專利名稱：熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熔體靜電紡絲批量化生產(chǎn)納米纖維的裝置及工藝，屬于靜電紡絲領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在各國納米戰(zhàn)略的引導(dǎo)下 ，科研機構(gòu)和相關(guān)企業(yè)對納米纖維制備技術(shù)進(jìn)行了大量實驗研究和產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，目前主要的聚合物微納米纖維制備技術(shù)包括模板聚合\相分離\自組裝\和紡絲加工方法(包括熔噴法、靜電紡絲法、拉伸法、雙組分復(fù)合紡絲法)等，不同的制備技術(shù)具有自身優(yōu)勢和其相對局限性。其中被廣泛工業(yè)化應(yīng)用的方法主要有拉伸法\和熔噴法，其制備的纖維很難達(dá)到亞微米級的超細(xì)纖維，成纖質(zhì)量差；熔噴法很難形成長纖，纖維表面質(zhì)量差，強度不理想；自組裝法、相分離法、模板聚合法雖然可以制備直徑到幾十納米甚至幾納米的纖維，但是其制備效率很低，工業(yè)化道路受限；靜電紡絲法，由于其原料適用性廣、成本低、易產(chǎn)業(yè)化，被學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛認(rèn)為是一種產(chǎn)業(yè)化制備納米纖維的簡單高效的方法，并且逐漸成為當(dāng)今實驗研究和工業(yè)化應(yīng)用的熱點之一。由于靜電紡絲納米纖維在微納過濾、高性能無紡布、鋰電池隔膜、生物醫(yī)藥等方面的廣泛應(yīng)用，對其產(chǎn)業(yè)化開發(fā)更加具有前瞻價值。靜電紡絲過程就是在噴頭和接收裝置間施加高壓靜電場，使帶電或被極化的流體在電場力的作用下克服表面張力和粘滯阻力，形成射流，在接收板上獲得超細(xì)纖維的過程。靜電紡絲分為溶液靜電紡絲和熔體靜電紡絲技術(shù)。溶液靜電紡絲的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)過近十年來的研究發(fā)展已經(jīng)有所如破，并涌現(xiàn)了一些產(chǎn)業(yè)化方法。如捷克愛爾瑪科開發(fā)了圓柱形電極的無針頭電紡絲技術(shù)并投入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，每周可處理70L溶液；美國杜邦公司、Nanostatic公司、Donaldson (唐納森)公司利用多個單噴頭的組合建立了生產(chǎn)線用于過濾方面的應(yīng)用，經(jīng)換算處理能力最高可達(dá)180g/h。但是我們也看到溶液靜電紡絲由于有毒溶劑的使用，存在工藝條件復(fù)雜苛刻、溶劑揮發(fā)、一些常用材料難找到常溫溶劑電紡等問題，從長遠(yuǎn)來看，其工業(yè)化應(yīng)用具有一定局限性。熔體靜電紡絲法由于熔體的高粘度不易制備納米纖維，近年來對其進(jìn)行研究的較少，但熔體靜電紡絲作為一種比溶液靜電紡絲更加經(jīng)濟、環(huán)保、高效、安全的制備超細(xì)纖維的方法，更有希望使靜電紡絲技術(shù)走向本質(zhì)安全的工業(yè)化道路。目前關(guān)于熔體靜電紡絲要解決的關(guān)鍵問題就是使微米級的纖維直徑進(jìn)一步減小至百納米級(亞微米級)，并且進(jìn)一步提高其生產(chǎn)效率使其工業(yè)化。目前對于熔體靜電紡絲批量化技術(shù)還沒有徹底突破，日本的Naoki SHIMADA等人通過定制的線激光光源將薄膜加熱到極低粘度，制備出一排纖維，在原有點光源基礎(chǔ)上提高了纖維的產(chǎn)量，但是其高成本和相對的低產(chǎn)量仍然難以用于批量化生產(chǎn)。捷克的利貝雷茨科技大學(xué)利用狹縫式設(shè)備，實現(xiàn)了無噴頭多根纖維的制備，該方法也可以適用于低粘度聚合物，但是其穩(wěn)定性仍需要繼續(xù)探索。美國專利US6616435中提到了實現(xiàn)靜電紡絲法工業(yè)化生產(chǎn)非織造超細(xì)纖維的裝置。但是，在該專利中還存在一些不足。該專利中描述的主要是溶液靜電紡絲法，對熔體靜電紡絲法只是粗略提及，并沒有給出熔體靜電紡絲法生產(chǎn)非織造材料的具體方案和裝置。美國專利US20090121379A1提出了電輔助熔噴和熱風(fēng)輔助的電紡絲提出將熱風(fēng)的高速拉伸和電場カ的不穩(wěn)定細(xì)化作用結(jié)合起來，通過熱風(fēng)吹拉的作用提高了單根絲的射流速度，再附加電場カ的作用，使得纖維細(xì)度達(dá)到了 200nm左右，但是該專利中使用的噴頭仍然是單根噴頭，實施例只針對了溶液紡絲，熔體紡絲只提出了方法，低產(chǎn)量對于エ業(yè)化應(yīng)用仍有其局限性。中國發(fā)明專利CN201010556163.X中提到了傘形噴頭，利用錐形結(jié)構(gòu)外表面很好地將單股流均勻地分散成多股流，解決了批量化難題，但是熔體射流的平均速度仍然小于2m/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于熔噴纖維上百米毎秒的速度，限制了熔體靜電紡絲的產(chǎn)量
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置，目的是通過ー級分流結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及氣流輔助內(nèi)錐面噴嘴的應(yīng)用，解決熔體均勻細(xì)分和射流加速的難題。其中紡絲模頭組件中ー級分流道的設(shè)計可以達(dá)到熔體ー級均勻分流；氣流輔助內(nèi)錐面噴嘴通過高速熱風(fēng)對熔體薄層均勻作用既達(dá)到了內(nèi)錐面熔體層的二次減薄，又可以對紡絲射流進(jìn)行加速和環(huán)境保溫，増加了靜電拉伸有效作用距離，解決了以往熔體靜電紡絲裝置及エ藝制備纖維粗和產(chǎn)量低的問題。實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置，包括基布放卷裝置、傳送帶裝置、高壓電極網(wǎng)、紡絲模頭組件、熔體計量泵、去靜電輥子、基布、基布收卷裝置、熱風(fēng)回路、電極網(wǎng)絕緣支架、熔體輸送裝置、高壓靜電發(fā)生器、空氣加熱系統(tǒng)，熔體輸送裝置直接與熔體計量泵的進(jìn)ロ連接，熔體計量泵的出口與紡絲模頭組件的熔體入口連接，高壓靜電發(fā)生器高壓電極與置于基布下方的高壓電極網(wǎng)連接，紡絲模頭組件接地，基布在紡絲模頭組件正下方對纖維進(jìn)行連續(xù)運輸，傳送帶裝置在基布下方為其提供支撐和輸送動力，空氣加熱系統(tǒng)出口連接到紡絲模頭組件的熱風(fēng)通道，熱風(fēng)回路安裝在高壓電極網(wǎng)下端，高壓電極網(wǎng)安裝在電極網(wǎng)絕緣支架上。本發(fā)明熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置，紡絲模頭組件包括ー級分流道、氣流輔助內(nèi)錐面噴嘴、附屬溫控設(shè)備，紡絲模頭組件接地，其中ー級分流道采用細(xì)管焊接，按照2n的形式分配，經(jīng)過η次分流后由進(jìn)ロ處的一條流道分成流道長度相等的2"條分流道，分流道出口的截面面積相等，將均勻布置的分流道出口細(xì)管固定在底板上用于連接氣流輔助內(nèi)錐面噴嘴，細(xì)管周圍填充加熱裝置及傳熱結(jié)構(gòu)；其中氣流輔助內(nèi)錐面噴嘴包括內(nèi)錐面噴嘴體、氣噴頭連接件、氣流導(dǎo)柱、熔體流量調(diào)節(jié)螺母、固定螺釘、加熱板、溫度傳感器、噴嘴體固定螺釘、氣噴頭，內(nèi)錐面噴嘴體通過噴嘴體固定螺釘和ー級分流道固定連接，接通紡絲介質(zhì)入口和分流道，氣流導(dǎo)柱和內(nèi)錐面噴嘴體同心安裝，在氣流導(dǎo)柱下端通過氣噴頭連接件螺紋連接氣噴頭，氣噴頭是利用帶螺紋的傘形噴頭通過螺紋上開的槽，將氣體引導(dǎo)到氣流導(dǎo)柱內(nèi)錐面和傘形噴頭的傘形面之間，通過螺紋的旋深可以調(diào)節(jié)氣流大小，起到對紡絲介質(zhì)流體減薄和保溫的作用，氣流導(dǎo)柱上端螺紋結(jié)構(gòu)通過和固定的調(diào)節(jié)螺母之間的相對運動，可以調(diào)節(jié)氣流導(dǎo)柱的長度，從而調(diào)節(jié)氣噴頭連接件下端熔體流經(jīng)微調(diào)錐和內(nèi)錐面之間的間隙，達(dá)到對熔體流量的調(diào)節(jié)，在ー級分流道、內(nèi)錐面噴嘴體設(shè)置電加熱裝置和溫度傳感器，起到精確控溫作用。ー級分流道采用細(xì)管焊接分流組裝簡單易行，滿足復(fù)雜流道均勻分流的目的，同時管路相對于切削加工更具有流線型，減小了流動阻カ；氣流輔助內(nèi)錐面噴嘴氣流的錐面縫隙式供風(fēng)，起到了對風(fēng)速及風(fēng)向的調(diào)整，具有可調(diào)節(jié)性。本發(fā)明熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置，熔體輸送裝置可以采用單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機、多螺桿擠出機或是其他類型的熔體連續(xù)供給設(shè)備，選用時主要是根據(jù)所加工的物料和靜電紡絲部分對物料的各種熔融參數(shù)要求來確定，熔體輸送裝置可以安置在絕緣支架上，下部空間更加方便安裝接收裝置，也利于高壓靜電電極網(wǎng)的安置。本發(fā)明熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置，熔體計量泵可以選用齒輪泵或是行星齒輪泵，可以使用ー個進(jìn)ロー個出口的計量泵也可以選用ー個進(jìn)ロ多個出口的計量泵，主要用來實現(xiàn)對供給紡絲模頭組件熔體的計量，如果利用多個紡絲模頭組件的組合生產(chǎn)線，可以使用行星齒輪泵一出多為多個紡絲模頭組件提供精確的計量熔體。本發(fā)明熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置，空氣加熱系統(tǒng)包括高壓鼓風(fēng)機、加熱器、過濾器、分流系統(tǒng)，空氣經(jīng)過濾器后，高壓鼓風(fēng)機收集空氣輸送到加熱器后，將空氣 加熱到設(shè)定的溫度，被加熱的空氣通過分流系統(tǒng)分別注入每個噴嘴的熱氣流入ロ，熱氣流通過氣流導(dǎo)柱分散后，以一定的速度噴出，最后通過設(shè)置在高壓電極下的熱風(fēng)回路回收再利用，回收回路的排風(fēng)風(fēng)機在排走熱風(fēng)的同時還形成負(fù)壓使得纖維緊緊地貼在基布上，這樣也對纖維的收集起到了促進(jìn)作用。本發(fā)明熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置，為了增加產(chǎn)量，可以對紡絲模頭進(jìn)行橫向或縱向的疊加，此時熔體供料可以通過一出多的行星齒輪泵分別供料，也可以通過對ー級分流道進(jìn)行擴充；本裝置還可以完全復(fù)制整個系統(tǒng)進(jìn)行整個系統(tǒng)的疊加，特別的是紡絲模頭組件如果由多個獨立的紡絲模頭組件組合而成，可以用不同的熔體輸送裝置對每個模頭組件供給不同的聚合物熔體或者設(shè)定不同的紡絲條件，這樣就可以實現(xiàn)多種材料的復(fù)合紡絲，而且可以實現(xiàn)多種纖維直徑的控制，如疊加方式為橫向疊加時可以生產(chǎn)寬幅制品，疊加方式為縱向疊加時可以生產(chǎn)多種不同材料的復(fù)合制品，通過不同的模塊疊加滿足不同的生產(chǎn)需求，實現(xiàn)該裝置的規(guī)模化、模塊化生產(chǎn)。本發(fā)明熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置，高壓電極網(wǎng)采用較厚的銅板，在其上均勻分布打孔，用于熱風(fēng)氣體的穿透進(jìn)入熱風(fēng)回路，電極網(wǎng)周圍去毛刺防止靜電空氣擊穿。本發(fā)明熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置，也可以采用注塑機中使用的熱流道系統(tǒng)的ー級分流道，根據(jù)尺寸要求按照X形式、H形式、Y形式的設(shè)計排成一列、兩列或多列的形式，獲得四點、八點或多點的交叉排列本發(fā)明熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置，其中熱風(fēng)發(fā)生及收集裝置可以使用空氣，也可以使用氮氣或其他非易燃?xì)怏w，氮氣等惰性氣體的使用可以減少熔體氧化和空氣電離作用。本發(fā)明熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置，其中傳送帶裝置、基布、熱風(fēng)回路中的熱風(fēng)回收裝置、電極網(wǎng)絕緣支架均采用絕緣材料，以防止對靜電場的干擾和高壓電極網(wǎng)的擊穿。本發(fā)明熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置，其中在熱風(fēng)回路上部的基布、傳送帶裝置及高壓電極網(wǎng)都采用耐熱的網(wǎng)格材料，以滿足帶有熱量的氣流穿過。本發(fā)明熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置，當(dāng)各元件使用防腐金屬材料或非金屬材料吋，也可用于溶液靜電紡絲。本發(fā)明熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維的エ藝步驟包括I)裝置及材料的準(zhǔn)備階段首先進(jìn)行各裝置安裝、密封、電器方面的檢查，確保不漏料、不漏電、無熱風(fēng)泄漏等問題，對紡絲材料進(jìn)行干燥處理或共混處理；2)參數(shù)設(shè)定階段根據(jù)積累的紡絲參數(shù)設(shè)定熔體輸送裝置各段溫度，設(shè)定熔體計量泵流量、紡絲模頭組件各點溫度及風(fēng)速和熱風(fēng)溫度，確定該紡絲材料紡絲電壓，設(shè)定紡絲距離，根據(jù)射流速度和目標(biāo)布厚調(diào)節(jié)接收裝置卷繞速度；3)預(yù)熱階段開啟熔體輸送裝置、熔體計量泵、紡絲模頭組件、空氣加熱器等的溫控裝置，升溫到調(diào)定溫度；4)試紡絲階段觀察各設(shè)定溫度達(dá)到后，開啟熔體輸送裝置并加入紡絲材料，直到噴嘴末端有均一熔體出現(xiàn)時，同時開啟熱風(fēng)及高壓靜電發(fā)生器并給電，微調(diào)熱風(fēng)速度及熔體供給速度，直到纖維均一穩(wěn)定；5)穩(wěn)定運行階段去除調(diào)整階段制備的纖維，開啟接收裝置到調(diào)定速度，進(jìn)入纖維制備的穩(wěn)定運行階段，在熔體輸送裝置加料ロ不斷加入紡絲材料連續(xù)紡絲。本發(fā)明熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置及エ藝，首先ー級分流道采用細(xì)管焊接的均分流道可以簡易實現(xiàn)熔體均分到每個噴嘴；其次紡絲模頭組件使用了氣流輔助內(nèi) 錐面噴嘴，獨特的內(nèi)錐面結(jié)構(gòu)自然地實現(xiàn)熔體的再分流過程，同時內(nèi)錐面外部加熱使得錐面熔體得以保持在設(shè)定溫度；再次本裝置使用了熱氣流輔助結(jié)構(gòu)，通過氣流輔助內(nèi)錐面噴嘴中設(shè)置的氣流導(dǎo)柱將熱風(fēng)高速均一射向內(nèi)錐面及紡絲路徑，起到了內(nèi)錐面熔體減薄、射流加速細(xì)化以及提高射流環(huán)境溫度増加靜電拉伸過程的作用；本裝置還可以對每個熱氣流輔助內(nèi)錐面噴嘴進(jìn)行獨立控溫，實現(xiàn)對每ー個噴嘴點的精確分流和獨立控溫，使得噴嘴的擴展和靈活排布成為可能，也滿足了多種材料不同溫度條件同時紡絲的條件，可輕易實現(xiàn)混紡和多層紡絲。本裝置較目前熔噴法可以制備出更細(xì)、直徑更一致的纖維，而且提高了生產(chǎn)效率，可以代替熔噴法而成為生產(chǎn)非織造材料的主要生產(chǎn)裝置及エ藝，為幾百納米纖維產(chǎn)品的生產(chǎn)提供新的途徑。


圖I是本發(fā)明熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置示意圖的主視圖。圖2是本發(fā)明熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置示意圖的俯視圖。圖3是圖I中紡絲模頭組件A向視圖的放大圖。圖4圖3中B-B剖面視圖放大圖。圖中I-基布放卷裝置，2-傳送帶裝置，3-高壓電極網(wǎng)，4-紡絲模頭組件，5-熔體計量泵，6-去靜電輥子，7-基布，8-基布收卷裝置，9-熱風(fēng)回路，10-電極網(wǎng)絕緣支架，11-熔體輸送裝置，12-高壓靜電發(fā)生器，13-空氣加熱系統(tǒng)，4-1-內(nèi)錐面，4-2-內(nèi)錐面噴嘴體，4-3-氣噴頭連接件，4-4- ー級分流道，4-5-氣流導(dǎo)柱，4-6-調(diào)節(jié)螺母，4-7-固定螺釘，4-8-電加熱裝置，4-9-溫度傳感器，4-10-噴嘴體調(diào)節(jié)螺母，4-11-氣噴頭，4_12_熔體流量微調(diào)錐。
具體實施例方式本發(fā)明熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置，如圖1-4所示，包括基布放卷裝置I、傳送帶裝置2、高壓電極網(wǎng)3、紡絲模頭組件4、熔體計量泵5、去靜電輥子6、基布7、基布收卷裝置8、熱風(fēng)回路9、電極網(wǎng)絕緣支架10、熔體輸送裝置11、高壓靜電發(fā)生器12和空氣加熱系統(tǒng)13，熔體輸送裝置11直接與熔體計量泵5的進(jìn)ロ連接，熔體計量泵5的出口與紡絲模頭組件4的熔體入口連接，高壓靜電發(fā)生器12高壓電極與置于基布下方的高壓電極網(wǎng)3連接，紡絲模頭組件4接地，基布7在紡絲模頭組件4正下方對纖維進(jìn)行連續(xù)運輸，傳送帶裝置2在基布7下方為其提供支撐和輸送動力，空氣加熱系統(tǒng)13出ロ連接到紡絲模頭組件4的熱風(fēng)通道，熱風(fēng)回路9安裝在高壓電極網(wǎng)3下端，高壓電極網(wǎng)3安裝在電極網(wǎng)絕緣支架10上。本發(fā)明熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維エ藝，如圖1-4所示，首先檢查各裝置安裝、密封、電器接線，確保不漏料、不漏電、無熱風(fēng)泄漏等問題，并對紡絲材料進(jìn)行干燥處理或共混處理；然后根據(jù)積累的紡絲參數(shù)設(shè)定熔體輸送裝置11各段溫度，設(shè)定熔體計量泵5流量、紡絲模頭組件4各點溫度及熱風(fēng)流速和溫度，確定該紡絲材料紡絲電壓，設(shè)定紡絲距離，根據(jù)目標(biāo)布厚調(diào)節(jié)接收裝置卷繞速度等；接著開啟熔體輸送裝置11、熔體計量泵5、紡絲模頭組件4、空氣加熱系統(tǒng)13等的溫控裝置，升溫到調(diào)定溫度；當(dāng)各達(dá)到設(shè)定溫度后， 開啟熔體輸送裝置11并加入紡絲材料，直到內(nèi)錐面4-1末端有均一熔體出現(xiàn)，開啟熱風(fēng)及高壓靜電發(fā)生器12給電，微調(diào)調(diào)節(jié)螺母4-6及氣噴頭4-11往氣噴頭連接件4-3的旋深，改變?nèi)垠w供給速度及熱風(fēng)速度，直到纖維均一穩(wěn)定；最后去除調(diào)整階段制備的纖維，開啟接收裝置到調(diào)定速度，進(jìn)入纖維制備的穩(wěn)定運行階段，在熔體輸送裝置11加料ロ不斷加入紡絲材料連續(xù)紡絲。一個實施例如圖I 圖4所示，螺桿直徑為20mm的單螺桿擠出機為聚合物熔體輸送裝置11，單進(jìn)單出的熔體計量泵4進(jìn)行熔體計量，通過熔體通道將熔體均分到紡絲模頭組件4各氣流輔助內(nèi)錐面噴嘴4-1，接收基布7為尼龍網(wǎng)，各參數(shù)如下使用的紡絲材料為熔噴專用料聚丙烯PP6315，其熔融指數(shù)為1500g/10min，單螺桿擠出機螺桿轉(zhuǎn)速為80r/min，螺桿擠出機末端溫度為200°C，螺桿熔體計量泵計量速度約為2000ml/h，紡絲模頭組件幅寬O. 5m，噴嘴交叉分布四排，共32個噴嘴，內(nèi)錐面噴嘴體4-2下端內(nèi)錐面4_1半錐角為37°，氣流導(dǎo)柱4-5內(nèi)徑為8mm，ー級分流道4_4流道直徑為6mm，內(nèi)錐面噴嘴體4_2與氣流導(dǎo)柱4-5外表面之間的間隙O. 5-lmm,氣流導(dǎo)柱4_5上端使用DN15的接ロ，紡絲模頭組件4ー級分流道4-4溫度調(diào)定為220°C，內(nèi)錐面噴嘴體4-2溫度調(diào)定為240°C，熔體通過內(nèi)錐面噴嘴體4-2與氣流導(dǎo)柱4-5外表面之間的間隙在內(nèi)錐面4-1上形成Imm厚的熔體層，在氣噴頭4-11噴出的100m/s的250°C的熱風(fēng)氣流作用下,熔體層被減薄到了 O. 3-0. 5mm,此時將內(nèi)錐面噴嘴體4-1下端和高壓電極網(wǎng)3間距調(diào)整為13cm，高壓電極網(wǎng)3加電50kv，在電場カ及熱風(fēng)氣流作用下，每個噴嘴形成60-80根射流沿著內(nèi)錐面4-1切線方向噴出，此時紡絲射流平均速度可達(dá)10-20m/s，纖維直徑在500nm左右，最終纖維在基布7上獲得沉積。收集裝置的接收速度調(diào)定為5m/min，紡絲效率約為1000g/h，以每天連續(xù)工作20小時計算，納米纖維無紡布產(chǎn)量約為每天3000 IIf。
權(quán)利要求
1.熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置，其特征在于主要包括基布放卷裝置、傳送帶裝置、高壓電極網(wǎng)、紡絲模頭組件、熔體計量泵、去靜電輥子、基布、基布收卷裝置、熱風(fēng)回路、電極網(wǎng)絕緣支架、熔體輸送裝置、高壓靜電發(fā)生器、空氣加熱系統(tǒng)，熔體輸送裝置直接與熔體計量泵的進(jìn)口連接，熔體計量泵的出口與紡絲模頭組件的熔體入口連接，高壓靜電發(fā)生器高壓電極與置于基布下方的高壓電極網(wǎng)連接，紡絲模頭組件接地，基布在紡絲模頭組件正下方對纖維進(jìn)行連續(xù)運輸，傳送帶裝置在基布下方為其提供支撐和輸送動力，空氣加熱系統(tǒng)出口連接到紡絲模頭組件的熱風(fēng)通道，熱風(fēng)回路安裝在高壓電極網(wǎng)下端，高壓電極網(wǎng)安裝在電極網(wǎng)絕緣支架上，紡絲模頭組件包括一級分流道、氣流輔助內(nèi)錐面噴嘴、附屬溫控設(shè)備，紡絲模頭組件接地，所述的一級分流道采用細(xì)管焊接，按照2"的形式分配，經(jīng)過η次分流后由進(jìn)口處的一條流道分成流道長度相等的2"條分流道，分流道出口的截面面積相等，將均勻布置的分流道出口細(xì)管固定在底板上用于連接氣流輔助內(nèi)錐面噴嘴，細(xì)管周圍填充加熱裝置及傳熱結(jié)構(gòu)；氣流輔助內(nèi)錐面噴嘴包括內(nèi)錐面噴嘴體、氣噴頭連接件、氣流導(dǎo)柱、熔體流量調(diào)節(jié)螺母、固定螺釘、加熱板、溫度傳感器、噴嘴體固定螺釘、氣噴頭，內(nèi)錐面噴嘴體通過噴嘴體固定螺釘和一級分流道固定連接，接通紡絲介質(zhì)入口和分流道，氣流導(dǎo)柱和內(nèi)錐面噴嘴體同心安裝，在氣流導(dǎo)柱下端通過氣噴頭連接件螺紋連接氣噴頭，氣噴頭是利用帶螺紋的傘形噴頭通過螺紋上開的槽，將氣體引導(dǎo)到氣流導(dǎo)柱內(nèi)錐面和傘形噴頭的傘形面之間，通過螺紋的旋深可以調(diào)節(jié)氣流大小，起到對紡絲介質(zhì)流體減薄和保溫的作用，氣流導(dǎo)柱上端螺紋結(jié)構(gòu)通過和固定的調(diào)節(jié)螺母之間的相對運動，可以調(diào)節(jié)氣流導(dǎo)柱的長度，從而調(diào)節(jié)氣噴頭連接件下端熔體流經(jīng)微調(diào)錐和內(nèi)錐面之間的間隙，達(dá)到對熔體流量的調(diào)節(jié)，在一級分流道、內(nèi)錐面噴嘴體設(shè)置電加熱裝置和溫度傳感器，起到精確控溫作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置，其特征在于熔體計量泵選用齒輪泵或行星齒輪泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置，其特征在于高壓電極網(wǎng)采用較厚的銅板，在其上均勻分布打孔，電極網(wǎng)周圍倒圓去毛刺處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置，其特征在于空氣由氮氣或其他非易燃?xì)怏w代替。
5.采用權(quán)利要求I所述的熔體靜電紡絲法批量生產(chǎn)納米纖維裝置進(jìn)行紡絲的工藝，其特征在于第一步，裝置及材料的準(zhǔn)備階段首先進(jìn)行各裝置安裝、密封、電器方面的檢查，確保不漏料、不漏電、無熱風(fēng)泄漏等問題，對紡絲材料進(jìn)行干燥處理或共混處理；第二步，參數(shù)設(shè)定階段根據(jù)積累的紡絲參數(shù)設(shè)定熔體輸送裝置各段溫度，設(shè)定熔體計量泵流量、紡絲模頭組件各點溫度及風(fēng)速和熱風(fēng)溫度，確定該紡絲材料紡絲電壓，設(shè)定紡絲距離，根據(jù)射流速度和目標(biāo)布厚調(diào)節(jié)接收裝置卷繞速度；第三步，預(yù)熱階段開啟熔體輸送裝置、熔體計量泵、紡絲模頭組件、空氣加熱器等的溫控裝置，升溫到調(diào)定溫度；第四步，試紡絲階段觀察各設(shè)定溫度達(dá)到后，開啟熔體輸送裝置并加入紡絲材料，直到噴嘴末端有均一熔體出現(xiàn)時，同時開啟熱風(fēng)及高壓靜電發(fā)生器并給電，微調(diào)熱風(fēng)速度及熔體供給速度，直到纖維均一穩(wěn)定；第五步，穩(wěn)定運行階段去除調(diào)整階段制備的纖維，開啟接收裝置到調(diào)定速度，進(jìn)入纖維制備的穩(wěn)定運行階段，在熔體輸送裝置加料口不斷加入紡絲材料連續(xù)紡絲。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種靜電紡絲熔體靜電紡絲批量化生產(chǎn)納米纖維的裝置及工藝，屬于靜電紡絲領(lǐng)域。它主要包括包括基布放卷裝置、傳送帶裝置、高壓電極網(wǎng)、紡絲模頭組件、熔體計量泵、去靜電輥子、基布、基布收卷裝置、熱風(fēng)回路、電極網(wǎng)絕緣支架、熔體輸送裝置、高壓靜電發(fā)生器和空氣加熱系統(tǒng)。其中紡絲模頭組件中一級分流道的應(yīng)用可以達(dá)到熔體一級分流和精確的分區(qū)控溫；氣流輔助內(nèi)錐面噴嘴的創(chuàng)新通過高速熱空氣輔助實現(xiàn)了熔體層的二次分流減薄，整個裝置系統(tǒng)和相應(yīng)工藝解決了以往熔體靜電紡絲裝置及工藝制備纖維粗和產(chǎn)量低的問題，可以代替熔噴法而成為生產(chǎn)非織造材料的主要生產(chǎn)裝置及工藝，為幾百納米纖維產(chǎn)品的生產(chǎn)提供新的途徑。
文檔編號D01D5/00GK102839431SQ201210370948
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者楊衛(wèi)民, 李好義, 焦志偉, 陳宏波, 閻華 , 丁玉梅 申請人:北京化工大學(xué)