一种熔喷纺丝成网装置的制作方法

本实用新型涉及非织造技术领域，具体来说涉及一种熔喷纺丝成网装置。

背景技术：

非织造布是指不经通常的纺纱织布工序，由纤维直接制成的片状制品；非织造加工的优点是工艺流程短、生产速度高、产品用途广。熔喷是制备超细纤维非织造布的一种主要方法，它利用高速高温气流将聚合物熔体拉伸成超细纤维。超细纤维是指直径在 1 um至 5 um 之间的纤维。熔喷非织造布由于纤维超细化，因而具有孔隙多而孔径小等优点，能够形成树根状通道体系，过滤效率达 99.9% 以上，广泛用于冶金、化工、医药、机械、电子、食品、核工业、汽车等领域，还可用作环境净化和生物洁净的高级过滤材料。国内外很多课题组致力于发展熔喷技术提高产业应用价值，如中国专利CN203049208U，提出了一种熔喷-高通量电纺复合无纺布制备装置，在传统熔喷装置的基础上，加入一正一反两组电纺装置，以熔喷得到的无纺布纤维毡作为基布，在此基础上就行电纺，制备纳米纤维/微纳米纤维/纳米纤维三层复合无纺布，制备的复合无纺布兼具高致密性、高机械强度等优点、设备结构简单、使用方便，可用于制备多种微纳结构的复合无纺布材料。中国专利CN106555276A发明了一种利用熔喷超细纤维进行静电纺纱的装置和方法，通过将熔喷装置、冷却集束装置、驻极装置和静电纺纱装置结合，有效提高了熔喷超细纤维纺丝的质量。中国专利CN105803668A，利用微层共挤技术、静电技术和熔喷技术的合理组配，实现了静电纺丝法超高模量聚乙烯和聚丙烯纳米熔喷无纺布的制备。通过上述专利技术可以将熔喷纤维直径做到50-1500纳米。但是该技术中，引入的微层共挤装置和衣架式模头，增加了设备的成本和操作的复杂性。公开的申请专利CN105297288A，提出了一种结合静电力和熔喷技术制备微纳米纤维的方法，但是该方法将熔喷设备中的熔喷头进行了改装和绝缘处理，可以直接连接100Kv的直流高压电源的正极。上述装置虽然实现了静电场与熔喷设备的结合，但是对原熔喷设备的改动较大，成本较高，且改装之后设备在不加电场时的平均纤维直径在mm级，远超常规熔喷纺丝的直径范围几个到十几个微米。

微纳米纤维在人们的日常生活中需求越来越多，但是熔喷非织造布的纤维相对来说还是比较粗，如果纤维直径能达到纳米数量级，那么其制品的过滤性能和吸附性能将显著提高，在生物、医药、国防、电子等领域有良好的应用前景。基于此需求，我们发展了一种静电辅助的熔喷纺丝制备超细微纳米纤维的装置。通过将熔喷技术与静电力结合，有效的提高纤维拉伸质量，降低制备的熔喷纤维直径。同时该装置发挥了熔喷产量大的优势，结构简单，使用方便，适用于制备多种材料的微纳米熔喷无纺布。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种能够制备出微纳米数量级纤维的熔喷纺丝成网装置。

为此，本实用新型提供了一种熔喷纺丝成网装置，包括熔融给料部件、热风辅助部件和静电辅助部件，所述熔融给料部件包括熔喷模头，所述熔喷模头上设有用于挤出熔体的喷丝孔，所述热风辅助部件包括热风通道，所述热风通道的出口朝向所述喷丝孔；所述静电辅助部件包括金属线框、负高压直流电源和金属网筛，所述金属线框设置在所述喷丝孔和所述金属网筛之间，所述金属线框与所述喷丝孔间距≤5cm，所述金属线框与所述金属网筛间距为18～25cm；所述金属线框与所述负高压直流电源的正极相连，所述负高压直流电源的正极接地，所述金属网筛与所述负高压直流电源的负极相连。

优选的，所述负高压直流电源的电压为-45～-35kV。

优选的，所述金属网筛为平面型网筛，所述金属网筛与水平方向夹角为15°-90°。

优选的，所述金属网筛为圆弧形网筛，所述金属网筛的切面与水平方向夹角为15°-90°。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型提供了一种熔喷纺丝成网装置，包括熔融给料部件、热风辅助部件和静电辅助部件，所述熔融给料部件包括熔喷模头，所述熔喷模头上设有用于挤出熔体的喷丝孔，所述热风辅助部件包括热风通道，所述热风通道的出口朝向所述喷丝孔；所述静电辅助部件包括金属线框、负高压直流电源和金属网筛，所述金属线框设置在所述喷丝孔和所述金属网筛之间，所述金属线框与所述喷丝孔间距≤5cm，所述金属线框与所述金属网筛间距为18～25cm；所述金属线框与所述负高压直流电源的正极相连，所述负高压直流电源的正极接地，所述金属网筛与所述负高压直流电源的负极相连。本实用新型的喷熔纺丝装置结构简单，使用方便易操作，可以用于制备微纳米级的纤维，并可以达到规模化生产。聚合物熔体从熔喷模头进入到喷丝孔，并从喷丝孔中挤出聚合物熔体；热风通道的出口朝向喷丝孔，热风通道中的高速热气流可以对喷丝孔中挤出的聚合物熔体进行牵伸，形成聚合物纤维射流。金属线框与负高压直流电源的正极相连，负高压直流电源的正极接地，金属网筛与负高压直流电源的负极相连；当负高压直流电源接通电源后，金属线框和金属网之间会产生负高压静电场；当聚合物纤维射流通过金属线框射到金属网筛上时，聚合物纤维受到负高压静电场的静电力的作用，静电力可以对聚合物纤维进行拉伸细化。综上，聚合物纤维受到高速热气流和静电力的双重拉伸作用，从而可以得到充分的拉伸细化，进而可以形成微纳米级的纤维。

结合附图阅读本实用新型的具体实施方式后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型熔喷纺丝成网装置的实施例1的结构示意图；

图2是本实用新型熔喷纺丝成网装置的实施例2的结构示意图；

图3是本实用新型熔喷纺丝成网装置的实施例3的结构示意图；

图4是实施例1得到的纤维的SEM图；

图5是对比例1得到的纤维的SEM图；

图6是实施例1得到的纤维直径分布图；

图7是对比例1得到的纤维直径分布图。

具体实施方式

以下对本实用新型的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

如图1所示，实施例1的熔喷纺丝成网装置包括熔融给料部件、热风辅助部件和静电辅助部件，熔融给料部件包括熔喷模头11，熔喷模头11上设有用于挤出熔体的喷丝孔12，热风辅助部件包括热风通道21，热风通道21的出口朝向喷丝孔12；静电辅助部件包括金属线框31、负高压直流电源32和金属网筛33，金属线框31设置在喷丝孔12和金属网筛33之间，金属线框31与喷丝孔12间距≤5cm，金属线框31与金属网筛33间距为18～25cm；金属线框31与负高压直流电源32的正极相连，负高压直流电源32的正极接地，金属网筛33与负高压直流电源32的负极相连。

本实施例的熔喷纺丝成网装置结构简单，使用方便易操作，可以用于制备微纳米级的纤维，并可以达到规模化生产。聚合物熔体从熔喷模头11进入到喷丝孔12，并从喷丝孔12中挤出聚合物熔体；热风通道21的出口朝向喷丝孔12，热风通道21中的高速热气流可以对喷丝孔12中挤出的聚合物熔体进行牵伸，形成聚合物纤维射流。金属线框31与负高压直流电源32的正极相连，负高压直流电源32的正极接地，金属网筛33与负高压直流电源32的负极相连；当负高压直流电源32接通电源后，金属线框31和金属网筛33之间会产生负高压静电场；当聚合物纤维射流通过金属线框31射到金属网筛33上时，聚合物纤维受到负高压静电场的静电力的作用，静电力可以对聚合物纤维进行拉伸细化。综上，聚合物纤维受到高速热气流和静电力的双重拉伸作用，从而可以得到充分的拉伸细化，进而可以形成微纳米级的纤维。

金属线框31与负高压直流电源32的正极相连，负高压直流电源32的正极接地，使得金属线框31为零电势，使得金属线框31和喷丝孔12之间绝缘，从而使得负高压静电场不会影响熔融给料部件和热风辅助部件的运行。

金属线框31与喷丝孔12间距≤5cm并大于零，金属线框31与金属网筛33间距为18～25cm，优选为20cm；以上间距设置，既不会影响熔融给料部件和热风辅助部件的运行，又可以产生适当的负高压静电场，使得聚合物纤维得到最佳的拉伸细化，从而可以得到微纳米级的纤维。

本实施例的金属网筛33为平面型网筛，金属网筛33与水平方向夹角为90°；金属网筛33能够导电，和负高压直流电源32的负极相连，用于产生负高压静电场，同时用于对制备的微纳米级的纤维进行收集。

负高压直流电源32的电压为-45～-35kV，优选为-40kV，-45～-35kV的直流电压产生的静电力可以对聚合物纤维起到最佳的拉伸效果，从而可以得到微纳米级的纤维。

熔融给料部件还包括依次相连通的料斗13、螺杆挤出机14、滤网15、齿轮计量泵16，齿轮计量泵16与熔喷模头11相连通。聚合物从料斗13进入到螺杆挤出机14中，并依次通过滤网15、齿轮计量泵16和熔喷模头11，螺杆挤出机14、滤网15、齿轮计量泵16与熔喷模头11通过加热器加热，使得聚合物高温熔融形成聚合物熔体，聚合物熔体再通过熔喷模头11进入到喷丝孔12中喷出，聚合物熔体温度为265℃。

螺杆挤出机14的频率为0.7～1.2 Hz，优选为1Hz。

熔融给料部件上连接有控制台17，通过控制台17可以对熔融给料部件的运行进行操作和控制。

热风辅助部件包括换热器22，热风通道21与换热器22相连。

换热器22上还连接有鼓风机23，鼓风机23可以为罗兹鼓风机，鼓风机23频率为25～35Hz，优选为30Hz。鼓风机23产生高速气流，高速气流通过换热器22加热后成为高速热气流进入到热风通道21中，然后通过热风通道21到达喷丝孔12处，对喷丝孔12挤出的聚合物熔体。高速热气流的温度为230-280℃，优选为255℃，可以对聚合物纤维起到最佳的拉伸效果。

通过实施例1 的熔喷纺丝成网装置生产纤维，具体操作如下：设置螺杆挤出机14的频率为1Hz，鼓风机23频率30Hz，高速热气流的温度为255℃，负高压直流电源32的电压为-40kV，金属线框31与喷丝孔12间距3cm，金属线框31与金属网筛33间距为20cm。将聚丙烯从料斗13进入到螺杆挤出机14中，并依次通过滤网15、齿轮计量泵16和熔喷模头11被加热后形成聚合物熔体，聚合物熔体再通过熔喷模头11进入到喷丝孔12中喷出并通过金属线框31射到金属网筛33上，得到纤维。

对比例1

本对比例的熔喷纺丝装置与实施例1的熔喷纺丝成网装置基本相同，区别在于本对比例的熔喷纺丝装置的负高压直流电源32没有接通电源，金属线框31和金属网筛33之间没有形成负高压静电场。设置螺杆挤出机14的频率为1Hz，鼓风机23频率为30Hz，高速热气流的温度为255℃；将聚丙烯通过本对比例的熔喷纺丝装置进行纺丝，得到纤维。

将实施例1和对比例1得到的纤维分别进行SEM测试和纤维直径的测试，结果如图4-图7所示。从图4和图5可以看出，实施例1的纤维直径分布比较均匀，而对比例1的纤维直径分布不均匀，粗细相差很多。从图6和图7可以看出，对比例1的纤维直径分布范围很宽，直径分布在0-12微米，纤维的平均直径为1.69微米；而实施例1的纤维直径分布集中均匀，直径分布在0-4微米，纤维平均直径为0.96微米；实施例1的纤维平均直径比对比例1的限位平均直径减少了40%，而且纤维直径分布更均匀集中。

如图2所示，实施例2的熔喷纺丝成网装置的金属网筛33为平面型网筛，金属网筛33与水平方向夹角为15°-90°，优选的，金属网筛34与水平方向夹角大于15°且小于90°；还包括收网辊34，金属网筛33倾斜设置且端部靠近收网辊34，收网辊34可转动，在收网辊34转动的过程中可以带动金属网筛33上的纤维移动使得纤维缠绕在收网辊34上，从而可以实现纤维规模化的连续收集和生产。

如图3所示，实施例3的熔喷纺丝成网装置的金属网筛33为圆弧形网筛，金属网筛33的切面与水平方向夹角为15°-90°，优选的，切面与水平方向夹角大于15°且小于90°；还包括收网辊34，金属网筛33倾斜设置且端部靠近收网辊34，收网辊34可转动，在收网辊34转动的过程中可以带动金属网筛33上的纤维移动使得纤维缠绕在收网辊34上，从而可以实现纤维规模化的连续收集和生产。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。