一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置及方法，該裝置主要由驅(qū)動(dòng)部分、紡絲部分、接收部分和抽風(fēng)部分四部分組成，驅(qū)動(dòng)部分、紡絲部分、接收部分和抽風(fēng)部分以從下到上的位置順序放置，其中驅(qū)動(dòng)部分由環(huán)形磁鐵片、托盤、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、牙狀下邊緣和條形磁鐵片構(gòu)成，環(huán)形磁鐵片粘在托盤上，托盤與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，回轉(zhuǎn)紡絲桿的牙狀下邊緣斜邊上貼有條形磁鐵片，聚合物的粘度越高，回轉(zhuǎn)紡絲桿旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的包軸效應(yīng)越明顯，聚合物熔體越容易沿回轉(zhuǎn)紡絲桿上升，回轉(zhuǎn)紡絲桿上端邊緣射流就會(huì)越多，纖維產(chǎn)量越高，本發(fā)明的裝置及方法，裝置簡(jiǎn)單，易于操作，回轉(zhuǎn)紡絲桿可形成多股射流，增加產(chǎn)量，多個(gè)桿集成紡絲，可實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)聚合物纖維。
【專利說(shuō)明】一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種聚合物熔體靜電紡絲的裝置及方法，特別是涉及一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置及方法，屬于靜電紡絲領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)上常用的粘度較低的高聚物熔體，熔體靜電紡絲法可以制備出質(zhì)量良好的超細(xì)纖維，但對(duì)于粘度較高的高聚物熔體，紡絲過(guò)程中容易堵住噴絲頭，不易形成射流，影響紡絲效率和質(zhì)量。
[0003]高聚物熔體具有一種叫做包軸效應(yīng)的彈性流變效應(yīng)，其原因由于靠近轉(zhuǎn)軸表面的流體的線速度較高，分子鏈被拉伸纏繞在軸上。取向了的分子又自發(fā)恢復(fù)到卷曲構(gòu)象的傾向，但此彈性回復(fù)受到轉(zhuǎn)軸的限制，使這部分彈性能表現(xiàn)為一種包軸的內(nèi)裹力，把熔體分子沿軸向上擠，形成包軸層。
[0004]專利CN102191568A提到一種利用包軸效應(yīng)的熔體靜電紡絲的裝置，其方法是利用單根毛細(xì)管，至從上而下紡絲。由于包軸效應(yīng)是將熔體分子沿軸向上擠，此裝置并未充分利用此原理，且單噴頭只能形成單射流，效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置及方法，利用磁場(chǎng)力驅(qū)使回轉(zhuǎn)紡絲桿繞固定軸在聚合物熔池轉(zhuǎn)動(dòng)，使高粘度熔體沿轉(zhuǎn)軸上升，同時(shí)在電場(chǎng)力作用下形成多射流，最終在接收裝置上形成纖維。調(diào)節(jié)電場(chǎng)強(qiáng)度、紡絲距離、電機(jī)轉(zhuǎn)速和聚合物熔池溫度等參數(shù)，可以制備出不同粘度的高粘度聚合物纖維，簡(jiǎn)捷高效。
[0006]實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是，一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置，由驅(qū)動(dòng)部分、紡絲部分、接收部分和抽風(fēng)部分四部分組成，驅(qū)動(dòng)部分、紡絲部分、接收部分和抽風(fēng)部分以從下到上的位置順序放置。其中驅(qū)動(dòng)部分由環(huán)形磁鐵片、托盤、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、牙狀下邊緣和條形磁鐵片構(gòu)成，環(huán)形磁鐵片粘在托盤上與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，整體位于聚合物熔池隔熱層下方，牙狀下邊緣位于回轉(zhuǎn)紡絲桿下端，其斜邊上貼有條形磁鐵片，牙狀下邊緣的條形磁鐵片的磁性與環(huán)形磁鐵片的磁性相同。旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，托盤連同環(huán)形磁鐵片一起轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)形磁鐵片與條形磁鐵片之間的斥力推動(dòng)回轉(zhuǎn)紡絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越大，回轉(zhuǎn)紡絲桿旋轉(zhuǎn)越快。
[0007]本發(fā)明一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置，紡絲部分由回轉(zhuǎn)紡絲桿、溫控箱、聚合物熔池內(nèi)壁層、聚合物熔池加熱層、聚合物熔池隔熱層、軸承、固定軸、緊固螺釘和密封圈構(gòu)成。聚合物熔池池壁有三層，聚合物熔池內(nèi)壁層、聚合物熔池加熱層、聚合物熔池隔熱層從內(nèi)到外依次排列，聚合物熔池加熱層接有溫控箱，溫控箱位于聚合物熔池隔熱層以外，整體構(gòu)成熔池的加熱部分，使池內(nèi)物料熔融并保溫，回轉(zhuǎn)紡絲桿、軸承、固定軸、緊固螺釘和密封圈均位于聚合物熔池內(nèi)壁層以內(nèi)。固定軸通過(guò)緊固螺釘固定在熔池底部，其下端與聚合物熔池內(nèi)壁層的連接部分加有密封圈，避免高聚物熔體溢出，固定軸與回轉(zhuǎn)紡絲桿通過(guò)軸承聯(lián)接，軸承內(nèi)圈與固定軸過(guò)盈配合，軸承外圈與回轉(zhuǎn)紡絲桿過(guò)盈配合?；剞D(zhuǎn)紡絲桿為圓柱狀空心桿，頂部為凹陷半球狀，底部有一圈牙狀下邊緣，在環(huán)形磁鐵片與條形磁鐵片之間磁場(chǎng)斥力作用下，高聚物熔體因包軸效應(yīng)在回轉(zhuǎn)紡絲桿附近聚集并沿回轉(zhuǎn)紡絲桿逐漸上升到頂端邊緣處。
[0008]本發(fā)明一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置，接收部分由帶孔電極板和靜電發(fā)生器構(gòu)成。帶孔電極板置于回轉(zhuǎn)紡絲桿上方，有多排垂直通孔，靜電發(fā)生器給帶孔電極板提供電勢(shì)與回轉(zhuǎn)紡絲桿形成電勢(shì)差，聚集到回轉(zhuǎn)紡絲桿上邊緣的熔體在電場(chǎng)力的拉伸作用下形成多股射流，在帶孔電極板得到纖維。
[0009]本發(fā)明一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置，抽風(fēng)部分由抽風(fēng)箱和抽風(fēng)機(jī)構(gòu)成。抽風(fēng)機(jī)為抽風(fēng)箱提供動(dòng)力，抽風(fēng)箱置于帶孔電極板上方，沿回轉(zhuǎn)桿紡絲的旋轉(zhuǎn)方向垂直向上抽風(fēng)，對(duì)纖維起到風(fēng)力拉伸的作用，有助于纖維收集和降低纖維直徑。
[0010]本發(fā)明一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置，尤其適用于熔體流動(dòng)速率小于30g/min的高粘度聚合物熔體，紡絲原料可以是聚合物顆粒料、粉料、切片或熔體，內(nèi)聚合物熔池加熱層可以采用閉環(huán)的溫度控制，接收裝置可以采用導(dǎo)電平板、導(dǎo)電網(wǎng)、卷筒等，靜電發(fā)生器的輸出極可為正極或負(fù)極，抽風(fēng)裝置風(fēng)壓可調(diào)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)為無(wú)極變速。
[0011]本發(fā)明一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置，其使用方法為:先將聚合物粒料或粉末加入聚合物熔池中，啟動(dòng)溫控箱將溫度調(diào)至紡絲溫度，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，以低轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)紡絲桿旋轉(zhuǎn)，攪拌物料并使物料受熱均勻。隨著物料逐漸熔融，逐漸提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)熔體可沿回轉(zhuǎn)紡絲桿上升至上端邊緣時(shí)，開(kāi)啟抽風(fēng)機(jī)并給帶孔電極板加載電壓，此時(shí)回轉(zhuǎn)紡絲桿上端邊緣出現(xiàn)多射流，聚合物熔體在電場(chǎng)力和風(fēng)力作用下，在帶孔電極板處形成纖維。啟動(dòng)接收部分，將絲連續(xù)纏繞收集起來(lái)。聚合物的粘度越高，包軸效應(yīng)越明顯，聚合物熔體越容易沿回轉(zhuǎn)紡絲桿上升，回轉(zhuǎn)紡絲桿上端邊緣射流就會(huì)越多，纖維產(chǎn)量越高。
[0012]本發(fā)明一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置及方法，主要優(yōu)點(diǎn)和作用為:
[0013](I)裝置簡(jiǎn)單，易于操作。
[0014](2)利用熔體靜電紡絲法制備純凈的高粘度聚合物纖維，粘度越高，效果越好。
[0015](3)回轉(zhuǎn)紡絲桿可形成多股射流，增加產(chǎn)量。
[0016](4)利用此裝置進(jìn)行多個(gè)桿集成紡絲，可實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)高粘度聚合物纖維。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置的總體示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置的環(huán)形磁鐵片示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置的回轉(zhuǎn)紡絲桿等軸側(cè)示意圖。
[0020]圖4是本發(fā)明一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置的聚合物熔池池壁示意圖。
[0021]圖中:1_抽風(fēng)箱，2抽風(fēng)機(jī)，3-帶孔電極板，4-靜電發(fā)生器，5-回轉(zhuǎn)紡絲桿，6-溫控箱，7-聚合物熔池內(nèi)壁層，8-聚合物熔池加熱層，9-聚合物熔池隔熱層，10-軸承，11-固定軸，12-緊固螺釘，13-密封圈，14-環(huán)形磁鐵片，15-托盤16，旋轉(zhuǎn)電機(jī)，17-牙狀下邊緣，18-條形磁鐵片。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置，如圖1-4所示，由驅(qū)動(dòng)部分、紡絲部分、接收部分、抽風(fēng)部分四部分組成，以從下到上的位置順序安放。驅(qū)動(dòng)部分由環(huán)形磁鐵片14、托盤15、旋轉(zhuǎn)電機(jī)16、牙狀下邊緣17和條形磁鐵片構(gòu)成，環(huán)形磁鐵片14粘在托盤15上，與旋轉(zhuǎn)電機(jī)16相連，整體位于聚合物熔池隔熱層9下方，牙狀下邊緣17位于回轉(zhuǎn)紡絲桿5下端，其斜邊上貼有條形磁鐵片18，條形磁鐵片18與環(huán)形磁鐵片14的磁性相同。旋轉(zhuǎn)電機(jī)16轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，托盤15連同環(huán)形磁鐵片14 一起轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)形磁鐵片14與條形磁鐵片18之間的斥力推動(dòng)回轉(zhuǎn)紡絲桿5轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)16轉(zhuǎn)速越大，回轉(zhuǎn)紡絲桿5旋轉(zhuǎn)越快。
[0023]本發(fā)明一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置，紡絲部分由回轉(zhuǎn)紡絲桿5、溫控箱6、聚合物熔池內(nèi)壁層7、聚合物熔池加熱層8、聚合物熔池隔熱層9、軸承10、固定軸11、緊固螺釘12和密封圈13構(gòu)成。聚合物熔池池壁有三層，從內(nèi)到外依次為聚合物熔池內(nèi)壁層7、聚合物熔池加熱層8、聚合物熔池隔熱層9，聚合物熔池加熱層8接有溫控箱6，溫控箱6位于聚合物熔池隔熱層9以外，整體構(gòu)成聚合物熔池的加熱部分，使池內(nèi)物料熔融并保溫，回轉(zhuǎn)紡絲桿5、軸承10、固定軸11、緊固螺釘12和密封圈13均位于聚合物熔池內(nèi)壁層以內(nèi)。固定軸11通過(guò)緊固螺釘12固定在熔池底部，固定軸11下端與聚合物熔池內(nèi)壁層7的連接部分加有密封圈13，避免高聚物熔體溢出，固定軸11與回轉(zhuǎn)紡絲桿5通過(guò)軸承10聯(lián)接,軸承10內(nèi)圈與固定軸11過(guò)盈配合，軸承10外圈與回轉(zhuǎn)紡絲桿5過(guò)盈配合?；剞D(zhuǎn)紡絲桿5為圓柱狀空心桿，頂部為凹陷半球狀，底部有一圈牙狀下邊緣17，在環(huán)形磁鐵片14與條形磁鐵片18之間磁場(chǎng)斥力作用下，高聚物熔體因包軸效應(yīng)在回轉(zhuǎn)紡絲桿5附近聚集并沿回轉(zhuǎn)紡絲桿5逐漸上升到頂端邊緣處。
[0024]本發(fā)明一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置，接收部分由帶孔電極板3和靜電發(fā)生器4構(gòu)成。帶孔電極板3置于回轉(zhuǎn)紡絲桿5上方，有多排垂直通孔，靜電發(fā)生器4給帶孔電極板3提供電勢(shì)與回轉(zhuǎn)紡絲桿5形成電勢(shì)差，聚集到回轉(zhuǎn)紡絲桿5上邊緣的熔體在電場(chǎng)力的拉伸作用下形成多股射流，在帶孔電極板3得到纖維。
[0025]本發(fā)明一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置，抽風(fēng)部分由抽風(fēng)箱I和抽風(fēng)機(jī)2構(gòu)成。抽風(fēng)機(jī)2為抽風(fēng)箱I提供動(dòng)力，抽風(fēng)箱I置于帶孔電極板3上方，沿回轉(zhuǎn)桿紡絲的旋轉(zhuǎn)方向垂直向上抽風(fēng)(圖中箭頭所指為抽風(fēng)方向)，對(duì)纖維起到風(fēng)力拉伸的作用，有助于纖維收集和降低纖維直徑。
[0026]本發(fā)明一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置，其使用方法為:先將聚合物粒料或粉末加入聚合物熔池中，啟動(dòng)溫控箱6將溫度調(diào)至紡絲溫度，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)16，以低轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)紡絲桿5旋轉(zhuǎn)，攪拌物料并使物料受熱均勻。隨著物料逐漸熔融，逐漸提高旋轉(zhuǎn)電機(jī)16轉(zhuǎn)速，當(dāng)熔體可沿回轉(zhuǎn)紡絲桿5上升至上端邊緣時(shí)，打開(kāi)抽風(fēng)機(jī)2進(jìn)行抽風(fēng)，并給帶孔電極板3加載電壓，此時(shí)回轉(zhuǎn)紡絲桿5上端邊緣出現(xiàn)多射流，射流以螺旋線的方式運(yùn)動(dòng)，在電場(chǎng)力和風(fēng)力作用下，在帶孔電極板3處形成纖維。聚合物的粘度越高，包軸效應(yīng)越明顯，聚合物熔體越容易沿回轉(zhuǎn)紡絲桿5上升，回轉(zhuǎn)紡絲桿5上端邊緣射流就會(huì)越多，纖維產(chǎn)量越高。
[0027]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例:PCL顆粒料，材料平均分子量為40000，熔點(diǎn)為59_64°C，玻璃化溫度為_(kāi)60°C，軟化溫度為60-70°C，分解溫度為200°C，熔指為2g/10min。設(shè)定聚合物熔池內(nèi)壁層溫度180°C，紡絲電壓為60KV。接收方式為帶孔電極板，目數(shù)為10，帶孔電極板與回轉(zhuǎn)紡絲桿上端邊緣距離15cm，與抽風(fēng)箱距離5cm，回轉(zhuǎn)紡絲桿直徑為10mm。根據(jù)上述工藝過(guò)程，所得纖維的直徑為微米或納米級(jí)，產(chǎn)量為8g/h。
【權(quán)利要求】
1.一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置，其特征在于:主要由驅(qū)動(dòng)部分、紡絲部分、接收部分和抽風(fēng)部分四部分組成,驅(qū)動(dòng)部分、紡絲部分、接收部分和抽風(fēng)部分以從下到上的位置順序放置，其中驅(qū)動(dòng)部分由環(huán)形磁鐵片、托盤、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、牙狀下邊緣和條形磁鐵片構(gòu)成，環(huán)形磁鐵片粘在托盤上，托盤與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，托盤與旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體位于聚合物熔池隔熱層下方；紡絲部分由回轉(zhuǎn)紡絲桿、溫控箱、聚合物熔池內(nèi)壁層、聚合物熔池加熱層、聚合物熔池隔熱層、軸承、固定軸、緊固螺釘和密封圈構(gòu)成，聚合物熔池內(nèi)壁層、聚合物熔池加熱層、聚合物熔池隔熱層從內(nèi)到外依次排列，聚合物熔池加熱層接有溫控箱，回轉(zhuǎn)紡絲桿、軸承、固定軸、緊固螺釘和密封圈均位于聚合物熔池內(nèi)壁層以內(nèi)，固定軸通過(guò)緊固螺釘固定在熔池底部，其下端與聚合物熔池內(nèi)壁層的連接部分加有密封圈，固定軸與回轉(zhuǎn)紡絲桿通過(guò)軸承聯(lián)接，軸承內(nèi)圈與固定軸過(guò)盈配合，軸承外圈與回轉(zhuǎn)紡絲桿過(guò)盈配合，回轉(zhuǎn)紡絲桿為圓柱狀空心桿，底部有一圈牙狀下邊緣，牙狀下邊緣斜邊上貼有條形磁鐵片，牙狀下邊緣的條形磁鐵片的磁性與環(huán)形磁鐵片的磁性相同；接收部分由帶孔電極板和靜電發(fā)生器構(gòu)成，帶孔電極板置于回轉(zhuǎn)紡絲桿上方；抽風(fēng)部分由抽風(fēng)箱和抽風(fēng)機(jī)構(gòu)成，抽風(fēng)機(jī)為抽風(fēng)箱提供動(dòng)力，抽風(fēng)箱置于帶孔電極板上方，沿回轉(zhuǎn)桿紡絲的旋轉(zhuǎn)方向垂直向上抽風(fēng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置，其特征在于:回轉(zhuǎn)紡絲桿為圓柱狀空心桿，頂部為凹陷半球狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置，其特征在于:在帶孔電極板與回轉(zhuǎn)紡絲桿之間放置絕緣的收集網(wǎng)。
4.采用權(quán)利要求1所述的一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲裝置進(jìn)行紡絲的方法，其特征在于:先將聚合物加入聚合物熔池中，啟動(dòng)溫控箱將溫度調(diào)至紡絲溫度，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，托盤連同環(huán)形磁鐵片一起轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)形磁鐵片與條形磁鐵片之間的斥力推動(dòng)回轉(zhuǎn)紡絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，先以低轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)紡絲桿旋轉(zhuǎn)，攪拌物料并使物料受熱均勻；隨著物料逐漸熔融，逐漸提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)熔體可沿回轉(zhuǎn)紡絲桿上升至回轉(zhuǎn)紡絲桿上端邊緣時(shí)，開(kāi)啟抽風(fēng)機(jī)并給帶孔電極板加載電壓，此時(shí)回轉(zhuǎn)紡絲桿上端邊緣出現(xiàn)多射流，聚合物熔體在電場(chǎng)力和風(fēng)力作用下，在帶孔電極板處形成纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于高粘度聚合物多射流的熔體靜電紡絲方法，其特征在于:在帶孔電極板與回轉(zhuǎn)紡絲桿之間放置絕緣的收集網(wǎng)，收集網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)裝置可帶動(dòng)收集網(wǎng)移動(dòng)，紡制的絲通過(guò)收集網(wǎng)離開(kāi)回轉(zhuǎn)紡絲桿的頂端區(qū)域，通過(guò)卷繞裝置收集起來(lái)。
【文檔編號(hào)】D01D5/00GK103451753SQ201310430188
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月21日
【發(fā)明者】楊衛(wèi)民, 馬帥, 李好義, 劉澤琳, 閻華 , 丁玉梅 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)