CN218404524U - 一种超细纳米纤维纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超细纳米纤维纺丝装置，所述装置包括储液罐，进口与所述储液罐的出口相连通的流量泵，进口与所述流量泵的出口相连通的输液管，第一进口与所述输液管的出口相连通的喷丝头，以及出口与所述喷丝头第二进口相连通的输气系统；所述喷丝头内沿着输液管方向设置有拉瓦尔管形内孔，所述输液管通过所述喷丝头的第一进口伸入喷丝头内部并与毛细针管相连接，所述毛细针管可沿着输液管方向伸缩。本发明利用拉瓦尔管的气流加速效应以及毛细针管的设置，使牵引气流以超音速对均匀液滴进行拉伸，制备得到100nm～300nm的超细纳米纤维，且纤维的产能提高了3～10倍。

Description

一种超细纳米纤维纺丝装置

技术领域

本实用新型涉及纳米纤维制备装置领域，具体涉及一种超细纳米纤维纺丝装置。

背景技术

纳米纤维具有很多优异的性能，目前制造纳米纤维的方法有很多，例如拉伸法、模板合成、自组装、微相分离、静电纺丝等。其中静电纺丝法以操作简单、适用范围广而被广泛应用，但静电纺丝制备纳米纤维的产出低，喷液纺丝虽然在产能上有一定提升，但制备的纤维丝径不够细。

专利CN104947208B公开了一种制备纳米纤维的喷丝装置，其喷丝装置包括设置有拉法尔管形内孔的喷管，利用拉法尔管对气流进行加速，并进一步推动液体流使其在喷丝口附近高速雾化成许多微米大小的液滴，液滴在强推力作用下通过喷丝口处的多孔结构时被拉伸为纳米纤维。由于上述装置的局限，纺丝液需雾化成液滴再拉伸成纤维，雾化过程中形成的部分液滴会粘附在喷管内部无法通过喷丝网，导致产率较低，且雾化液滴大小不均匀，经拉伸处理后的纤维直径难以控制。

超细纳米纤维的批量化制备至今仍然是个技术难题，因此亟需一种可用于大批量制备细丝径的纳米纤维的纺丝装置。

实用新型内容

本实用新型为解决上述问题，提供了一种超细纳米纤维纺丝装置，以解决超细纳米纤维批量制备的问题。

本实用新型包含以下技术方案：

本实用新型提供了一种超细纳米纤维纺丝装置，所述装置包括储液罐，进口与所述储液罐的出口相连通的流量泵，进口与所述流量泵的出口相连通的输液管，第一进口与所述输液管的出口相连通的喷丝头，以及出口与所述喷丝头的第二进口相连通的输气系统；

所述输液管通过所述喷丝头的第一进口伸入喷丝头内部并与毛细针管相连接，所述毛细针管可沿着输液管输液方向伸缩；

所述喷丝头内沿着输液管输液方向设置有拉瓦尔管形内孔，所述拉瓦尔管形内孔包含渐缩段和渐扩段；所述喷丝头的第二进口开设于所述拉瓦尔管形内孔的上方，由第二进口进入的气流通过所述拉瓦尔管形内孔加速成超音速流。

进一步地，所述毛细针管的针管外径为0.3mm～1.5mm，针管壁厚为0.1 mm～0.3mm。

进一步地，所述毛细针管的出液口位于渐缩段或渐扩段，可以相对拉瓦尔管形内孔喉管的位置上下升降。

拉瓦尔管是一种先收缩后扩张以产生超音速气流的管道。管道先逐渐收缩，使亚声速流逐渐加速，在喉部达到声速，而后管道逐渐扩张，使气流进一步加速成超音速流。利用超音速流来对纺丝液体进行牵引和拉伸，可实现纤维的进一步细化。

毛细针管的引入一方面通过控制流速以及针管孔径来控制液滴的大小，以获得直径大小更为均匀的纤维；同时通过调控毛细针管出液口位置可获得超音速的牵引气流，进而调控纤维的粗细。

进一步地，纺丝液由储液罐经流量泵以设定的流量输送至毛细针管，

进一步地，所述渐缩段的渐缩角为30°～45°，所述渐扩段的渐扩角为10°～15°。

进一步地，所述拉瓦尔管形内孔的进气口的内径为10mm～18mm，喉管的内径为2.8mm～5mm，出气口的内径为8mm～15mm。

进一步地，所述输气系统向喷丝头内输送压缩空气。

进一步地，所述压缩空气的压强为1～6个大气压，气流的温度为20～60℃。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供了一种超细纳米纤维纺丝装置，通过对纺丝液进液系统的改进，结合具有拉瓦尔管内孔的喷丝头，得到一种可用于制备超细纳米纤维且纤维直径可控性好的纺丝装置；现有喷液纺丝技术制备的纤维细度一般为400 nm～500nm，利用本实用新型所述纺丝装置可制备得到100nm～300nm的纤维，且产能提高了3～10倍，大幅度提高了纤维产量以及降低了纤维的细度，有利于实现超细纤维的批量化生产。

附图说明

图1为一种超细纳米纤维纺丝装置的局部示意图；

其中，1为储液罐，2为流量泵，3为输液管，4为喷丝头，41为第一进口，42为第二进口，43为渐缩段，44为渐扩段，5为毛细针管。

具体实施方式

下面通过附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实施例公开了一种超细纳米纤维纺丝装置，其局部示意图如图1所示，所述纺丝装置包括储液罐1，用于储存纺丝液；进口与所述储液罐的出口相连通的流量泵2，用于控制纺丝液的流量；进口与所述流量泵的出口相连通的输液管3，第一进口41与所述输液管的出口相连通的喷丝头4，所述喷丝头的第二进口42与输气系统相连接，所述输气系统用于输送压缩空气至喷丝头内；所述喷丝头内沿着输液管输液方向设置有拉瓦尔管形内孔，所述拉瓦尔管形内孔包含渐缩段43和渐扩段44，其中渐缩段的渐缩角为30°～45°，渐扩段的渐扩角为10°～15°，渐缩段上端即拉瓦尔管进气口处的内径为10mm～18mm(图1中 Din)，渐缩段下端与渐扩段的上端重合部位为颈部，所述颈部的内径为2.8～5 mm(图1中d)，渐扩段下端即拉瓦尔管出气口处的内径为8mm～15mm(图 1中Do)。

所述输液管3通过第一进口41伸入喷丝头4内部并于毛细针管5相连接，所述输液管用于将纺丝液引流至毛细针管中，所述毛细针管可沿着输液管输液方向伸缩，调整其出液口的位置位于渐缩段或渐扩段，以调整纤维直径。

上述纺丝装置启动时，纺丝液经流量泵从储液罐以设定的流量输送至毛细针管内，同时压缩空气经由输气系统通过所述喷丝头的第二进口进入喷丝头中，压缩空气经过逐渐收缩的渐缩段到达喉部时，其速度到达亚声速，经过渐扩段继续加速成声速，纺丝液经由毛细针管形成的液滴在超音速或亚音速和超音速的牵引气流作用下，牵伸得到100nm～300nm的超细纤维。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种超细纳米纤维纺丝装置，其特征在于，所述装置包括储液罐，进口与所述储液罐的出口相连通的流量泵，进口与所述流量泵的出口相连通的输液管，第一进口与所述输液管的出口相连通的喷丝头，以及出口与所述喷丝头的第二进口相连通的输气系统；

所述输液管通过所述喷丝头的第一进口伸入喷丝头内部并与毛细针管相连接，所述毛细针管可沿着输液管输液方向伸缩；

所述喷丝头内沿着输液管输液方向设置有拉瓦尔管形内孔，所述拉瓦尔管形内孔包含渐缩段和渐扩段；所述喷丝头的第二进口开设于所述拉瓦尔管形内孔的上方，由第二进口进入的气流通过所述拉瓦尔管形内孔加速成超音速流。

2.根据权利要求1所述的一种超细纳米纤维纺丝装置，其特征在于，所述毛细针管的针管外径为0.3mm～1.5mm，针管壁厚为0.1mm～0.3mm。

3.根据权利要求1所述的一种超细纳米纤维纺丝装置，其特征在于，所述毛细针管的出液口位于渐缩段或渐扩段。

4.根据权利要求1所述的一种超细纳米纤维纺丝装置，其特征在于，所述渐缩段的渐缩角为30°～45°。

5.根据权利要求1所述的一种超细纳米纤维纺丝装置，其特征在于，所述渐扩段的渐扩角为10°～15°。

6.根据权利要求1所述的一种超细纳米纤维纺丝装置，其特征在于，所述拉瓦尔管形内孔的进气口的内径为10mm～18mm，喉管的内径为2.8mm～5mm，出气口的内径为8mm～15mm。

7.根据权利要求1所述的一种超细纳米纤维纺丝装置，其特征在于，所述输气系统向喷丝头内输送压缩空气。

8.根据权利要求1所述的一种超细纳米纤维纺丝装置，其特征在于，所述超细纳米纤维的直径为100nm～300nm。

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