专利名称：一种用于制备微米或纳米纤维的机械式气泡纺丝装置的制作方法
技术领域：
本发明专利属于纺丝设备领域，特别是涉及一种制备微米或纳米纤维的机械式气 泡纺丝装置。
背景技术：
由于具有超高比表面积、极大长径比、高表面活性、优越的机械性能(高强高韧) 等特点，纳米纤维得到了越来越广泛的应用。静电纺丝法制备纳米纤维是当前最有效最直 接的方法之一，目前工业以及实验室研究多采用该纺丝装置。静电纺丝存在的瓶颈问题，装 置组成之一微量注射泵的推进速率导致效率极低，毛细针头做喷丝头同样遏制效率提高; 需要使用高压静电电压提供上千伏的电势，操作存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明为了解决制备纳米纤维存在的技术问题所采用的技术方案是提供一种 可低能耗高效率制备微米或纳米纤维的机械式气泡纺丝装置，该装置由滚筒、接收板、贮液 池、气泵、导气管、喷头、摆丝组成。贮液池上端开口，底面设有喷头经由导气管与气泵相连。 贮液池上方设有滚筒，摆丝固定在滚筒表面，接收板位于贮液池的后方，且棱状凸起8与摆 丝旋转形成的圆周相接。贮液池底面设有喷头，喷头竖直向上，喷头高度高于贮液池的底面且低于自由液 面(0cm <喷头高度<液面高度)，可根据液面高度、摆丝的长度以及所需气泡产生的频率 和大小等相关参数进行相应调节。喷头的数量最小为1个，最大无上限，根据生产效率、产量以及贮液池的尺寸和形 状进行选择。而且喷头在贮液池底面可各种规律排列(线性排列、圆周排列等)，也可随机 排列。喷头的截面可为圆形，也可为方形或任意形状。喷头的气孔可开在管壁，也可开在 管顶，气孔的数量根据生产效率及产量而定，提高生产效率时，则增大气孔数，其范围最小 为1个，最大无上限。根据生产效率所需要的气泡的产生频率与数量，气流的流速范围控制为Om/s 100m/s，压强控制范围为OPa lOMPa。摆丝固定在滚筒表面，其长度根据贮液池的高度及液面高度调节，使其垂向液面 的一端可与产生的纺丝溶液或熔体气泡充分接触。摆丝的直径范围为0.00 ym 10cm，根据需要生产纤维的细度而定；摆丝的材质 为柔性材料，与纺丝溶液或熔体相互接触状态稳定，以不发生化学反应为宜；摆丝也可制成 摆面，材质同样选取为柔性材料，这样纺制出的产品则为膜状材料。摆丝的根数大于一根，没有上限，排列密度根据滚筒的长度以及纺丝效率而定，沿 滚筒的表面或规律排列(例如线性排列，圆周排列等)或随机随机排列，并依据滚筒的直径 可平行排列若干排。
接收板与摆丝旋转而成的圆周相接处存在一个棱状凸起，该凸起与板体间的夹角 范围大小为0 90°。滚筒的转动方向，在右视图中为顺时针方向，正视图中为右手螺旋，向内旋转。气泡的产生途径即可通过喷头喷出外，还可通过向溶液内加入发泡剂，或将熔体 加热沸腾，形成丰富的气泡。作为优选的技术方案所述的喷头多个排成一列，摆丝可多根排成一排，可在滚筒 上放置多排。有益效果可实现微米或纳米纤维的高效率、低能耗、连续化生产，仅仅使用机械旋转的摆丝 与鼓泡的溶液或熔体就能够制备纤维，且生产效率高、设备简单、生产成本低廉、生产过程 短、操作简单、可适性强，完全满足当前工业化商业化对微米或纳米纤维及其相关产品的需 求。本发明工作时，首先在贮液池3中注入聚合物溶液或熔体，所加液量应高于喷头 6的高度(将喷头6充分没入)，低于贮液池的高度，并能使摆丝7的末端完全浸入。打开 气泵4，施加较低气压，持续一段时间，待气流压强和流速稳定后，逐渐加大气压，进入喷头 6的溶液或熔体已排出，自由液面上形成有规律的气泡。开启滚筒1的动力开关，使滚筒1 以稳定的转速旋转，当摆丝7转至自由液面上时，与产生的气泡接触，此时摆丝7的末端已 浸渍纺丝溶液或熔体，当其转离液面，由于聚合物溶液或熔体的粘性力，溶液或熔体被抽拉 出溶液成丝状。由于惯性力、粘性力、重力以及旋转产生的离心力，连续、细长的纤维就产生 了。当摆丝7转至接收板2处时，摆丝7的末端粘附着的纤维与棱状凸起8相割，纤维与摆 丝7分离，沉积在接收板2上，最终溶剂挥发，形成大量的微米和纳米级纤维。
图1本发明的结构正视2本发明结构右视3本发明结构俯视图其中，1-滚筒，2-接收板，3-贮液池，4-气泵，5-导气管，6-喷头，7-摆丝，8-棱状 凸起。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。实施例1一种制备微米或纳米纤维的机械式气泡纺丝装置，包括滚筒1、接收板2、贮液池 3、气泵4、导气管5、喷头6、摆丝7，贮液池3上端开口，底面设有喷头6经由导气管5与气 泵4相连。贮液池3上方设有滚筒1，摆丝7固定在滚筒1表面，滚筒1以一定的角速度旋 转，摆丝7随之以相同速度旋转。接收板2位于贮液池的后方，且棱状凸起8与摆丝7旋转形成的圆周相接。
权利要求
一种制备微米或纳米纤维的机械式气泡纺丝装置，包括滚筒(1)、接收板(2)、贮液池(3)、气泵(4)、导气管(5)、喷头(6)、摆丝(7)，其特征在于所述的贮液池(3)上端开口，底面设有喷头(6)经由导气管(5)与气泵(4)相连，所述的贮液池(3)正上方设有滚筒(1)，所述的摆丝(7)固定在滚筒(1)表面，接收板(2)位于贮液池(3)上方的后部，且棱状凸起8与摆丝(7)旋转形成的圆周相接。
2.根据权利要求1所述的一种纺丝装置，其特征在于所述的贮液池(3)底面设有喷 头(6)，喷头(6)竖直向上，喷头(6)高度高于贮液池(3)的底面且低于自由液面。
3.根据权利要求1或2所述的一种纺丝装置，其特征在于所述的喷头(6)的数量至 少为1个。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种纺丝装置，其特征在于所述的喷头(6)的 气孔开在管壁或管顶，气孔的数量至少为1个。
5.根据权利要求1所述的一种纺丝装置，其特征在于所述的摆丝(7)固定在滚筒(1) 表面，其长度根据贮液池(3)的高度及液面高度调节，使其垂向液面的一端可与产生的纺 丝溶液或熔体气泡充分接触。
6.根据权利要求1或5所述的一种纺丝装置，其特征在于所述的摆丝(7)的直径范 围为0. 00 y m 10cm ；所述的摆丝(7)的材质为柔性材料。
7.根据权利要求1、5-7中任一项所述的一种纺丝装置，其特征在于所述的摆丝(7) 的根数至少为1根。
8.根据权利要求1所述的一种纺丝装置，其特征在于所述的接收板(2)与摆丝(7)旋 转而成的圆周相接处存在一个棱状凸起(8)，该凸起与板体间的夹角范围大小为0 90°。
9.根据权利要求1、5-8中任一项所述的一种纺丝装置，其特征在于所述的摆丝(7) 可制成摆面。
全文摘要
本发明公开了一种制备微米或纳米纤维的机械式气泡纺丝装置，包括滚筒(1)、接收板(2)、贮液池(3)、气泵(4)、导气管(5)、喷头(6)、摆丝(7)，所述的贮液池(3)上端开口，底面设有喷头(6)经由导气管(5)与气泵(4)相连，所述的贮液池(3)正上方设有滚筒(1)，所述的摆丝(7)固定在滚筒(1)表面，所述的接收板(2)位于贮液池(3)上方的后部，且棱状凸起8与摆丝(7)旋转形成的圆周相接。本发明可以实现微米或纳米纤维的快速、大量生产，可以满足工业化对微米或纳米纤维的需求。
文档编号D01D5/00GK101798710SQ20101012238
公开日2010年8月11日 申请日期2010年3月11日 优先权日2010年3月11日
发明者何吉欢, 杨瑞瑞 申请人:东华大学