一种高压气流辅助喷头自旋转静电纺丝装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种高压气流辅助喷头自旋转静电纺丝装置，属于静电纺丝领域。主要包括进料装置、空压机、纺丝喷头、电极板、高压静电发生器、铺网带、热轧辊和抽风系统。纺丝喷头由流量调节阀、纺丝喷头主体、旋转体、溶液纺丝旋转喷嘴、喷头气帽和进料流道组成。本实用新型一种高压气流辅助喷头自旋转静电纺丝装置将熔喷纺丝的高压气流原理与离心电纺装置相结合，即解决了溶液电纺单喷针效率低的问题，同时又克服了熔喷纺丝法纤维直径粗、模头加工难度大等缺点。该装置采用拆装式设计，通过喷头的更换可实现装置可维护性，适用范围广、维护费用低。
【专利说明】一种高压气流辅助喷头自旋转静电纺丝装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种高压气流辅助喷头自旋转静电纺丝装置，属静电纺丝领域。【背景技术】
[0002]聚合物纳米纤维及其复合材料由于优异的高孔隙率、高比表面积、低密度、优异延展性等优点正受到科学界越来越多的关注。目前聚合物微纳米纤维制备技术主要包括模板聚合法、相分离法、自组装法和纺丝加工方法，其中纺丝加工法又包括熔喷法、静电纺丝法、离心纺丝法、双组分复合纺丝法等，不同的制备技术具有其自身优势和其相对局限性。
[0003]熔喷法是目前工业生产非织造材料的最常用的方法，是依靠高速、高温气流喷吹聚合物熔体使其得到迅速拉伸而制备超细纤维的一种方法。熔喷工艺由于具有工艺流程短，生产效率高等优点使其发展迅速，从七十年代以后便进入民用市场开始工业化生产。但熔喷法纺丝其内部热流道复杂加之模头的喷丝孔径很小，极易导致纺丝过程中熔体堵塞，且纺丝纤维直径大多为5微米左右，均为短纤维。
[0004]离心纺丝是一种将聚合物熔体借助高速旋转的装置所产生的离心力和剪切力由细孔甩出而制备超细纤维的传统纺丝技术。离心纺丝装置的特点在于它利用纺丝装置旋转产生的离心力进行纺丝，所制成的纤网不但均匀性好而且纤网的面密度也远高于低面密度的静电纺纤网，但它需要利用外力让纺丝喷头进行旋转，纺丝过程中可变因素不易控制。
[0005]静电纺丝法，其原料适用性广、成本低、设备简单等优点，被学术界和工业界广泛认为是一种产业化制备微纳米纤维的简单高效的方法，也是最有前景的工艺方法。其基本原理是，聚合物溶液或熔体在高压静电场力的作用下，在毛细管末端形成泰勒锥，进而飞向接收装置，溶液中的溶剂蒸发或熔体固化，最后在接收装置上形成超细纤维。尽管静电纺丝应用前景广阔，但由于溶液静电纺丝大多使用针头喷丝，产量极低，而熔体静电纺丝目前所纺纤维直径较粗及产业化困难，使得自身的发展均受到制约。
[0006]为了得到更好的纺丝纤维，一些研究学者尝试将不同纺丝技术结合起来，如中国专利201010594117.9结合离心和静电，利用金属丝网旋转将熔体甩出进行纺丝，该专利存在熔体进料至金属丝网过程不均匀问题。美国申请的国际专利W02005/033381A2提出一种电吹法纺制透明质酸纤维的装置，将熔喷纺丝产量高和电纺纤维直径细的优点相结合，虽然该装置利用高压气流对溶液静电纺丝进行辅助，以利于溶液更快的流出，加快了纺丝纤维的效率，但它本身还是利用单根喷针，单位产量没有质的变化，其次它仅适用于溶液纺丝，可防种类有限。
实用新型内容
[0007]本实用新型在保证纺丝纤维直径细度的前提下，以提高纺丝产量为目标，提出一种高压气流辅助下的自旋转离心电纺装置，将熔喷纺丝的高压气流原理与离心电纺装置相结合，即解决了溶液电纺单喷针效率低的问题，同时又克服了熔喷纺丝法纤维直径粗、模头加工难度大等缺点。该装置采用拆装式设计，通过喷头的更换可实现装置可维护性、维护费用低。
[0008]实现上述目的的技术方案是:一种高压气流辅助喷头自旋转静电纺丝装置，包括进料装置、空压机、纺丝喷头、电极板、高压静电发生器、铺网带、热轧辊、抽风系统和接收装置，空压机通过气体流量调节阀与纺丝喷头气流道连接，进料装置通过溶液流量调节阀与进料流道相连，铺网带安装于纺丝喷头正下方，电极板紧贴铺网带上表面，接高压静电发生器，为了利于抽风系统的正常工作，电极板采用网孔均布结构，目数20-500目，抽风系统处于电极板正下方。
[0009]本实用新型一种高压气流辅助喷头自旋转静电纺丝装置，其中纺丝喷头包括用于调节溶液流量的调节阀及控制气体流速的气体调节阀、纺丝喷头主体、旋转体、溶液纺丝旋转喷嘴、引导气体流向的喷头气帽和进料流道。为实现装置可维护性，喷头采用可拆装式设计，溶液纺丝旋转喷嘴与旋转体下腔及旋转体上腔与喷头主体之间均通过螺纹连接，旋转体上腔和下腔为两部分，可实现自由旋转，喷头气帽与喷头主体通过螺纹连接，喷头气帽内壁与纺丝旋转喷嘴外壁配合形成向外扩散的环形气流道。
[0010]本实用新型一种高压气流辅助喷头自旋转静电纺丝装置，其中溶液纺丝旋转喷嘴为锥形夹层式，夹层内部采用漩涡流道结构，可在液体离心力作用下实现自由旋转。
[0011]本实用新型一种高压气流辅助喷头自旋转静电纺丝装置，喷头气帽为独立设计，与喷头主体通过螺纹连接，并与纺丝旋转喷嘴配合形成向外扩散的环形气流道。
[0012]本实用新型一种高压气流辅助喷头自旋转静电纺丝装置，结合了熔喷纺丝法、离心纺丝法和静电纺丝法，同时确保了纺丝质量和纺丝效率，装置设计简便，可随时更换纺丝喷头以进行维护，满足更广阔的市场需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型一种高压气流辅助喷头自旋转静电纺丝装置总装示意图
[0014]图2是图1所示溶液纺丝喷头示意图
[0015]图3是图2所示的旋转体结构剖面示意图
[0016]图4是图2所示的溶液纺丝旋转喷嘴剖面示意图
[0017]图5是图2所示的溶液纺丝旋转喷嘴漩涡流道示意图
[0018]图6是图2所示的熔液纺丝喷头气帽剖面示意图
[0019]图中:1_进料装置；2_空压机；3_纺丝喷头；4_电极板；5_高压静电发生器；6-铺网带；7-热轧辊；8_抽风系统；9_接收装置；10_溶液流量调节阀；11_气体流量调节阀；12-纺丝喷头主体；13-旋转体；14_溶液纺丝旋转喷嘴；15_喷头气帽；16-纺丝喷嘴外壁；17-喷头气帽内壁；18_纺丝喷嘴锥形夹层；19_纺丝喷嘴夹层内漩涡流道；20_旋转体上腔；21_旋转体下腔；22_纺丝喷头气流道；23_进料流道；24_纺丝喷嘴出口。
【具体实施方式】
[0020]本实用新型提出一种高压气流辅助喷头自旋转静电纺丝装置。装置总体示意图如图1所示，该纺丝装置包括进料装置1、空压机2、纺丝喷头3、电极板4、高压静电发生器5、铺网带6、热轧辊7、抽风系统8和接收装置9。空压机2通过气体流量调节阀11与纺丝喷头气流道22连接，进料装置I通过溶液流量调节阀10与进料流道23相连，铺网带6安装于纺丝喷头3正下方，电极板4紧贴铺网带6上表面，接高压静电发生器5，为了利于抽风系统8的正常工作，电极板4采用网孔均布结构，抽风系统处于电极板4正下方。其中纺丝喷头示意图如图2-6所示，纺丝喷头3包括用于调节溶液流量的调节阀10及控制气体流速的气体调节阀11、纺丝喷头主体12、旋转体13、溶液纺丝旋转喷嘴14、引导气体流向的喷头气帽15和进料流道23。为实现装置可维护性，喷头采用可拆装式设计，溶液纺丝旋转喷嘴14与旋转体下腔21及旋转体上腔20与喷头主体12之间均通过螺纹连接，旋转体上腔和下腔为两部分，可实现自由旋转，喷头气帽15与喷头主体12通过螺纹连接，喷头气帽内壁17与纺丝旋转喷嘴外壁16配合形成向外扩散的环形气流道22。溶液纺丝旋转喷嘴14为锥形夹层式，溶液从纺丝喷嘴锥形夹层18内部缝隙流出，夹层内部采用漩涡流道19结构。
[0021]如图1-6所示，纺丝过程如下:进行溶液纺丝时，由进料装置I通过进料流道23向纺丝喷头3输送溶液，施加一定的压力，进料流道23前端为缩管形式，溶液在此处形成高压，随后通过旋转体13进入溶液纺丝旋转喷嘴14，液体冲击旋转喷嘴，沿着涡旋流道19运动，在高压水流的作用下，形成离心力，从而带动旋转喷嘴14自动旋转，液体经过漩涡流道19被甩出时，会在喷嘴出口 24边缘形成细流，在高压静电场力的作用下形成泰勒锥，同时自空压机2的高压气流进入环形气流道22，在纺丝喷嘴出口 24呈向外扩散的锥面向外喷出，高速气流与溶液旋转细流混合，不仅对细流进行牵伸，形成超细纳米纤维，同时起到引导扩散的作用，让射流更加稳定。
【权利要求】
1.一种高压气流辅助喷头自旋转静电纺丝装置，其特征在于:主要包括进料装置、空压机、纺丝喷头、电极板、高压静电发生器、铺网带、热轧辊、抽风系统和接收装置，空压机通过气体流量调节阀与纺丝喷头气流道连接，进料装置通过溶液流量调节阀与进料流道相连，铺网带安装于纺丝喷头正下方，电极板紧贴铺网带上表面，接高压静电发生器，电极板采用网孔均布结构，抽风系统处于电极板正下方；纺丝喷头包括用于调节溶液流量的调节阀及控制气体流速的气体调节阀、纺丝喷头主体、旋转体、溶液纺丝旋转喷嘴、引导气体流向的喷头气帽和进料流道，溶液纺丝旋转喷嘴与旋转体下腔及旋转体上腔与喷头主体之间均通过螺纹连接，旋转体上腔和下腔为两部分，可实现自由旋转，喷头气帽与喷头主体通过螺纹连接，喷头气帽内壁与纺丝旋转喷嘴外壁配合形成向外扩散的环形气流道。
2.根据权利要求1所述的一种高压气流辅助喷头自旋转静电纺丝装置，其特征在于:溶液纺丝旋转喷嘴为锥形夹层式，夹层内部采用漩涡流道结构。
3.根据权利要求1所述的一种高压气流辅助喷头自旋转静电纺丝装置，其特征在于:喷头气帽与喷头主体通过螺纹连接，并与纺丝旋转喷嘴配合形成向外扩散的环形气流道。
【文档编号】D01D5/00GK203583024SQ201320754393
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】张有忱, 李小虎, 李好义, 丁玉梅, 杨卫民 申请人:北京化工大学