯型生产口罩的生产线是将待加工布料热压成型、焊接冲切、焊接鼻梁条、电焊耳带，最终生产出杯型口罩成品。

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成圆锥形（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、孔径小和孔隙率高的优点，并对PM2.5有极佳的过滤性能，非常适合作为口罩的核心滤膜。

据申请人了解，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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种静电纺丝法制备防霾口罩滤芯及生产杯型口罩的设备，将传统杯型口罩工业生产线和实验室静电纺丝法制备纳米纤维膜相结合，实现高性能静电纺丝杯型防霾口罩的大规模制备。

为了达到以上目的，提供一种静电纺丝法制备防霾口罩滤芯及生产杯型口罩的设备，包括摩擦传动装置，摩擦传动装置的传送带上方从左至右依次设置制浆装置、纤维膜固化装置、烘干装置、杯型口罩成型装置、鼻梁条焊接装置、耳带点焊装置和焊接冲切装置，制浆装置的浆料输送管道连接注射泵装置，杯型口罩成型装置、鼻梁条焊接装置、耳带点焊装置和焊接冲切装置均连接PLC。

本实用新型的优选方案是：制浆装置包括浆料反应槽、浆料输送管道、输送管道阀门和搅拌机，搅拌机安装在浆料反应槽的内部，浆料反应槽的底部的输送口通过浆料输送管道连接注射泵装置，浆料输送管道上安装输送管道阀门。

优选地，注射泵装置的注射面上连接高压静电装置的火线，高压静电装置的接地铁皮板置于注射泵装置的注射面正下方的工作台内，与地线相连，注射泵装置包括临时储浆槽、微型搅拌机、若干个注射针头和微量注射推进器，临时储浆槽底部设有微孔，微孔上固接注射针头，针头之间的距离为3-5cm，与工作台表面之间距离15cm，临时储浆槽的内部安装微型搅拌机，微量注射推进安装于临时储浆槽上，其推进速度为4µl/min。

优选地，摩擦传动装置包括转动传送带的转动轮，转动轮的直径为0.15m，轴向长度为0.2m，转速为0.01-0.1转/min。

优选地，纤维膜固化装置包括空气压缩机、同轴双孔旋喷头和固化剂进料口，同轴双孔旋喷头设于固化剂管的一端，固化剂管的另一端为固化剂进料口，固化剂管的一侧安装空气压缩机。

优选地，烘干装置包括加热室和保温元件，加热室内部的下方安装加热元件，加热室内沿设置内衬，内衬由内到外为耐火砖层和保温砖层；保温元件安装于加热室外部，保温元件的内、外层均为保温砖，中间填充棉花。

优选地，杯型口罩成型装置包括电热凸板、电热凹槽、第一压力发生器、温控器和升降平台，第一压力发生器连接电热凸板，电热凹槽的底端连接升降平台上，电热凸板和电热凹槽为杯型模具，电热凸板和电热凹槽的内侧分别安装一个温控器，两个温控器分别距离电热凸板的凸点和电热凹槽的凹点0.05m。

优选地，鼻梁条焊接装置包括鼻梁条焊接机、滑移轨道、鼻梁条传输管道和杯型支撑模具，鼻梁条焊接机的底部设有滚轮，与滑移轨道之间形成移动副；鼻梁条输送管道的管道高度低于工作台一个鼻梁条宽度，鼻梁条输送管道设有贯通管道的推进滚轮；杯型支撑模具为杯型口罩凸状模具，为鼻梁条焊接提供着力点。

优选地，耳带点焊装置包括两组超声波耳带点焊机、滑移轨道和杯型支撑模具，超声波耳带点焊机通过底部的滑轮与滑移轨道形成移动副，杯型支撑模具为杯型口罩凸状模具，为耳带焊接提供着力点。

优选地，焊接冲切装置包括超声波焊接冲切机，超声波焊接冲切机的超声波部分均为凹半圆弧状。

本实用新型有益效果为：该设备通过制浆装置制备纺丝液，将其输送到注射泵装置内，在高压静电发生器作用下，在注射泵和传动装置之间形成数万伏高压，从而达到静电纺丝条件；在传送带上铺上一层口罩外套布料作为纺丝的接受基地，纺丝在布料上层层铺就，形成防霾滤膜；通过固化、烘干装置后，第二层口罩外套布料引入生产线；通过杯型口罩成型装置将三层原料热压成型；通过鼻梁条焊接装置和耳带点焊装置分别将鼻梁条和耳带超声波焊接到口罩特定位置；通过焊接冲切装置将三层杯型布料焊接到一起并且切离原料，完成防霾杯型口罩加工过程。本工艺构造简单，融和性强，整条生产线实现无人自动化。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型的设备流程示意图。

图2为图1的i区域纵向示意图。

具体实施方式

实施例一

请参阅图1和图2，本实施例提供的一种静电纺丝法制备防霾口罩滤芯及生产杯型口罩的设备，包括摩擦传动装置，摩擦传动装置的传送带上方从左至右依次设置制浆装置、纤维膜固化装置、烘干装置、杯型口罩成型装置、鼻梁条焊接装置、耳带点焊装置和焊接冲切装置，制浆装置的浆料输送管道2连接注射泵装置，杯型口罩成型装置、鼻梁条焊接装置、耳带点焊装置和焊接冲切装置均连接PLC。

制浆装置包括浆料反应槽1、浆料输送管道2、输送管道阀门3和搅拌机4，浆料反应槽1的直径为2m、深度为1m，搅拌机4安装在浆料反应槽1的内部，距离底部0.5m，搅拌机4连接可调速交流电机，按程序输出不同转速，浆料反应槽1的底部的输送口通过浆料输送管道2连接注射泵装置，浆料输送管道2上安装输送管道阀门3。

浆料反应槽1内还设有热电偶温控装置和加热电阻，热电偶温控装置可以控制浆料反应槽1内的温度，保持温度在90-100摄氏度，当超过设定温度后立即切断加热电阻电源。

注射泵装置的注射面上连接高压静电装置14的火线15，高压静电装置14的接地铁皮板16置于注射泵装置的注射面正下方的工作台内，与地线相连，高压静电装置14的电压达到1-3万伏，调节范围在5k-20k伏。

注射泵装置包括临时储浆槽6、微型搅拌机7、若干个注射针头8和微量注射推进器9，临时储浆槽6长6.8m、宽0.2m、深0.5m，其底部设有500个微孔，微孔上固定注射针头8，针头之间的距离为3-5cm，与工作台表面之间距离15cm，临时储浆槽6的内部安装微型搅拌机7，距离底部0.1m，微量注射推进安装于临时储浆槽6上，其推进速度为4µl/min。

摩擦传动装置包括转动传送带的转动轮10、11、12、13，转动轮10、11、12、13的直径为0.15m，轴向长度为0.2m，转速为0.01-0.1转/min。

纤维膜固化装置包括空气压缩机17、同轴双孔旋喷头18和固化剂进料口19，同轴双孔旋喷头18设于固化剂管的一端，固化剂管的另一端为固化剂进料口19，固化剂管的一侧安装空气压缩机17。固化剂可采用戊二醛、硼氢化钠、氯化钙或联氨等中的一种或几种；空气压缩机17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。

烘干装置包括加热室20和保温元件21，加热室20内部的下方安装加热元件，加热室20通过天然气加热以及陶瓷灯加热，通过温度传感器控制，温度适中保持在80℃，加热室的温度高低可分为三部分，即升温、恒温、降温，升温是通过天然气加热来实现，恒温是通过陶瓷灯加热报保持加热室内恒温；加热室20内沿设置内衬，内衬由内到外为耐火砖层和保温砖层；保温元件21安装于加热室20外部，保温元件21的内、外层均为保温砖，中间填充棉花，加热室20的墙壁厚度为15cm。

杯型口罩成型装置包括电热凸板22、电热凹槽23、第一压力发生器24、温控器和升降平台25，第一压力发生器24连接电热凸板22，电热凹槽23的底端连接升降平台25上，电热凸板22和电热凹槽23为杯型模具，通电加热，程序控制下压力发生器将电热凸板下压，电热凸板通过与电热凹槽压合将待加工布料布料热压成型，电热凸板22和电热凹槽23的内侧分别安装一个温控器，两个温控器分别距离电热凸板22的凸点和电热凹槽23的凹点0.05m，保持电热凸板22和电热凹槽23的温度在120-140摄氏度，超过温度上限即自动切断加热电源。

鼻梁条焊接装置包括鼻梁条焊接机26、滑移轨道32、鼻梁条传输管道28、杯型支撑模具29和第二压力发生器30，鼻梁条焊接装置的自动化通过PLC控制。鼻梁条焊接机26未工作时停留在距杯型布料0.3米处。鼻梁条传输管道28长0.05米，宽0.01米，高1.5米，中心距离待加工杯型布料0.007米，内部推进滚轮与鼻梁条传输管道28的距离为0.5米。鼻梁条焊接机26的底部设有滚轮，与滑移轨道32之间形成移动副；鼻梁条输送管道的管道高度低于工作台一个鼻梁条宽度，鼻梁条输送管道设有贯通管道的推进滚轮；杯型支撑模具29为杯型口罩凸状模具，为鼻梁条焊接提供着力点。通过程序控制鼻梁条焊接机26前进及后退时间、鼻梁条传输管道28内相反转轮启动时间、杯型支撑模具29下降与上升时间。

耳带点焊装置包括两组超声波耳带点焊机31、滑移轨道32和杯型支撑模具29，超声波耳带点焊机31通过底部的滑轮与滑移轨道32形成移动副，杯型支撑模具29为杯型口罩凸状模具，为耳带焊接提供着力点。超声波耳带点焊机31由左右两机组成，分别点焊左右耳带，超声波耳带点焊机31未工作时距离杯型布料0.3米。

焊接冲切装置包括超声波焊接冲切机33，超声波焊接冲切机33的超声波部分均为凹半圆弧状。超声波焊接冲切机33由左右两机组成，发生焊接冲切作用的工作板是一个长方形内缺半个杯型口罩圆弧，长方形长0.15米，宽0.1米，内缺圆弧直径0.13米。

使用时，通过往制浆装置的浆料反应槽1内倒入纺丝液原料聚乙烯醇和水，在一定温度下，加入添加剂后在搅拌机4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内，在临时储料槽内有微型搅拌机7搅拌防止粘度变大。接着通过槽内底部若干微孔流入到注射针头8内，在高压电场的作用下被拉成直径数十纳米的纤维丝。这时无纺布布料在转动轮10、11、12、13的传动作用下不断向静电纺丝装置工作台递送。纤维丝一层层地覆盖到工作台的无纺布上。摩擦转动轴的转动速度决定纤维膜的厚度。当铺覆在无纺布上地纤维膜经过固化剂喷雾装置时，固化剂通过同轴双孔旋喷头18喷到纤维膜上，使PVA纤维膜产生交联固化，从而大大增强了纤维膜的强度。接下来，无纺布-薄膜通过薄膜烘干装置，进行进一步薄膜烘干处理。这时，无纺布布料在摩擦转动轮10、11、12、13的作用下向工作台递送，实现口罩三层布料的初步铺设。接下来无纺布-薄膜-无纺布进入杯型口罩成型装置，热压成杯型布料，在智能升降平台25的带动下电热凹槽23下降，杯型布料正常向前传输。智能升降平台25与电热凹槽23回到原始位置。鼻梁条焊接装置的杯型支撑模具29下降填充杯型布料，鼻梁条焊接机26通过滑移轨道32冲向杯型布料，将鼻梁条传输管道28内的鼻梁条贴合到杯型布料上，鼻梁条传输管道28内部推送滚轮将鼻梁条向上传送一个。接下来耳带点焊装置的超声波耳带点焊机31与焊接冲切装置的超声波焊接冲切机33同时通过滑移轨道32向前移动，分别进行耳带点焊与压边冲切工作，超声波耳带点焊机31与超声波焊接冲切机33回到原始位置，口罩加工完毕，掉入下方包装盒。残余布料在摩擦传动装置作用下继续向前传输。此时杯型支撑模具29回到原位。以上杯型口罩成型装置工作周期与鼻梁条焊接装置及耳带点焊装置、焊接冲切装置工作周期相同。杯型口罩加工作业由此循环进行。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (10)

1.静电纺丝法制备防霾口罩滤芯及生产杯型口罩的设备，其特征在于，包括摩擦传动装置，所述摩擦传动装置的传送带上方从左至右依次设置制浆装置、纤维膜固化装置、烘干装置、杯型口罩成型装置、鼻梁条焊接装置、耳带点焊装置和焊接冲切装置，所述制浆装置的浆料输送管道连接注射泵装置，所述杯型口罩成型装置、所述鼻梁条焊接装置、所述耳带点焊装置和所述焊接冲切装置均连接PLC。

2.根据权利要求1所述的静电纺丝法制备防霾口罩滤芯及生产杯型口罩的设备，其特征在于，所述制浆装置包括浆料反应槽、所述浆料输送管道、输送管道阀门和搅拌机，所述搅拌机安装在所述浆料反应槽的内部，所述浆料反应槽的底部的输送口通过所述浆料输送管道连接所述注射泵装置，所述浆料输送管道上安装所述输送管道阀门。

3.根据权利要求1或2所述的静电纺丝法制备防霾口罩滤芯及生产杯型口罩的设备，其特征在于，所述注射泵装置的注射面上连接高压静电装置的火线，所述高压静电装置的接地铁皮板置于所述注射泵装置的注射面正下方的工作台内，与地线相连，所述注射泵装置包括临时储浆槽、微型搅拌机、若干个注射针头和微量注射推进器，所述临时储浆槽底部设有微孔，所述微孔上固接所述注射针头，所述针头之间的距离为3-5cm，与工作台表面之间距离15cm，所述临时储浆槽的内部安装所述微型搅拌机，所述微量注射推进安装于所述临时储浆槽上，其推进速度为4µl/min。

4.根据权利要求1所述的静电纺丝法制备防霾口罩滤芯及生产杯型口罩的设备，其特征在于，所述摩擦传动装置包括转动传送带的转动轮，所述转动轮的直径为0.15m，轴向长度为0.2m，转速为0.01-0.1转/min。

5.根据权利要求1所述的静电纺丝法制备防霾口罩滤芯及生产杯型口罩的设备，其特征在于，所述纤维膜固化装置包括空气压缩机、同轴双孔旋喷头和固化剂进料口，所述同轴双孔旋喷头设于固化剂管的一端，所述固化剂管的另一端为固化剂进料口，所述固化剂管的一侧安装空气压缩机。

6.根据权利要求1所述的静电纺丝法制备防霾口罩滤芯及生产杯型口罩的设备，其特征在于，所述烘干装置包括加热室和保温元件，所述加热室内部的下方安装加热元件，所述加热室内沿设置内衬，所述内衬由内到外为耐火砖层和保温砖层；所述保温元件安装于所述加热室外部，所述保温元件的内、外层均为保温砖，中间填充棉花。

7.根据权利要求1所述的静电纺丝法制备防霾口罩滤芯及生产杯型口罩的设备，其特征在于，所述杯型口罩成型装置包括电热凸板、电热凹槽、第一压力发生器、温控器和升降平台，所述第一压力发生器连接所述电热凸板，所述电热凹槽的底端连接所述升降平台上，所述电热凸板和所述电热凹槽为杯型模具，所述电热凸板和所述电热凹槽的内侧分别安装一个所述温控器，两个所述温控器分别距离电热凸板的凸点和电热凹槽的凹点0.05m。

8.根据权利要求1所述的静电纺丝法制备防霾口罩滤芯及生产杯型口罩的设备，其特征在于，所述鼻梁条焊接装置包括鼻梁条焊接机、滑移轨道、鼻梁条传输管道和杯型支撑模具，鼻梁条焊接机的底部设有滚轮，与所述滑移轨道之间形成移动副；所述鼻梁条输送管道的管道高度低于工作台一个鼻梁条宽度，所述鼻梁条输送管道设有贯通管道的推进滚轮；所述杯型支撑模具为杯型口罩凸状模具，为鼻梁条焊接提供着力点。

9.根据权利要求1所述的静电纺丝法制备防霾口罩滤芯及生产杯型口罩的设备，其特征在于，所述耳带点焊装置包括两组超声波耳带点焊机、滑移轨道和杯型支撑模具，所述超声波耳带点焊机通过底部的滑轮与滑移轨道形成移动副，所述杯型支撑模具为杯型口罩凸状模具，为耳带焊接提供着力点。

10.根据权利要求1所述的静电纺丝法制备防霾口罩滤芯及生产杯型口罩的设备，其特征在于，所述焊接冲切装置包括超声波焊接冲切机，所述超声波焊接冲切机的超声波部分均为凹半圆弧状。