專利名稱：一種可連續(xù)生產(chǎn)的高效熔體靜電紡絲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜電紡絲裝置，特別適合于熔體靜電紡絲的連續(xù)化生產(chǎn)，屬于紡絲領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
靜電紡絲方法已被公認(rèn)為是制備納米纖維最簡單最有效的方法，目前已有三十多 種聚合物通過此方法成功制得超細(xì)纖維，最小的直徑達(dá)到幾十納米。關(guān)于靜電紡絲的研究 結(jié)果，近幾年來相關(guān)文獻(xiàn)都呈指數(shù)增加，然而，靜電紡絲技術(shù)從其發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在的100多年歷 史中，始終還停留在實(shí)驗(yàn)室的研究階段，沒有走向工業(yè)化。阻礙靜電紡絲技術(shù)工業(yè)化步伐的主要障礙有兩個一是靜電紡絲效率太低。雖 然關(guān)于批量生產(chǎn)的靜電紡絲裝置的專利已有不少的報道，但這些裝置都是針對溶液靜電紡 絲，而溶液靜電紡絲過程有90%的溶液都以溶劑的形式蒸發(fā)掉，這是溶液靜電紡絲效率不 高的直接原因。二是目前關(guān)于靜電紡絲的研究大多集中在溶液靜電紡絲方面，而溶液靜電 紡絲因?yàn)橐褂萌軇┒霈F(xiàn)一系列的問題如溶劑的回收問題；應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域的安 全問題；一些聚合物如聚丙烯和聚乙烯，在室溫下找不到適當(dāng)?shù)娜軇┡涑扇芤海蝗軇┑恼?發(fā)導(dǎo)致纖維表面不光滑，甚至出現(xiàn)缺陷；昂貴溶劑的使用會增加成本；微細(xì)的噴絲孔容易 堵塞，影響連續(xù)生產(chǎn)等等。溶劑的使用是靜電紡絲技術(shù)難以工業(yè)化的根本原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的一種可連續(xù)生產(chǎn)的高效熔體靜電紡絲裝置，不需要使用溶劑進(jìn)行紡 絲，因而避開了使用溶劑而出現(xiàn)的問題；熔體紡絲過程100%的熔體都轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了 零損失，大大提高了靜電紡絲的效率，紡絲過程每個高效噴頭都能產(chǎn)生多股的熔體噴射流， 從而進(jìn)一步大幅度提高了熔體靜電紡絲的效率。本發(fā)明解決了阻礙靜電紡絲技術(shù)工業(yè)化的 兩個主要障礙，大大促進(jìn)了靜電紡絲技術(shù)工業(yè)化的步伐。本發(fā)明提供了一種可連續(xù)生產(chǎn)的高效熔體靜電紡絲裝置，它包括擠出量可以精密 控制的精密擠出成型機(jī)、均布有多個噴絲孔的噴絲模頭、能使噴射流分成多股的高效噴頭、 具有正極輸出的高壓靜電發(fā)生器和卷筒高度可調(diào)節(jié)的接收裝置等。精密擠出成型機(jī)與噴絲 模頭采用螺栓連接，高效噴頭與噴絲模頭采用錐面緊配合連接，接收裝置由卷筒和帶傳動 機(jī)構(gòu)等組成，接收裝置的卷筒具有升降裝置，用于其高度的調(diào)節(jié)，卷筒可以方便拆卸，當(dāng)絲 纏滿后易于更換卷筒。本發(fā)明中的精密擠出成型機(jī)可以是單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)或多螺桿擠出 機(jī)。接收裝置的卷筒升降裝置可以是螺旋機(jī)構(gòu)或氣動機(jī)構(gòu)或液壓機(jī)構(gòu)。為了避免高壓靜電對精密擠出成型機(jī)的干擾，本裝置采用倒置的電場即，高效噴 頭接地，因此所有由靜電場產(chǎn)生的多余電荷都會迅速流向大地，保護(hù)了精密擠出成型機(jī)和 噴絲模頭的所有敏感元件如傳感器等；接收裝置的卷筒為導(dǎo)電材料，它通過金屬軸承與高壓靜電發(fā)生器的正極連接，支撐卷筒的支架和帶傳動機(jī)構(gòu)所用的皮帶都為絕緣材料，帶傳動機(jī)構(gòu)的電機(jī)與卷筒相隔一段距離，從而避免了高壓靜電場對電機(jī)的影響。本發(fā)明所用到的精密擠出成型機(jī)，其擠出流量可以精密控制，最低轉(zhuǎn)速可以控制 在0.5r/min，從而保證了噴絲模頭的流量穩(wěn)定。噴絲模頭的底板上均布有很多噴絲孔，這 些噴絲孔與一般的噴絲模頭的微細(xì)孔不一樣，其直徑可以大于2mm，因而大大減小了加工難 度。噴絲孔與高效噴頭采用錐面緊配合連接，由于高效噴頭與噴絲孔的配合面上均勻地切 去了幾個平面，熔體可以通過這些配合間隙均勻地流向高效噴頭的噴絲錐面，在靜電場的 作用下就可以形成多股的熔體噴射流。高效噴頭可以是一個或多個，由多個高效噴頭組成 的噴絲單元可以大幅度地提高靜電紡絲的效率。本發(fā)明提出的一種可連續(xù)生產(chǎn)的高效熔體靜電紡絲裝置，把靜電紡絲技術(shù)與用于 連續(xù)生產(chǎn)的聚合物加工設(shè)備精密擠出成型機(jī)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了熔體靜電紡絲技術(shù)的連續(xù) 生產(chǎn)，效率得到提高，為靜電紡絲技術(shù)工業(yè)化奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。


圖1是本發(fā)明一種可連續(xù)生產(chǎn)的高效熔體靜電紡絲裝置示意2是本發(fā)明一種可連續(xù)生產(chǎn)的高效熔體靜電紡絲裝置噴絲模頭與高效噴頭的 組裝3是本發(fā)明一種可連續(xù)生產(chǎn)的高效熔體靜電紡絲裝置的高效噴頭的軸測中1-精密擠出成型機(jī)，2-噴絲模頭，3-高效噴頭，4-高壓靜電發(fā)生器，5-接收
直ο
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)闡述。本發(fā)明一種可連續(xù)生產(chǎn)的高效熔體靜電紡絲裝置包括精密擠出成型機(jī)1、噴絲模 頭2、高效噴頭3、高壓靜電發(fā)生器4、接收裝置5，如圖1所示，精密擠出成型機(jī)1與噴絲模 頭2采用螺栓連接，高效噴頭3與噴絲模頭2采用錐面緊配合連接，見圖2，高效噴頭錐面上 均勻地切去了幾個平面，見圖3，接收裝置5包括卷筒和帶傳動機(jī)構(gòu)，卷筒可以方便拆卸，當(dāng) 絲纏滿卷筒后易于更換。高效噴頭3接地，接收裝置5的卷筒為導(dǎo)電材料，它的高度可以通 過螺旋機(jī)構(gòu)或氣動機(jī)構(gòu)或液壓機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，卷筒通過金屬軸承與高壓靜電發(fā)生器4的正極連 接，支撐卷筒的支架和帶傳動機(jī)構(gòu)所用的皮帶都為絕緣材料，帶傳動機(jī)構(gòu)的電機(jī)與卷筒相 隔一段距離，從而避免了高壓靜電場對電機(jī)的影響。實(shí)施例本實(shí)施例中所用的精密擠出成型機(jī)1的螺桿直徑為φ18，最低轉(zhuǎn)速0.5r/min ； 噴絲模頭2均布有64個噴絲孔，噴絲孔直徑為φ5;高效噴頭3的噴絲錐面大端圓周直 徑為φΙΟ;高壓靜電發(fā)生器4的最大輸出電壓為+60kv ；接收裝置5的卷筒直徑為φ300， 卷筒與高效噴頭之間的距離為10cm，該距離通過螺旋機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)；紡絲原料為ΡΡ，熔指為 1500g/10mino紡絲步驟先把精密擠出成型機(jī)1的料筒以及噴絲模頭2加熱到預(yù)定溫度， 噴絲模頭溫度為250°C，使PP到達(dá)噴絲模頭時完全熔融，然后打開精密擠出成型機(jī)1的主電 機(jī)和喂料電機(jī)，熔體開始往噴絲模頭2輸送，等到高效噴頭3的噴絲錐面上均布有熔體后，再打開接收裝置5的帶傳動電機(jī)，同時打開高壓靜電發(fā)生器4的電源，并調(diào)節(jié)電壓到熔體噴 ÷流產(chǎn)生為止，在此實(shí)施例中輸出電壓取為50kv。當(dāng)熔體噴射流產(chǎn)生后，精密擠出成型機(jī)1的 主電機(jī)和喂料電機(jī)都要適當(dāng)調(diào)小，一直到紡絲可以順利連續(xù)進(jìn)行為止。通過本實(shí)施例可以 生產(chǎn)出直徑在700nm 4 μ m之間的超細(xì)纖維，紡絲效率約為268g/h。
權(quán)利要求
一種可連續(xù)生產(chǎn)的高效熔體靜電紡絲裝置，其特征在于，它包括精密擠出成型機(jī)、噴絲模頭、高效噴頭、靜電發(fā)生器和接收裝置，精密擠出成型機(jī)與噴絲模頭采用螺栓連接，高效噴頭接地，接收裝置的卷筒通過金屬軸承與高壓靜電發(fā)生器的正極連接，接收裝置的卷筒為導(dǎo)電材料，卷筒的支架為絕緣材料，卷筒的帶傳動機(jī)構(gòu)所用到的皮帶為絕緣材料，接收裝置的卷筒具有升降裝置，噴絲模頭與高效噴頭采用錐面緊配合，高效噴頭錐面上均勻地切去了幾個平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可連續(xù)生產(chǎn)的高效熔體靜電紡絲裝置，其特征在于，高 效噴頭可以是一個或多個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可連續(xù)生產(chǎn)的高效熔體靜電紡絲裝置，其特征在于，精 密擠出成型機(jī)可以是單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)或多螺桿擠出機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可連續(xù)生產(chǎn)的高效熔體靜電紡絲裝置，其特征在于，接 收裝置的卷筒的升降裝置可以是螺旋機(jī)構(gòu)或氣動機(jī)構(gòu)或液壓機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明一種可連續(xù)生產(chǎn)的高效熔體靜電紡絲裝置，屬于紡絲領(lǐng)域，它包括精密擠出成型機(jī)、噴絲模頭、高效噴頭、靜電發(fā)生器和接收裝置，精密擠出成型機(jī)與噴絲模頭采用螺栓連接，高效噴頭接地，接收裝置的卷筒通過金屬軸承與高壓靜電發(fā)生器的正極連接，接收裝置的卷筒為導(dǎo)電材料，卷筒的支架為絕緣材料，卷筒的帶傳動機(jī)構(gòu)所用到的皮帶為絕緣材料，接收裝置的卷筒具有升降裝置，噴絲模頭與高效噴頭采用錐面緊配合，高效噴頭錐面上均勻地切去了幾個平面。本發(fā)明為熔體靜電紡絲，避開了使用溶劑而出現(xiàn)的問題，通過使用高效噴絲頭使靜電紡絲的效率得到大幅度的提高。
文檔編號D01D5/00GK101812733SQ20091007737
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者丁玉梅, 劉勇, 楊衛(wèi)民, 鄧榮堅 申請人:北京化工大學(xué)