CN221235726U - 一种新型纤维毡制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型纤维毡制备装置，包括输送带、第一管路、第二管路、隔档装置、第一驱动单元和第三风机，所述输送带上设有若干通风孔，第三风机的进风口向上靠近输送带设置，第一管路包括第一进料口和第一出料口，第一出料口设于输送带上方，形成于所述第一出料口与输送带间的第一落料区上小下大呈锥形；第二管路包括第二进料口和第二出料口，所述第二出料口设于输送带上方且与第一出料口并列设置，形成于所述第二出料口与输送带间的第二落料区上小下大呈锥形；所述隔档装置设于用以控制所述第一落料区和第二落料区分离或融合程度。本实用新型结构合理、灵活性好、有利于提高纤维毡在厚度方孔径大小和孔隙率的平滑过渡性。

Description

一种新型纤维毡制备装置

技术领域

本实用新型涉及纤维毡制备技术领域，具体为一种新型纤维毡制备装置。

背景技术

纤维毡在工业生产中应用广泛，其中在厚度方向上具有均匀孔径变化和孔隙率变化是评价纤维毡性能的重要参数。如在质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)电解水领域中，气体扩散层作为PEM电解池的核心部件之一，占电堆成本的17％。气体扩散层在电解池中具有支撑催化剂覆膜电极、均匀分配反应水、即时排出生成气和实现电子传输的重要作用，在PEM电解池中直接影响反应的传递过程。受限于PEM电解池阳极区富氧且高电位的工作环境，气体扩散层多采用不锈钢、钛和钛合金等金属纤维毡材料，研究表明，提高纤维毡孔径变化和孔隙率变化的均匀梯度变化性是提高PEM电解池电化学性能的有效方法之一。

现有技术中，有采用多种原理制备具有一定孔径分布的纤维毡的方法，如专利文件CN115646071A公开了了一种电解槽用梯度化多孔金属毡及制备方法，在金属纤维毡的外表面上附着至少一层采用离子喷涂而成的球状金属颗粒层。该发明依赖金属颗粒间的间隙形成小间隙复合层，实现金属纤维毡具有梯度化孔径的目的。但是，该方法喷涂的球状金属颗粒可能在实际应用中从纤维毡表面脱落，间隙的大小主要通过控制等离子喷涂的金属颗粒尺寸来调节，生产工序繁杂；又如专利文件CN110787534B公开了高温气体除尘用高精度纤维毡的制备方法，通过叠铺的方法将粗纤维毡和超细纤维毡进行叠配，最终得到高精度金属纤维毡，该发明制备的金属纤维毡只具有两种孔径分布，且孔径较大层与孔径较小层之间不存在过渡层。此外，该方法需要进行三次烧结过程，工序复杂且耗能高。此外专利文件CN110506352B也采用叠铺的方法制备具有梯度孔径分布的金属纤维毡，同样的，采用叠铺的方法制备工序复杂，且不同孔径分布无纺层之间并不连续，纤维毡内部存在断面，不利于物质传输过程。因而亟需一种新型纤维毡制备装置。

实用新型内容

本实用新型公开了一种新型纤维毡制备装置，它解决了现有技术中存在的纤维毡孔径分布及孔隙率分布过渡不平滑、稳定性差和生产制造工艺复杂成本高的技术问题，具有结构合理、灵活性好、有利于提高纤维毡在厚度方孔径大小和孔隙率的平滑过渡性的技术效果。所采用的技术方案如下：

一种新型纤维毡制备装置，包括输送带、第一管路、第二管路、隔档装置、第一驱动单元和第三风机，所述输送带可在第一驱动单元作用下运送物料，所述输送带上设有若干通风孔，所述第三风机的进风口向上靠近输送带设置，以将纤维毡吸附于输送带上，所述第一管路包括第一进料口和第一出料口，所述第一出料口设于输送带上方，经所述第一进料口进入第一管路的第一纤维丝经第一出料口后落料至输送带，且形成于所述第一出料口与输送带间的第一落料区上小下大呈锥形；所述第二管路包括第二进料口和第二出料口，所述第二出料口设于输送带上方且与第一出料口并列设置，经所述第二进料口进入第二管路的第二纤维丝经第二出料口后落料至输送带，且形成于所述第二出料口与输送带间的第二落料区上小下大呈锥形；所述隔档装置设于第一落料区和第二落料区之间用以控制所述第一落料区和第二落料区分离或融合程度，以形成具有孔径均匀梯度变化的纤维毡。

在上述技术方案的基础之上，所述隔档装置包括上下位置可调的隔板，所述隔板设于第一落料区和第二落料区之间，当所述隔板靠近输送带设置时，所述隔板隔离第一落料区和第二落料区，当所述隔板远离输送带设置时，所述第一落料区和第二落料区交叉并开始融合。

在上述技术方案的基础之上，所述隔板采用表面光滑材质且具有除静电功能，避免粘连纤维丝。

在上述技术方案的基础之上，还包括风罩和过滤装置，所述输送带包括顶部段、底部段和连接顶部段和底部段的两侧面端，所述风罩上方开口且向上靠近输送带顶部段设置，所述风罩的出风口与第三风机和进风口连通，所述第三风机的出风口与过滤装置的进风口连通。

在上述技术方案的基础之上，所述纤维毡为不锈钢纤维毡、钛合金纤维毡或镍合金纤维毡的一种。

在上述技术方案的基础之上，所述第一纤维丝的丝径为5～80μm，所述第二纤维丝的丝径为80～200μm，所述第一纤维丝的丝径小于第二纤维丝的丝径。

在上述技术方案的基础之上，形成所述纤维毡的第一纤维丝和第二纤维丝质量比为1：50～1：2。

在上述技术方案的基础之上，所述第一纤维丝的丝径为10～60μm，所述第二纤维丝的丝径为100～150μm，且所述第一纤维丝和第二纤维丝的质量比为1：20～1：5。

在上述技术方案的基础之上，所述输送带以0.1～10m/min的速度自第二出料口向第一出料口地向前运送纤维毡。

在上述技术方案的基础之上，所述第一管路上设有第一风机，所述第一风机可驱使第一纤维丝穿经第一进料口和第一出料口；所述第二管路上设有第二风机，所述第二风机可驱使第二纤维丝穿经第二进料口和第二出料口。

有益效果

本实用新型结构合理，采用不同丝径纤维丝同时送料的方式一次性铺置具有梯度孔径的纤维毡，通过设置隔档装置可灵活调整纤维毡大孔径层、中间过渡层和小孔径层的厚度，使纤维毡在厚度方向上孔径呈均匀梯度式过渡，且过渡更为平滑；通过控制第一纤维丝和第二纤维丝的丝径大小调节大孔径层、中间过渡层和小孔径层的孔隙率，如此在厚度方向上不仅使纤维毡的孔径大小平滑过渡，有利于气液两相物质传输，而且孔隙率过渡平滑，有利于进一步提高气液两相物质传输。本实用新型中通过隔档装置使第一落料区和第二落料区融合或分离的方式控制大孔径层、中间过渡层和小孔径层的厚度，两落料区融合区域纤维丝无序交叉叠摞，有利于提高纤维毡整体的柔韧性和抗撕裂强度，此外本实用新型中层与层之间的过渡层由形成对应层的纤维丝交叠而成，如此使孔径的变化更平滑，有利于提高纤维毡的使用性能。

本申请采用气流法一次性铺制形成纤维毡，第一纤维丝和第二纤维丝在风压作用下可避免发生粘连，有利于保持松散状态，如此可使纤维丝均匀落料，进而有利于保证纤维毡成品具有良好的空隙状态和孔径梯度变化性能。此外，第一纤维丝和第二纤维丝送丝管路相独立，如此可精准控制第一纤维丝和第二纤维丝的叠铺厚度及交叉融合区域大小，如此可精准控制成品纤维毡的品质，有利于提高成品品质的一致性。本实用新型中在输送带顶部段下方还设有风罩，风罩与第三风机连通，一方面有利于引导纤维丝落料至输送带，另一方面可避免纤维丝悬浮在空中，有利于营造良好的空气环境。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1：本实用新型中纤维毡制备装置的立体结构示意图；

图2：图1中A-A向的剖面结构示意图；

图3：图1中隔档装置不隔离第一落料区和第二落料区的结构示意图以及所铺制纤维毡的剖面结构示意图；

图4：图1中隔档装置部分隔离第一落料区和第二落料区的结构示意图以及所铺制纤维毡的剖面结构示意图；

图5：图1中隔档装置完全隔离第一落料区和第二落料区的结构示意图以及所铺制纤维毡的剖面结构示意图；

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本文的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本文的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。本文中，术语“第一”、“第二”等仅被用来将一个元素与另一个元素区分开来，而不要求或者暗示这些元素之间存在任何实际的关系或者顺序。实际上第一元素也能够被称为第二元素，反之亦然。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的结构、装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种结构、装置或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的结构、装置或者设备中还存在另外的相同要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中的术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本文和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本文的描述中，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本文中，除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本文中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

本文中，术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

实施例1

如图1所示的一种具有梯度孔径的纤维毡制备装置，包括输送带1、第一管路2、第二管路3、隔档装置4、风罩8、第三风机7和过滤装置9。其中输送带1可在第一驱动单元作用下向前运送纤维毡，具体为，输送带1套设于第一辊轴、第二辊轴、第三辊轴和第四辊轴外，且包括顶部段、底部段和连接顶部段和底部段的两侧面段，第一驱动单元包括第一伺服电机，第一伺服电机的转子端可将旋转运动传递至第一辊轴，此外，输送带1上均布有若干通风孔，风罩8上方开口且向上靠近输送带1顶部段设置，所述风罩8的出风口与第三风机7和进风口连通，所述第三风机7的出风口与过滤装置的进风口连通，其中过滤装置为现有技术，如可包括滤袋，为现有技术此处不再赘述。

第一管路2，包括第一进料口和第一出料口，第一进料口靠近第一纤维丝的上料装置设置，所述第一出料口设于输送带1上方，第一管路2上设有第一风机5，所述第一风机5可驱使第一纤维丝穿经第一进料口和第一出料口，经所述第一进料口进入第一管路2的第一纤维丝经第一出料口后落料至输送带1，且形成于所述第一出料口与输送带1间的第一落料区上小下大呈锥形，本实施例中，如图2所示，第二出料口大致呈方形，相应地，所述第一落料区大致呈四棱锥形，且四棱锥与输送带1轴线平行的两侧面竖向设置；

第二管路3，包括第二进料口和第二出料口，所述第二出料口设于输送带1上方且与第一出料口沿输送带1轴线并列设置，第二管路3上设有第二风机6，所述第二风机6可驱使第二纤维丝穿经第二进料口和第二出料口；经所述第二进料口进入第二管路的第二纤维丝经第二出料口后落料至输送带1，且形成于所述第二出料口与输送带1间的第二落料区上小下大呈锥形，本实施例中，如图2所示，第二出料口呈方形，相应的，所述第二落料区大致呈四棱锥形，且四棱锥与输送带1轴线平行的两侧面竖向设置；

隔档装置4，设于第一落料区和第二落料区之间用以控制所述第一落料区和第二落料区分离或融合程度，以形成具有均匀梯度孔径的纤维毡，本实施例中，所述隔档装置4包括上下位置可调的隔板，所述隔板设于第一落料区和第二落料区之间，当所述隔板靠近输送带1设置时，所述隔板隔离第一落料区和第二落料区，当所述隔板远离输送带1设置时，所述第一落料区和第二落料区交叉并开始融合，隔板在三个不同高度位置上时，第一落料区和第二落料区交叉融合区域范围大小如图3～5所示，隔板在三个不同高度位置时对应地纤维毡厚度方向上孔径梯度变化如图3～5所示。其中隔板具有光滑侧面且具有防静电功能，如隔板采用有机玻璃，且有机玻璃的两侧面设有除静电的装置，其中除静电装置为现有技术，此处不再赘述。

本实施例中，第一纤维丝为钛合金纤维丝，且第一纤维丝的丝径为5～80μm，第二纤维丝和第一纤维丝材质相同，且第二纤维丝的丝径为80～200μm，所述第一纤维丝的丝径小于第二纤维丝的丝径，形成所述纤维毡的第一纤维丝和第二纤维丝质量比为1：50～1：2，且所述输送带以0.1～10m/min的速度自第二出料口向第一出料口地向前运送纤维毡，使所述输送带1上形成具有一定厚度的纤维毡。在本实用新型的其他实施例中，可根据纤维毡的生产要求，适应性地选择第一纤维丝和第二纤维丝的丝径大小，如第一纤维丝的丝径为10～60μm、第二纤维丝的丝径为100～150μm，且第一纤维丝和第二纤维丝的质量比为1：20～1：5。

工作过程

本实施例中，第一纤维丝的丝径20μm、第二纤维丝的丝径为100μm；

首先，制备丝径为20μm的第一纤维丝、丝径为100μm的第二纤维丝，分别进行预开松和称量，且第一纤维丝和第二纤维丝的质量比为1：10；

之后，调整隔档装置4中隔板的高度位置，以控制所述第一落料区和第二落料区分离或融合程度；本实施例中，隔板底面和输送带1间的距离控制为8cm；

之后，开启第三风机，之后第一驱动单元控制输送带1以1m/min的速度自第二出料口向第一出料口地向前运送物料，之后打开第二进料口使第二纤维丝落料在输送带1上，之后打开第一进料口使第一纤维丝落料至输送带1上，使所述输送带1上形成厚度为6cm的纤维毡，且第一纤维丝在第一出料口的落料速度与第二纤维丝在第二出料口的落料速度比和第一纤维丝和第二纤维丝的质量比正相关，同时，第二风机的与第一风机开启时间差值与输送带1的传送速度负相关，以保证丝径较小的第一纤维丝具有足够的落料厚度。

如此输送带1上形成具有梯度孔径的纤维毡；

之后，关闭第二进料口使第二纤维丝停止落料，之后关闭第一进料口使第一纤维丝停止落料，之后关停第一驱动单元，最后关闭第三风机。

上述制备过程中，输送带1首先经过第二落料区，使第二纤维丝首先在输送带1上形成孔径较大的纤维毡底层，输送带1向前运送纤维毡底层并经过第一落料区和第二落料区形成的融合区，其中第一纤维丝和第二纤维丝在融合区内受到至少两个方向上的风压作用，不仅有利于打散纤维丝不易粘连，而且使两种丝径的纤维毡充分且均匀地混合后落料至输送带1上并形成中间过渡层，中间过渡层的孔径略小于底层，之后输送带1继续向前运送纤维毡，并经过第一落料区，使第一纤维丝落料至输送带1上并形成孔径较小的纤维毡顶层，其孔径小于中间过渡层孔径值，如此纤维毡在厚度方向上孔径大小呈梯度式平滑过渡，且大孔径底层、中间过渡层和小孔径顶层在厚度方向上孔隙率也呈梯度式平滑过渡。

此外，在输送带1向前传送半成品的纤维毡并经过第二落料区和融合区的交界处、融合区和第一落料区的交界处时，对应地形成大孔径底层和中间过渡层的重叠过渡区、中间过渡层和小孔径顶层的重叠过渡区，进一步提高纤维毡在厚度方向上孔径大小和孔隙率的梯度式平滑过渡性。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，隔板底面和输送带1间的距离控制为16cm，中间过渡层厚度较纤维毡总厚度的比值增大，成品纤维毡在厚度方向上孔径呈梯度均匀趋势更明显，孔径梯度变化更平滑。

实施例3

实施例3与实施例2的区别在于，隔板底面和输送带1间的距离控制为16cm，中间过渡层厚度较纤维毡总厚度的比值进一步增大，成品纤维毡在厚度方向上孔径呈梯度均匀趋势进一步明显，孔径梯度变化进一步平滑。

实施例4

实施例4与实施例1的区别在于，第一纤维丝的丝径为10μm，第二纤维丝的丝径为120μm，且第一纤维丝和第二纤维丝的总质量比为1:5，隔板底面和输送带1间的距离控制为10cm，形成纤维毡厚度为5cm，其中与实施例1相比，中间过渡层厚度较纤维毡总厚度的比值稍大，且顶层小孔径层的厚度较纤维毡总厚度的比值增大。

实施例5

实施例5与实施例4的区别在于，输送带的传送速度为0.8m/min，如此在第二风机开启后，可适当推迟第一风机的开启时间。

上面以举例方式对本实用新型进行了说明，但本实用新型不限于上述具体实施例，凡基于本实用新型所做的任何改动或变型均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种新型纤维毡制备装置，其特征在于，包括输送带(1)、第一管路(2)、第二管路(3)、隔档装置(4)、第一驱动单元和第三风机(7)，所述输送带(1)可在第一驱动单元作用下运送物料，所述输送带(1)上设有若干通风孔，所述第三风机(7)的进风口向上靠近输送带(1)设置，以将纤维毡吸附于输送带(1)上，所述第一管路(2)包括第一进料口和第一出料口，所述第一出料口设于输送带(1)上方，经所述第一进料口进入第一管路(2)的第一纤维丝经第一出料口后落料至输送带(1)，且形成于所述第一出料口与输送带(1)间的第一落料区上小下大呈锥形；所述第二管路(3)包括第二进料口和第二出料口，所述第二出料口设于输送带(1)上方且与第一出料口并列设置，经所述第二进料口进入第二管路的第二纤维丝经第二出料口后落料至输送带(1)，且形成于所述第二出料口与输送带(1)间的第二落料区上小下大呈锥形；所述隔档装置(4)设于第一落料区和第二落料区之间用以控制所述第一落料区和第二落料区分离或融合程度，以形成具有孔径均匀梯度变化的纤维毡。

2.根据权利要求1所述的新型纤维毡制备装置，其特征在于，所述隔档装置(4)包括上下位置可调的隔板，所述隔板设于第一落料区和第二落料区之间，当所述隔板靠近输送带(1)设置时，所述隔板隔离第一落料区和第二落料区，当所述隔板远离输送带(1)设置时，所述第一落料区和第二落料区交叉并开始融合。

3.根据权利要求2所述的新型纤维毡制备装置，其特征在于，所述隔板采用表面光滑材质且具有除静电功能，避免粘连纤维丝。

4.根据权利要求1所述的新型纤维毡制备装置，其特征在于，还包括风罩(8)和过滤装置(9)，所述输送带(1)包括顶部段、底部段和连接顶部段和底部段的两侧面端，所述风罩(8)上方开口且向上靠近输送带(1)顶部段设置，所述风罩(8)的出风口与第三风机(7)和进风口连通，所述第三风机(7)的出风口与过滤装置(9)的进风口连通。

5.根据权利要求1～4中任一所述的新型纤维毡制备装置，其特征在于，所述纤维毡为不锈钢纤维毡、钛合金纤维毡或镍合金纤维毡的一种。

6.根据权利要求5所述的新型纤维毡制备装置，其特征在于，所述第一纤维丝的丝径为5～80μm，所述第二纤维丝的丝径为80～200μm，所述第一纤维丝的丝径小于第二纤维丝的丝径。

7.根据权利要求6所述的新型纤维毡制备装置，其特征在于，形成所述纤维毡的第一纤维丝和第二纤维丝质量比为1：50～1：2。

8.根据权利要求7所述的新型纤维毡制备装置，其特征在于，所述第一纤维丝的丝径为10～60μm，所述第二纤维丝的丝径为100～150μm，且所述第一纤维丝和第二纤维丝的质量比为1：20～1：5。

9.根据权利要求7所述的新型纤维毡制备装置，其特征在于，所述输送带以0.1～10m/min的速度自第二出料口向第一出料口地向前运送纤维毡。

10.根据权利要求6～9中任一所述的新型纤维毡制备装置，其特征在于，所述第一管路(2)上设有第一风机(5)，所述第一风机(5)可驱使第一纤维丝穿经第一进料口和第一出料口；所述第二管路(3)上设有第二风机(6)，所述第二风机(6)可驱使第二纤维丝穿经第二进料口和第二出料口。