專利名稱：水平盤式旋轉(zhuǎn)離心紡絲法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域的纖維成型方法，具體涉及一種以高分子樹脂及無機(jī)物為原料，制備纖維的水平盤式旋轉(zhuǎn)離心紡絲法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前化工制造領(lǐng)域所采用的纖維成型方法，主要為以下幾種熔融紡絲，即將高聚物加熱熔融支撐熔體，通過紡絲泵打入噴絲頭，并經(jīng)噴絲細(xì)孔噴成細(xì)流，再經(jīng)冷凝而成纖維。此法生產(chǎn)過程比較簡單，在合成纖維生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。干法紡絲，即首先將聚合物配成紡絲溶液，用紡絲泵喂料，經(jīng)由噴絲頭噴出液體細(xì)流，進(jìn)入熱空氣套筒，細(xì)流中的溶劑遇熱蒸發(fā)，蒸汽被熱空氣帶走，而高聚物則隨之凝固成纖維。濕法紡絲，即先將聚合物配成紡絲溶液，用紡絲泵加料，經(jīng)過過濾器，通入浸在凝固池中的噴絲頭，噴出液體細(xì)流。細(xì)流通過凝固池時(shí)細(xì)流中的溶劑向凝固池中液體擴(kuò)散，同時(shí)凝固劑則向細(xì)流滲透，這樣紡絲細(xì)流同凝固池的組分之間產(chǎn)生雙擴(kuò)散過程，使聚合物的溶解度發(fā)生變化，聚合物從紡絲溶液中分離出來而形成纖維。靜電紡絲，即聚合物溶液或熔體在靜電作用下進(jìn)行噴射而獲得納米級纖維的紡絲方法。噴吹紡絲，主要應(yīng)用于制造無機(jī)纖維(硅酸鋁纖維、陶瓷纖維、玻璃纖維等)。一般以電爐(電阻爐和電弧爐)作為熔化設(shè)備熔融原料，熔融原料流股經(jīng)高壓空氣或蒸汽噴吹拉伸成為纖維，經(jīng)過除渣器除渣后，收集纖維棉形成成品纖維。離心紡絲，早在1972年，美國專禾U Centrifugal spinning device (專利號(hào) 3696904)就提出以離心方式制造纖維的方法，1986年歐洲專利EP-A-168817指出在離心紡絲，離心作用充當(dāng)壓力泵的作用，物料熔體被擠壓通過孔洞，形成纖維。在此之后美國、歐洲有大量專利對離心紡絲的方法和改進(jìn)進(jìn)行描述，美國2008年專利“Method of Producing Carbon Nanomaterials and Centrifugal Melt Spinning Apparatus"(US20080050304A1) 提出了利用離心方法制備納米級碳纖維的構(gòu)想；中國專利“半連續(xù)紡絲機(jī)每錠多離心缸及其控制結(jié)構(gòu)”(00M5222. 7)及一種新型半連續(xù)紡絲工藝(ZL200610020587. 8)等，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所專利“熔體溶液離心紡絲制備非織造物的裝置”(20071030660. 2)提出一種利用帶孔環(huán)形隔片，引導(dǎo)出多根絲的離心紡絲技術(shù)。直至目前為止，所提出的離心紡絲方法，共同的成纖原理都是物料熔體由于離心作用，產(chǎn)生對孔側(cè)壁壓力，在壓力擠壓作用下物料被擠出側(cè)壁上的孔洞形成纖維。另外，離心成纖方法中也有一種多輥臥式成纖法。該方法基本過程是熔體落入旋轉(zhuǎn)輥軸的側(cè)壁，并從側(cè)壁上被甩出成纖。多輥離心甩絲成纖機(jī)是我國目前使用較廣的無機(jī)鹽纖維制造設(shè)備。以上列舉紡絲方法中，熔融紡絲、干法紡絲、濕法紡絲對機(jī)械設(shè)備要求較高，如噴絲頭部件容易磨損，一旦噴絲頭上的孔洞被堵塞或內(nèi)徑因使用磨損而改變，就會(huì)明顯地對紡絲效率及纖維絲的質(zhì)量造成顯著的影響，更換耗材會(huì)帶來高額損耗費(fèi)用。且適應(yīng)生產(chǎn)的聚合物種類有較明顯的局限，并且在生產(chǎn)過程中，為了提高生產(chǎn)效率，對聚合物本身性質(zhì)皆有較高要求。靜電紡絲技術(shù)目前因生產(chǎn)效率很低，且無法對其工藝過程做出較好的控制，故一般多為實(shí)驗(yàn)室研究所用。離心紡絲技術(shù)由于受到設(shè)備技術(shù)原因限制，也無法做到低成本高效率的紡絲。利用多輥離心甩絲機(jī)成纖時(shí)，因其轉(zhuǎn)軸方向垂直于豎直方向，旋轉(zhuǎn)過程中受到重力作用，對旋轉(zhuǎn)軸造成巨大負(fù)荷，故廣泛存在著軸承易損的問題。目前國內(nèi)對于多輥離心甩絲成纖機(jī)的設(shè)計(jì)仍缺乏成熟的設(shè)計(jì)理論及足夠的設(shè)計(jì)依據(jù)，普遍出現(xiàn)軸承的使用壽命過低，影響實(shí)際生產(chǎn)的現(xiàn)象。就當(dāng)前的各種紡絲技術(shù)而言，很難找到一種工藝過程簡單，設(shè)備資金投入較少，生產(chǎn)效率高，適應(yīng)材料范圍廣，出絲質(zhì)量可調(diào)的紡絲方法。本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷，提供了一個(gè)實(shí)現(xiàn)聚合物和可成纖無機(jī)材料纖維化的新方法.其有益效果是1、該方法設(shè)備簡單、高效；2、對原料有廣泛的適應(yīng)性；3、對纖維結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的控制性；4、對原料的純度要求不高，可使用廢舊塑料和再生塑料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種新的普適型聚合物和無機(jī)物的成纖紡絲方法，該方法有別于目前的各種紡絲技術(shù)(包括現(xiàn)有的離心紡絲技術(shù))，且能夠在較小的設(shè)備成本投入的基礎(chǔ)上，對絕大多數(shù)聚合物以及部分無機(jī)物進(jìn)行紡絲處理，產(chǎn)率較高，同時(shí)能夠在不改變設(shè)備裝置的條件下，對所紡出的絲的粗細(xì)，強(qiáng)度進(jìn)行有效的控制。適合應(yīng)用于化工紡織，纖維制造， 聚合物及無機(jī)物加工成纖。本發(fā)明提供一種水平盤式旋轉(zhuǎn)離心紡絲法，其特征在于，紡絲原料在熔融或溶液狀態(tài)下，流入水平旋轉(zhuǎn)盤的中心，通過旋轉(zhuǎn)盤離心，在離心作用下，均勻拉伸并鋪展于旋轉(zhuǎn)盤盤面，紡絲原料的物料熔體膜由旋轉(zhuǎn)盤中心至邊緣逐漸變薄，直至物料熔體膜破裂，在與盤面的粘附作用和離心作用下，熔體或溶液變成細(xì)絲，經(jīng)溫控及冷卻處理，最終冷卻固化形成纖維。所述紡絲原料為無機(jī)可紡材料玻璃、石英玻璃、單質(zhì)硼、各種陶瓷、金屬、金屬氧化物、或可熔融高分子材料之任何一種或多種的溶液或混合物。所述紡絲原料的加熱溫度為0°C 2000°C。所述旋轉(zhuǎn)盤的盤面與水平面呈平行；所述旋轉(zhuǎn)盤的材質(zhì)為金屬、無機(jī)非金屬、金屬化合物或高分子材料；所述旋轉(zhuǎn)盤的盤形為圓形、橢圓形、多邊形；所述旋轉(zhuǎn)盤的表面為光滑平面、刻槽面、帶突起面、粗糙面；所述旋轉(zhuǎn)盤的上頂面是平面、或是以旋轉(zhuǎn)軸為對稱中心的曲面、錐面、或曲面或錐面的組合。所述旋轉(zhuǎn)盤的盤面直徑為50mm至1000mm。所述旋轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)速度在0轉(zhuǎn)/分鐘 20000轉(zhuǎn)/分鐘之間。所述旋轉(zhuǎn)盤的加熱方式為輻射加熱、燃?xì)饧訜?、電阻絲加熱、電磁加熱、接觸熱介質(zhì)傳熱。所述旋轉(zhuǎn)盤自中心向外各段環(huán)面按分區(qū)控溫，所述旋轉(zhuǎn)盤的溫度控制在50°C 2000°C之間。所述溫控及冷卻的方式可以為熱空氣保溫/冷卻、液體保溫/冷卻、熱/冷風(fēng)作用、介質(zhì)接觸式冷卻。
概述地，本發(fā)明水平盤式旋轉(zhuǎn)離心紡絲法，包括物料(紡絲原料)加熱熔融過程、 保溫輸送過程、熔體在旋轉(zhuǎn)盤上由中心到邊緣的轉(zhuǎn)送和成膜過程、熔體膜在脫離盤面時(shí)的成纖過程。本發(fā)明可以制造直徑在1 1000微米之間的纖維。具體的反應(yīng)過程是首先， 在物料加熱熔融系統(tǒng)中，將物料(紡絲原料)聚合物加熱熔融或配制成一定濃度的溶液，通過熔體保溫輸送系統(tǒng)將熔融聚合物或溶液輸送至一個(gè)水平的可分區(qū)加熱的高速旋轉(zhuǎn)盤中央，在離心作用下，熔融體或溶液在受到自轉(zhuǎn)盤中心向外均勻的牽引作用下，均勻地鋪展于旋轉(zhuǎn)盤盤面，在離心作用的進(jìn)一步影響下，熔融體或溶液被輸送至旋轉(zhuǎn)盤邊沿，由于熔體或溶液薄膜在旋轉(zhuǎn)盤上的不斷鋪展，膜厚度由中心至邊緣不斷變薄，在脫離旋轉(zhuǎn)盤后熔體膜破裂，經(jīng)附著力與離心作用，及表面張力作用，并在環(huán)境溫控及冷卻系統(tǒng)作用下凝固，形成連續(xù)的纖維。本發(fā)明水平盤式旋轉(zhuǎn)離心紡絲法，根據(jù)實(shí)際操作情況的不同需要，可以部分省略或全部省略其中的物料加熱熔融過程、熔體保溫輸送過程。本發(fā)明的方法可適用的紡絲材料包括可以被制成絲的無機(jī)物(玻璃、石英、硅酸鋁以及各種金屬及其氧化物)，以及所有可熔融的聚合物，包括結(jié)晶型、非晶型聚合物，熱固性、熱塑性塑料，熱塑性彈性體。如PP (聚丙烯)、HDPE (高密聚乙烯),LDPE (低密聚乙烯)、 PVC(聚氯乙烯)、Ρ0Ε(聚乙烯彈性體)、PET(滌綸樹脂)、PS(聚苯乙烯)、ABS(丁苯腈共聚物)、PA(聚丙烯酸)、PAN(聚丙烯腈)、PC(聚碳酸酯)、PF(酚醛樹脂)、Ρ0Μ(聚甲醛)、各種類型的聚酯、聚酰胺、聚環(huán)氧樹脂、聚砜，也包括可經(jīng)溶解形成具有一定粘度的聚合物溶液，以及含有一定雜質(zhì)的上述物料(包括回收料)，可不必過濾而直接使用。紡絲原料加熱過程是在電磁能、光能、熱能、機(jī)械能方式作用下，使用各種熔融爐、 金屬、非金屬、金屬化合物及高分子聚合物容器來盛裝紡絲原料，利用各種類型的螺桿擠出機(jī)、壓出機(jī)、注射機(jī)，使紡絲原料熔融。熔體保溫輸送過程包括以金屬、無機(jī)非金屬、金屬化合物或高分子聚合物為材質(zhì)的管道，以及用于管道恒溫的包覆介質(zhì)。熔體保溫輸送系統(tǒng)的加熱方式可以包括電熱式、燃?xì)馐健⒓t外式、電磁式、機(jī)械摩擦式。熔體保溫輸送過程的保溫控溫范圍是0°C 2000°C。在物料熔融階段，所采用的方法為熔融爐熔融、罐式加熱器加熱熔融或螺桿擠出機(jī)加熱熔融，對于聚合物，加熱溫度可調(diào)范圍為50°C -450°C ；對于無機(jī)材料，加熱溫度可調(diào)范圍為500°C -2000°C。并通過溫度可控的輸送系統(tǒng)，將熔融體引導(dǎo)流向水平高速旋轉(zhuǎn)盤的中央。物料熔體的溫度將決定物料的粘度及其對旋轉(zhuǎn)盤盤面的粘附性和表面張力，從而影響可成纖性及纖維的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)能。在本發(fā)明方法中，所使用的旋轉(zhuǎn)盤材質(zhì)，一般為銅盤、鋼盤、鋁盤等具有良好導(dǎo)熱性能的金屬制盤，也可以是適應(yīng)高溫熔融金屬和無機(jī)物的陶瓷制圓盤，圓盤直徑為50mm IOOOmm0圓盤盤面可有多種形狀，包括平面、錐形、截面為“V”形、“W”形、“U”形、波浪形等以截面中心為對稱軸的各種曲面。圓盤表面為了適應(yīng)不同材料的紡絲需要，可采用光滑表面、不同程度的粗糙表面以及帶各種刻槽或凸起的表面。在圓盤的內(nèi)層至外層有可分區(qū)域控溫的裝置，以適應(yīng)不同熔融體在紡絲過程中的加熱及保溫需求。CN 102373513 A
旋轉(zhuǎn)盤盤面材料、表面形狀和溫度的改變，會(huì)改變?nèi)垠w或溶液在盤上的粘附與鋪展性。高速旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)面為水平方向，由可控轉(zhuǎn)速的電機(jī)提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，轉(zhuǎn)速可依據(jù)不同物料的不同需要而改變，轉(zhuǎn)速可在0轉(zhuǎn)/分鐘至20000轉(zhuǎn)/分鐘之間做連續(xù)變化。適度地提高旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速和加大盤面直徑可以增加離心作用，從而制得較細(xì)的纖維并提高產(chǎn)能。本發(fā)明的方法中，物料在脫離轉(zhuǎn)盤后，由冷卻系統(tǒng)將熔融物冷卻固化成纖維。冷卻系統(tǒng)可為氣體冷卻、液體冷卻、介質(zhì)吸附冷卻等。適當(dāng)?shù)睦鋮s環(huán)境有利于纖維經(jīng)歷熱拉伸和冷拉伸，從而有良好的結(jié)構(gòu)和性能。在本發(fā)明方法中，改變制備過程中各部分的工作參數(shù)，對產(chǎn)物纖維的表觀性狀和機(jī)械性能會(huì)帶來一些變化比如，在物料化學(xué)結(jié)構(gòu)不改變的情況下，改變物料熔融溫度；當(dāng)物料熔融溫度越高，熔體流動(dòng)性越好，在一定范圍內(nèi)越利于紡絲，纖維粗細(xì)越均勻。比如，改變旋轉(zhuǎn)盤直徑或速度；當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤直徑越大，轉(zhuǎn)速越快，越利于纖維變細(xì)；而轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速越慢， 熔體拉伸越充分，分子取向越好，形成的纖維強(qiáng)度越好。比如，改變旋轉(zhuǎn)盤的表面結(jié)構(gòu)；旋轉(zhuǎn)盤表面適當(dāng)?shù)拇植诮Y(jié)構(gòu)，利于熔體在盤上的充分拉伸。比如，改變旋轉(zhuǎn)盤的盤面溫度；旋轉(zhuǎn)盤盤面溫度越高，越利于熔體在盤面的鋪展，而較低的溫度，會(huì)產(chǎn)生類似冷拉的作用。本發(fā)明方法的有益效果是提供了一種新的紡絲方法，該方法適用于可紡型無機(jī)物、可融可溶性聚合物的紡絲。與傳統(tǒng)方法相比，該方法實(shí)用性更廣，可調(diào)節(jié)范圍更寬，設(shè)備簡單，裝置成本低廉。本方法區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)中的離心紡絲方法以及其它熔融紡絲方法，并非倚靠離心作用將熔體擠壓通過固定孔洞形成纖維，而是通過熔體在牽引力作用下拉伸取向，并最終熔體破裂冷卻而形成纖維。本方法也區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)中的多輥離心方法，多輥離心法的成纖功能部位是平行于旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)筒的筒壁，而本方法的成纖部位是位于垂直于旋轉(zhuǎn)軸的盤面上。除在成纖原理上存在差異，在成纖設(shè)備上也完全不同，多輥離心需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的旋轉(zhuǎn)輥筒，而本方法只需一個(gè)旋轉(zhuǎn)盤。另外，在不改變裝置設(shè)備的前提下，本發(fā)明方法可以僅僅通過改變裝置中部分系統(tǒng)的工作參數(shù)，以適應(yīng)制備多種不同物料紡絲的需要。本發(fā)明方法還可以通過改變旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速以及溫度，利用同種物料生產(chǎn)出不同粗細(xì)、不同強(qiáng)度的纖維材料。本發(fā)明方法所生產(chǎn)的纖維，粗細(xì)均勻，有較窄的纖維直徑分布范圍。
具體實(shí)施例方式結(jié)合以下具體實(shí)施方式
來闡述本發(fā)明。但本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不局限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1 以PF[酚醛樹脂](PF2S1-5802)為原料，通過螺桿加熱熔融擠出，溫度控制范圍為 120°C 150°C，在150°C的恒溫管道輸送下，將物料輸送至表面拉絲的鋁制平面旋轉(zhuǎn)圓盤中心，圓盤與水平面平行，旋轉(zhuǎn)圓盤加熱恒溫于150°C，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分鐘，冷卻環(huán)境為室溫環(huán)境(25°C )，原料經(jīng)旋轉(zhuǎn)盤離心作用后得到PF纖維細(xì)絲，纖維直徑為10 20微米。實(shí)施例2 以PC[聚碳酸酯](PC6555)為原料，通過螺桿加熱熔融擠出，溫度控制范圍為 180°C 250°C，在250°C的恒溫管道輸送下，將物料輸送至表面拉絲的鋁制平面旋轉(zhuǎn)圓盤
6中心，圓盤與水平面平行，旋轉(zhuǎn)圓盤加熱恒溫于^(TC，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為1800轉(zhuǎn)/分鐘，冷卻環(huán)境為100°C熱空氣，原料經(jīng)旋轉(zhuǎn)盤離心作用后得到PC纖維細(xì)絲，纖維直徑為15 30微米。實(shí)施例3 以PS [聚苯乙烯](HIPS-622P)為原料，通過螺桿加熱熔融擠出，溫度控制范圍為 160°C ，在的恒溫管道輸送下，將物料輸送至表面拉絲的鋁制平面旋轉(zhuǎn)圓盤中心，圓盤與水平面平行，旋轉(zhuǎn)圓盤加熱恒溫于230°C，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分鐘，冷卻環(huán)境為室溫(25°C )，原料經(jīng)旋轉(zhuǎn)盤離心作用后得到PS纖維細(xì)絲，纖維直徑為20 35微米。實(shí)施例4 以HDPE[高密聚乙烯](5000S)為原料，通過螺桿加熱熔融擠出，溫度控制范圍為 140°C 180°C，在180°C的恒溫管道輸送下，將物料輸送至表面拉絲的鋁制平面旋轉(zhuǎn)圓盤中心，圓盤與水平面平行，旋轉(zhuǎn)圓盤加熱恒溫于170°C，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為1800轉(zhuǎn)/分鐘，冷卻環(huán)境為室溫(25°C )，原料經(jīng)旋轉(zhuǎn)盤離心作用后得到HDPE纖維細(xì)絲，纖維直徑為20 40微米。實(shí)施例5 以LDPE [低密聚乙烯](FB0300)為原料，通過螺桿加熱熔融擠出，溫度控制范圍為 180°C 230°C，在220°C的恒溫管道輸送下，將物料輸送至表面拉絲的鋁制平面旋轉(zhuǎn)圓盤中心，圓盤與水平面平行，旋轉(zhuǎn)圓盤加熱恒溫于，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分鐘，冷卻環(huán)境為熱空氣(50°C )，原料經(jīng)旋轉(zhuǎn)盤離心作用后得到LDPE纖維細(xì)絲，纖維直徑為20 100微米。實(shí)施例6 以環(huán)氧樹脂為原料(環(huán)氧值0. 45)，通過煤氣火焰加熱盛裝環(huán)氧樹脂的坩堝，在 100°C 150°C范圍內(nèi)使原料熔融，在130°C的恒溫管道輸送下，將物料輸送至表面拉絲的鋁制平面旋轉(zhuǎn)圓盤中心，圓盤與水平面平行，旋轉(zhuǎn)圓盤加熱恒溫于130°C，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為1500 轉(zhuǎn)/分鐘，冷卻環(huán)境為室溫(25°C )，原料經(jīng)旋轉(zhuǎn)盤離心作用后得到環(huán)氧樹脂纖維細(xì)絲，纖維直徑為10 20微米。實(shí)施例7 以POE[聚乙烯彈性體](8452)為原料，通過螺桿擠出機(jī)加熱熔融，加熱溫度范圍為100°C 130°C。在130°C的恒溫管道輸送下，將物料輸送至表面拉絲的鋁制平面旋轉(zhuǎn)圓盤中心，圓盤與水平面平行，旋轉(zhuǎn)圓盤加熱恒溫于130°C，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分鐘，冷卻環(huán)境為室溫(25°C )，原料經(jīng)旋轉(zhuǎn)盤離心作用后得到POE纖維細(xì)絲，纖維直徑為20 50微米。實(shí)施例8 以PET[聚酯樹脂](NP-22)為原料，通過螺桿擠出機(jī)加熱熔融，加熱溫度范圍為 150°C 280°C。在280°C的恒溫管道輸送下，將物料輸送至表面拉絲的鋁制平面旋轉(zhuǎn)圓盤中心，圓盤與水平面平行，旋轉(zhuǎn)圓盤加熱恒溫于^(TC，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為MOO轉(zhuǎn)/分鐘，冷卻環(huán)境為室溫(25°C )，原料經(jīng)旋轉(zhuǎn)盤離心作用后得到PET纖維細(xì)絲，纖維直徑為5 15微米。實(shí)施例9 以ABS [丁苯腈共聚物](0215A)為原料，通過螺桿擠出機(jī)加熱熔融，加熱溫度范圍為110°C 150°C。在140°C的恒溫管道輸送下，將物料輸送至表面拉絲的鋁制平面旋轉(zhuǎn)圓盤中心，圓盤與水平面平行，旋轉(zhuǎn)圓盤加熱恒溫于120°C，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分鐘，冷卻環(huán)境為室溫(25°C )，原料經(jīng)旋轉(zhuǎn)盤離心作用后得到ABS纖維細(xì)絲，纖維直徑為30 50微米。
實(shí)施例10 以PMMA[聚甲基丙酸甲酯](LG6)為原料，通過螺桿擠出機(jī)加熱熔融，加熱溫度范圍為80°C 150°C。在150°C的恒溫管道輸送下，將物料輸送至表面拉絲的鋁制平面旋轉(zhuǎn)圓盤中心，圓盤與水平面平行，旋轉(zhuǎn)圓盤加熱恒溫于130°C，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為1800轉(zhuǎn)/分鐘，冷卻環(huán)境為室溫(25°C )，原料經(jīng)旋轉(zhuǎn)盤離心作用后得到PMMA纖維細(xì)絲，纖維直徑為15 30微米。實(shí)施例11 以普通無機(jī)玻璃為原料(主要成分為石英砂、氧化鋁和葉蠟石、石灰石、白云石、 硼酸、純堿、芒硝、螢石等)，通過高溫熔融爐加熱，在800°C 1500°C范圍內(nèi)，使玻璃融化。 在1000°C的恒溫陶瓷管輸送下，將物料輸送至表面粗糙的陶瓷制平面旋轉(zhuǎn)圓盤中心，圓盤與水平面平行，旋轉(zhuǎn)圓盤直徑為150mm，旋轉(zhuǎn)圓盤內(nèi)環(huán)中心溫度1200°C，向外逐漸遞減至 300°C，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分鐘，冷卻環(huán)境為100°C熱空氣，原料經(jīng)旋轉(zhuǎn)盤離心作用后得到玻璃纖維，纖維直徑為20 40微米。實(shí)施例12 高分子溶液紡絲。以PF[酚醛樹脂](PF2S1-5802)為原料，與工業(yè)酒精以1 1 比例混合溶解。在室溫下通過管道將物料輸送至表面拉絲的鋁制平面旋轉(zhuǎn)圓盤中心，圓盤與水平面平行，旋轉(zhuǎn)圓盤直徑為200mm，旋轉(zhuǎn)圓盤加熱恒溫于80°C，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/ 分鐘，冷卻環(huán)境為室溫(25°C )，原料經(jīng)旋轉(zhuǎn)盤離心作用后得到酚醛纖維細(xì)絲，纖維直徑為 15 20微米。所制得纖維可直接或間接進(jìn)入固化液中進(jìn)行交聯(lián)，制得熱固性酚醛纖維。實(shí)施例13 以PP [聚丙烯](Y^OOT)為原料(熔融指數(shù)沈)，通過螺桿擠出機(jī)加熱熔融，加熱溫度范圍為180°C ^KTC。在對01的恒溫管道輸送下，將物料輸送至表面拉絲的鋁制平面旋轉(zhuǎn)圓盤中心，圓盤與水平面平行，圓盤直徑為100mm，旋轉(zhuǎn)圓盤加熱恒溫于200°C，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分鐘，冷卻環(huán)境為室溫(25°C )，原料經(jīng)旋轉(zhuǎn)盤離心作用后得到PP纖維細(xì)絲，纖維直徑為35 45微米。實(shí)施列14 以實(shí)施例13為基礎(chǔ)，改變旋轉(zhuǎn)圓盤直徑為200mm，其余條件不變，制得PP纖維直徑為10 20微米。實(shí)施例15 以實(shí)施例13為基礎(chǔ)，改變旋轉(zhuǎn)圓盤式樣，圓盤徑截面表面剖線為“W”型，其余條件不變，制得PP纖維直徑為20 30微米。實(shí)施例16 以實(shí)施例14為基礎(chǔ)，改變旋轉(zhuǎn)圓盤的加熱恒定溫度，圓盤恒溫150°C，其余條件不變，制得PP纖維直徑為20 30微米，纖維強(qiáng)度較實(shí)施例14、15制得的纖維強(qiáng)度更強(qiáng)。實(shí)施例17 以實(shí)施例13為基礎(chǔ)，改變旋轉(zhuǎn)圓盤的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘。其余條件不變， 制得PP纖維直徑為15 25微米。實(shí)施例18 以實(shí)施例13為基礎(chǔ)，將鋁質(zhì)旋轉(zhuǎn)盤改為銅鋅合金質(zhì)旋轉(zhuǎn)盤，其余條件不變，制得PP纖維，纖維直徑為30 40微米。實(shí)施例19 以實(shí)施例13為基礎(chǔ)，將拉絲表面的鋁質(zhì)旋轉(zhuǎn)盤改為光滑表面的鋁質(zhì)旋轉(zhuǎn)盤，其余條件不變，制得PP纖維，纖維直徑為30 60微米。實(shí)施例20 以實(shí)施例14為基礎(chǔ)，改變旋轉(zhuǎn)盤加熱溫度盤中心溫度為200°C，且控制盤溫度由盤中心向盤邊緣線性遞減至室溫(25°C )，其余條件不變，所制得纖維直徑分布較實(shí)施例14 方法所制得纖維直徑分布更窄，為10微米至15微米。實(shí)施例21 以PP [聚丙烯](Y^OOT)為原料，將PP粒料直接放置于靜止的鋁質(zhì)表面拉絲處理的旋轉(zhuǎn)圓盤中央，旋轉(zhuǎn)圓盤為直徑200mm的平面圓盤，圓盤盤面與水平面平行，加熱旋轉(zhuǎn)圓盤，使圓盤中心溫度達(dá)到220°C，待PP粒料融化后，開啟轉(zhuǎn)盤電機(jī)，使得轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速在5秒內(nèi)從0轉(zhuǎn)/分鐘提升到1500轉(zhuǎn)/分鐘，融化的PP原料經(jīng)旋轉(zhuǎn)盤離心作用后，甩出轉(zhuǎn)盤，形成纖維狀細(xì)絲。在20°C空氣環(huán)境下，凝結(jié)成固態(tài)。制得PP纖維，纖維直徑為15 25微米。實(shí)施例22 以回收PET (塑料瓶)為原料。經(jīng)水洗烘干粉碎，不經(jīng)雜質(zhì)過濾。通過螺桿擠出機(jī)加熱熔融，加熱溫度范圍為150°C ^0°C。在觀01的恒溫管道輸送下，將物料輸送至表面拉絲的鋁制平面旋轉(zhuǎn)圓盤中心，圓盤與水平面平行，旋轉(zhuǎn)圓盤加熱恒溫于260°C，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為MOO轉(zhuǎn)/分鐘，冷卻環(huán)境為室溫(25°C )，原料經(jīng)旋轉(zhuǎn)盤離心作用后得到PET纖維細(xì)絲， 纖維直徑為8 20微米。本發(fā)明的上述實(shí)施例并不是對本發(fā)明的限制。因此，在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn)都被包括在本發(fā)明中，并且以權(quán)利要求書作為保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種水平盤式旋轉(zhuǎn)離心紡絲法，其特征在于，紡絲原料在熔融或溶液狀態(tài)下流入水平旋轉(zhuǎn)盤的中心，在離心作用下，均勻拉伸鋪展于旋轉(zhuǎn)盤盤面，紡絲原料的物料熔體膜由旋轉(zhuǎn)盤中心至邊緣逐漸變薄，直至物料熔體膜破裂，在與盤面的粘附作用和離心作用下，熔體或溶液變成細(xì)絲，經(jīng)溫控及冷卻處理，最終固化形成纖維。
2.如權(quán)利要求1所述的水平盤式旋轉(zhuǎn)離心紡絲法，其特征在于，所述紡絲原料為無機(jī)可紡材料玻璃、石英玻璃、單質(zhì)硼、各種陶瓷、金屬、金屬氧化物、或可熔融高分子材料之任何一種或多種的溶液或混合物；所述紡絲原料的加熱溫度為0°C 2000°C。
3.如權(quán)利要求1所述的水平盤式旋轉(zhuǎn)離心紡絲法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)盤的盤面與水平面呈平行；所述旋轉(zhuǎn)盤的材質(zhì)為金屬、無機(jī)非金屬、金屬化合物或高分子材料；所述旋轉(zhuǎn)盤的盤形為圓形、橢圓形、多邊形；所述旋轉(zhuǎn)盤的表面為光滑平面、刻槽面、帶突起面、粗糙面；所述旋轉(zhuǎn)盤的上頂面是平面，或是以旋轉(zhuǎn)軸為對稱中心的曲面、錐面、或曲面或錐面的組合。
4.如權(quán)利要求1所述的水平盤式旋轉(zhuǎn)離心紡絲法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)盤的盤面直徑為50mm至IOOOmm ；所述旋轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)速度在0轉(zhuǎn)/分鐘 20000轉(zhuǎn)/分鐘之間。
5.如權(quán)利要求1所述的水平盤式旋轉(zhuǎn)離心紡絲法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)盤的加熱方式為輻射加熱、燃?xì)饧訜?、電阻絲加熱、電磁加熱、接觸熱介質(zhì)傳熱；所述旋轉(zhuǎn)盤自中心向外各段環(huán)面按分區(qū)控溫，所述旋轉(zhuǎn)盤的溫度控制在50°C 2000°C之間。
6.如權(quán)利要求1所述的水平盤式旋轉(zhuǎn)離心紡絲法，其特征在于，所述溫控及冷卻處理可以為熱空氣保溫/冷卻、液體保溫/冷卻、熱/冷風(fēng)作用、介質(zhì)接觸式冷卻。
全文摘要
本發(fā)明提供一種水平盤式旋轉(zhuǎn)離心紡絲法，紡絲原料是在熔融態(tài)下，通過旋轉(zhuǎn)盤離心作用，鋪展于旋轉(zhuǎn)盤盤面，進(jìn)而熔體膜逐漸變薄，導(dǎo)致膜破裂，并經(jīng)過粘附力與離心作用拉伸變成細(xì)絲，最終冷凝形成纖維。本發(fā)明適用于制造各種無機(jī)纖維和聚合物纖維，適用紡絲原料范圍廣，可控性強(qiáng)，生產(chǎn)效率高，且在不改變設(shè)備的情況下，僅通過改變反應(yīng)過程的工作參數(shù)，就可制得不同物理性能或表觀尺寸的纖維。
文檔編號(hào)D01D5/42GK102373513SQ20101025215
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者宋春梅, 張以群, 謝美然, 趙昭 申請人:華東師范大學(xué)