无针静电纺聚合物纳米纤维的大规模快速连续化制造系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无针静电纺聚合物纳米纤维非织造布的大规模快速连续化制造设备，更具体是是一种无针静电纺聚合物纳米纤维的大规模快速连续化制造系统。
【背景技术】
[0002]随着静电纺聚合物纳米纤维的应用不断扩展，市场上出现了一系列静电纺丝制备聚合物纳米纤维及其非织造布的设备。这些设备分为高压静电针纺设备和无针纺设备两大类，前者主要关注于聚合物纳米纤维实验用品的制备，即实验室小用品的制备，不能用来大规模连续化生产自支撑电纺聚合物纳米纤维非织造布；后者纺丝速度较快，可用于大规模生产纳米纤维与传统粗纤维非织造布复合的滤材，每平方米这种复合材料中的纳米纤维克重低于2.0克。这种无针纺的技术大部分都是敞开体系，即纺丝液与空气大面积接触，长时间纺丝会由于纺丝液吸水或溶剂挥发而导致纺丝液特性变化，影响纺丝质量，甚至导致纺丝加工中断；另一方面，这种无针纺速度很快，单位空间内产生的纳米纤维量大，同时散发的溶剂蒸汽量也高。诺希望获得每平米克重较大(如大于8.0克纳米纤维，厚度大于20微米)的纳米纤维非织造布时，输送带必须以较慢的速度运转，导致所形成的纳米纤维或其非织造布长时间接触浓密的溶剂蒸汽，结果将导致所形成的纳米纤维非织造布的二次溶解成为实体膜，或形成大穿孔密集的膜。因此，现有的有针和无针静电纺设备都不能用来大规模连续化生产有较大厚度和较高单位面积克重的自支撑聚合物纳米纤维非织造布。。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种大规模快速连续化生产聚合物纳米纤维或其非织造布的无针静电纺制造系统。更具体是是一种无针静电纺聚合物纳米纤维的大规模快速连续化制造系统。
[0004]该制造系统适用于通过向上收集纳米纤维的方式进行无针静电纺丝制备各类聚合物纳米纤维及其非织造布。形成大规模快速连续化生产聚酰亚胺纳米纤维或其非织造布的无针静电纺丝制造系统。
[0005]本发明将溶液通过平行环绕连续运行的钢丝在高压静电场中，并采用多段封闭式供液方式(保证纺丝头钢丝上的纺丝液稳定供给)进行溶液电纺形成聚合物纳米纤维；细钢丝上所生产的密集的纳米纤维射流在高速气吹风干的作用下，干燥蓬松地富集在收集器上形成聚合物纳米纤维非织造布。
[0006]解决了规模化制备一定厚度的纳米纤维非织造布及纺丝液稳定供给的问题，并在此基础上配合高速气吹风干，有效地降低聚合物纳米纤维中的溶剂含量，解决了所形成的纳米纤维在高密度溶剂蒸汽中的二次溶解成膜问题，有效地提高聚合物纳米纤维非织造布的品质；加大了本发明纺丝装置制作纳米纤维的高分子材料可选范围大。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]一种无针静电纺聚合物纳米纤维的大规模快速连续化制造系统，该系统包括无针纺丝部分、热致纤维粘连加固和去除残留溶剂部分、产品输送系统、非织造布收卷系统、溶剂蒸汽回收系统、恒温恒湿系统；所述的无针纺丝部分包括无针纺丝装置；
[0009]所述的产品输送系统包括产品输送带、传动系统、胀紧系统和纠偏系统；其中，所述的产品输送带在垂直面内呈环形布置，并在所述的传动系统带动下呈连续、环绕式移动，其依次通过无针纺丝部分、热致纤维粘连加固和去除残留溶剂部分和非织造布收卷系统，然后回头呈环形循环运转；
[0010]所述的无针纺丝装置位于在下方运转的所述产品输送带的下方，所述的产品输送带为所述的无针纺丝装置的纳米纤维接收器；所述的热致纤维粘连加固和去除残留溶剂部分包括电热炉、温控系统和抽风送风系统；
[0011]所述的产品输送带从所述的无针纺丝装置上方接收纳米纤维，继续向上方移动，到上方后，先穿过所述的热致纤维粘连加固和去除残留溶剂部分的电热炉，之后到达所述的非织造布收卷系统，再返回到所述的无针纺丝装置，形成一周循环，并连续循环下去。
[0012]所述的无针纺丝装置是由多个纺丝模块和溶液供给系统组成；所述的溶液供给系统包括储液罐和流量控制系统、物料供给泵、物料供给管道及浸润管。
[0013]所述的纺丝模块为4-10个；所述的纺丝模块包括细钢丝(2g)、细钢丝清洗装置(2c)、纺丝液浸润管(2d)、气吹管道(2f)、纺丝液导管(2h)、高压电源(2a)和自动力引导辊(2b);所述的纺丝液浸润管由绝缘材料制成，浸润管之间呈等距、直线排列成浸润管排；所述的细钢丝呈直线穿过所述的浸润管、浸润管排，所述的细钢丝上设置有所述的钢丝清洗装置(2c);所述的物料供给管道分布在所述的浸润管排底部，其上连通多个支管从底部朝上穿入所述的浸润管并接近细钢丝，所述支管在顶部设置出液口 ；所述的物料供给管道连接纺丝液导管(2h)、物料供给泵，使所述出液口不断渗出纺丝液，使所述细钢丝在经过浸润管后其表面上能够均匀涂覆一薄层纺丝液；所述的细钢丝为各类不锈钢导电材质；所述的细钢丝连接高压电源。
[0014]所述的细钢丝在自动力引导辊(2b)带动下呈连续环绕移动状态且所述的不同方向的细钢丝位于同一水平面内，所述的细钢丝作矩形环绕运动；所述的浸润管排设置为相互平行的两排，所述的两排浸润管布置在所述矩形的长边方向上。
[0015]所述的气吹管道位于浸润管排两侧分布平行于所述的细钢丝设置，其上均布朝上的喷气孔；所述的气吹管道连接气体管道和气源。
[0016]纤维接收器为所述的产品输送带，其设置在所述细钢丝上方接收纤维，其与高压静电发生器的负极或与大地连接；该纤维接收器与纺丝模块中的细钢丝之间的静电压为15-60V 之间。
[0017]所述的储液罐容积在200-600L之间；所述的流量控制系统包括齿轮流量泵和塑料管线，供液流量在100-2000ml/min之间。
[0018]所述的热致纤维粘连部分的电热炉内腔的长高宽为4X0.2X1.3-8X0.2X2.0m3、工作温度在 100-250°C之间、抽送风量在 500_3000L/min 之间；
[0019]所述的溶剂蒸汽回收系统包括水淋吸收塔和抽风送风系统，其中，抽送风量在3000-15000L/min 之间可调；
[0020]所述的恒温恒湿系统包括空气调节系统、空气压缩系统、抽送风系统和温度湿度探测系统；空调温度在18-30°C之间、相对湿度在40-85%之间、抽送风量在5000-20000L/min之间。
[0021]所述的产品输送带是宽度为1.0-2.0米的不锈钢网带或钢带。
[0022]所述的非织造布收卷系统，由一个没有自动力的气涨轴及其固定支架组成。气涨轴通过两端可上下移动的轴承固定在安装板上，安装板固定在热致纤维粘连加固和去除残留溶剂部分后的支架上；安装板上的弹簧压迫气涨轴紧贴在传送带的表面上。
[0023]本发明的技术效果于:(I)带自清洁装置的环形运转的细钢丝作为纺丝加工中的一极，保证纺丝加工能持久连续化工作，长时间的生产过程中不需要更换钢丝，也不需要人工清洁钢丝；(2)气吹系统既能为纺丝射流定向飞落到纳米纤维接收器上，更能高效地将纺丝过程中产生的大量溶剂蒸汽吹散，配合抽风送风系统使所形成的纳米纤维及时得到干燥，而不至于在高密度的溶剂蒸汽中再次溶解成实膜或使所形成的纳米纤维膜或非织造布破孔穿洞；(3)向上收集纳米纤维能避免较大滴液散落在所形成的纳米纤维膜或非织造布而造成破孔穿洞现象。(4)、本系统实现了大批量、连续、规模化生产。该制造系统每小时生产聚酰亚胺纳米纤维高达4385克、每平方米8.7克重的自支撑聚酰亚胺纳米纤维非织造布504平方米。(5)热致纤维粘连加固和去除残留溶剂部分由一配置在纺丝部上端的电热炉组成。由于无针静电纺丝法采用向上收集纳米纤维的方式(这种方式可以避免大的纺丝液滴掉在接收器上损坏所收集的纳米纤维非织造布)，