專利名稱：一種新型的聚合物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，適合于熱塑性聚合物熔體的靜電紡絲。
背景技術(shù)：
靜電紡絲又稱電紡，從其發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在已有將近100年的歷史。早在1934年Anton Fomhals就已經(jīng)在專利中報道了高壓靜電場紡絲，然而直到1993年，這一技術(shù)才被定義為 靜電紡絲技術(shù)。近些年來，隨著納米科技的升溫，靜電紡絲技術(shù)已成為當今最熱門的研究領(lǐng) 域之一。目前已有三十多種聚合物成功通過靜電紡絲的方法制得超細的纖維，最細的纖維 直徑可以達到幾十納米。靜電紡絲的原理可簡述為，在高壓靜電場下，聚合物溶液或熔體在 電場力的作用下，從毛細管末端形成細流飛向接收裝置，細流在到達接收裝置前產(chǎn)生高度 的拉抻，溶液的溶劑蒸發(fā)或熔體固化，最后在接收裝置上形成超細的纖維。目前關(guān)于熔體靜 電紡絲的研究不是很多，對于已有的專利(申請?zhí)?007201900366)采用一段式的加熱方 式，用普通的電加熱圈進行加熱，加熱效率低，并且，在原有裝置中，噴頭距離加熱圈有一段 的距離。在紡絲時，物料需要在空氣中流經(jīng)一個噴頭的距離，物料在此過程中會受空氣冷卻 而引起溫度的降低，因此只能提高料筒的溫度才能保證順利紡絲，而一般聚合物在高溫下 會降解，溫度越高降解越嚴重。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種可有效減少聚合物降解的適用于聚合物熔體的高效率 靜電紡絲裝置。本發(fā)明通過對原有熔體靜電紡絲的改進，采用了電磁加熱圈、分段式加熱、 內(nèi)置的高粘度噴頭和噴嘴，使裝置能夠有效地減少物料在熔融至紡絲過程中的熱降解，并 且，極大地提高了紡絲效率。本發(fā)明提供的一種新型的聚合物熔體靜電紡絲裝置，采用了由接收裝置、噴嘴、高 粘度噴頭、加熱裝置、料筒、活塞軸、端蓋、溫度傳感器、高壓靜電發(fā)生器等組成的熔體靜電 紡絲裝置。其中，電磁加熱圈為加熱裝置，包括下電磁加熱圈和上電磁加熱圈，可分別進行 溫度設(shè)定與加熱。采用熔體流過截面為凹面的新型高粘度液體的紡絲噴頭(專利申請?zhí)?200920223063. 8)，并且，整個高粘度液體紡絲噴頭和噴嘴都內(nèi)嵌于料筒內(nèi)部，噴嘴與料筒 直接通過螺紋連接在一起，兩者也可通過在圓周方向均布的螺釘連接。噴嘴上開有便于拆 卸的圓孔，噴嘴與噴頭采取錐面緊配合，在噴頭錐面處與噴嘴間留有足夠的間隙，保證物料 均勻的分布在噴頭錐體上。物料通過噴嘴與噴頭間的間隙流出，噴嘴通過引出導(dǎo)線與大地 相接。接收裝置位于噴嘴的正下方且連接高壓靜電發(fā)生器的正極輸出端，高壓靜電發(fā)生器 的另一電極接地。用于加熱聚合物熔體的電磁加熱圈包覆在料筒表面，分上下兩端，分別進 行溫度的設(shè)定和控制，溫度傳感器與料筒采用螺紋連接。端蓋與活塞軸采用螺紋連接，或兩 者加工成一體?；钊S可在料筒內(nèi)上下往復(fù)運動。本發(fā)明中加熱裝置也可以為三段或多段。本發(fā)明采用分段式加熱裝置，上段溫度較低，可對物料進行預(yù)熱，下段溫度較高， 使物料在整個料筒內(nèi)被逐步的加熱，并且，物料只會在料筒末端小段空間內(nèi)受到強熱，有效防止物料的受熱降解。在本發(fā)明中，采用電磁加熱，大大縮短了物料的加熱時間，提高了紡絲效率，也減少了聚合物熱降解的時間。在本發(fā)明中，采用內(nèi)置式的新型高粘度液體的紡絲 噴頭和噴嘴，大大降低噴嘴及噴頭暴露在空氣中的面積，使達到預(yù)設(shè)溫度的熔體有較小的 熱量損失，在較低溫度下即可紡絲，避免了熔體溫度過高，也有利于降低聚合物的熱降解。 在本發(fā)明中，采用一種高粘度液體的靜電紡絲噴頭，其熔體流過截面為凹面，有效增大了熔 體流過的截面積，在紡絲過程中使短時間內(nèi)熔融塑化好的物料，可以迅速聚集在紡絲錐體 上，降低了熔體的臨界紡絲粘度，并且提高了紡絲的效率。由于本發(fā)明采用了高速的加熱方 式與高效率的噴頭，所以足夠的電場力是必須的，因此在本發(fā)明中，采用最高可達IOOKV的 高壓直流電源，通過施加高倍的電壓，使迅速聚集在噴絲錐體上的熔體，可以及時地被拉伸 成絲，落到收集板上。本發(fā)明提出的用于熔體的靜電紡絲裝置由于解決了以上問題，因而與 以往靜電紡絲裝置相比具有更好的減少熔體降解和極大的提高紡絲效率的優(yōu)點。本發(fā)明適合于聚合物熔體的靜電紡絲，紡絲原料可以是聚合物顆粒料或粉料或切 片或熔體。接收裝置可以采取多種形式如導(dǎo)電平板、導(dǎo)電網(wǎng)和卷筒。高壓靜電發(fā)生器的輸 出極為正極。

圖1是一種新型的聚合物熔體靜電紡絲裝置的示意圖圖中1-接收裝置 2-高壓靜電發(fā)生器 3-高粘度液體紡絲噴頭 4-噴嘴 5-下電磁加熱圈6-溫度傳感器7-料筒8-上電磁加熱圈9-端蓋10-活塞軸
具體實施方式
本發(fā)明采取如圖1所示的裝置，它主要包括接收裝置(1)，與接收裝置連接，可產(chǎn) 生高電壓(100KV)的高壓靜電發(fā)生器(2)，與噴嘴(4)采取錐面配合的高粘度液體紡絲噴頭 (3)，與料筒(7)采取螺紋連接可方便拆卸的噴嘴(4)，用于物料預(yù)熱的上電磁加熱圈(8)， 用于加強熱的下電磁加熱圈(5)，鋼結(jié)構(gòu)的料筒(7)，可在料筒(7)內(nèi)上下運動又不會產(chǎn)生 漏料的活塞軸(10)，端蓋(9)，溫度傳感器(6)。紡絲步驟首先，將上電磁加熱圈(8)設(shè)定一個較低的溫度，將下電磁加熱圈(5) 設(shè)定一個較高的溫度，兩者共同將料筒(7)加熱到預(yù)設(shè)溫度。各種聚合物的熔融溫度都不 一樣，并且，聚合物粘度是靜電紡絲是否可以順利進行的一個關(guān)鍵因素，所以需要把上電磁 加熱圈⑶的溫度設(shè)定在物料熔融溫度，下電磁加熱圈(5)的加熱溫度設(shè)置在聚合物的成 型加工溫度以上，盡可能降低聚合物的粘度，但又不至于使聚合物產(chǎn)生嚴重降解。其次往料 筒里添加紡絲原料，紡絲原料可以為聚合物顆粒或粉料或切片或熔體。高粘度液體紡絲噴 頭⑶剛出現(xiàn)不脫落的熔體滴時，打開高壓靜電發(fā)生器⑵的電源開關(guān)，電源的輸出電壓從 0開始往上調(diào)，一直到高粘度液體紡絲噴頭(3)末端的熔體滴變形并噴射出來，形成細絲為 止。熔體絲在運動過程中冷卻，匯集到接收裝置。噴射出來的熔體細流，經(jīng)過電場的強力拉 伸，最后可以形成超細的纖維。通過本發(fā)明紡制出來的纖維，由于沒有使用溶劑，不存在溶劑的蒸發(fā)現(xiàn)象，因而可 以得到表面光滑均勻的超細纖維，其力學(xué)性能要比溶液靜電紡絲制得的纖維好。此外，通過 一系列的改進，本發(fā)明的紡絲效率比原有的設(shè)備有了很大的提高。并且，能有效的減少聚合物熔體的熱降解。 本發(fā)明的一個實施例紡絲原料為低密度聚乙烯顆粒料，紡絲溫度上電磁加熱圈(8)設(shè)置為170°C、下電磁加熱圈(5)設(shè)置為230°C。另外，紡絲電壓為0 70kv，接收裝置 (1)為導(dǎo)電網(wǎng)，高粘度液體紡絲噴頭(3)底端熔體出口與接收裝置(1)的距離18cm。根據(jù) 上述工藝過程，收集到的纖維直徑在Iym 10 μπι范圍內(nèi)，紡絲效率為6. 2g/h，經(jīng)測量，紡 絲纖維的分子量與原有方法相比提高10%。
權(quán)利要求一種新型的聚合物熔體靜電紡絲裝置，包括收裝置、高壓靜電發(fā)生器、高粘度液體紡絲噴頭、噴嘴、加熱裝置、溫度傳感器、料筒、端蓋和活塞軸；其特征在于加熱裝置采用電磁式加熱圈，并且，分為上電磁加熱圈和下電磁加熱圈；采用熔體流過截面為凹面的高粘度液體紡絲噴頭，高粘度液體紡絲噴頭與噴嘴都內(nèi)置于料筒內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的聚合物熔體靜電紡絲裝置，其特征在于，紡絲原料是聚合物顆粒料或粉料或切片或熔體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的聚合物熔體靜電紡絲裝置，其特征在于，接收裝置是導(dǎo)電平板、導(dǎo)電網(wǎng)或卷筒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的聚合物熔體靜電紡絲裝置，其特征在于，電磁加熱圈的段數(shù)可以為三段或多段。
專利摘要本實用新型公開了一種新型的聚合物熔體靜電紡絲裝置，它主要包括接收裝置、高壓靜電發(fā)生器、噴嘴、高粘度液體紡絲噴頭、加熱裝置、料筒、活塞軸、端蓋和溫度傳感器。其中，高壓靜電發(fā)生器與接收裝置連接，噴頭內(nèi)嵌于料筒內(nèi)，與料筒采取錐面配合。噴嘴與料筒采用螺紋直接連接，在噴嘴上開有便于拆卸的圓孔。料筒外面包覆的加熱裝置為電磁加熱圈，分為上電磁加熱圈和下電磁加熱圈兩段。本實用新型可用于聚合物熔體的靜電紡絲，大大提高了熔體紡絲的效率，有效減少了熔體紡絲過程中的熱降解。
文檔編號D01D5/00GK201588015SQ20092027188
公開日2010年9月22日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者丁玉梅, 劉勇, 楊衛(wèi)民, 郝明鳳 申請人:北京化工大學(xué)