一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置，屬于靜電紡絲領(lǐng)域，主要包括擠出機(jī)、濾網(wǎng)、熔體計(jì)量泵、進(jìn)料機(jī)頭、紅外加熱器、氣刀、氣流調(diào)節(jié)閥、空壓機(jī)、金屬網(wǎng)帶、帶孔電極板、高壓靜電發(fā)生器、鋪網(wǎng)帶、抽風(fēng)箱、抽風(fēng)機(jī)、熱軋裝置、收卷裝置。本裝置采用無噴頭網(wǎng)帶式設(shè)計(jì)，通過寬幅膜或者板機(jī)頭直接涂覆均勻薄層熔體至金屬網(wǎng)帶表面，熔體在輔助氣流的擾動(dòng)下在每個(gè)細(xì)網(wǎng)孔上形成凸起，并在較低的高壓電場力牽伸下形成射流，可制得500納米以下的單層無紡布，也可在線同時(shí)制備出多種直徑的多層無紡布。
【專利說明】一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置，屬靜電紡絲領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前制備納米纖維的方法很多，其中紡絲法主要有熔噴法、靜電紡絲法、離心紡絲法、拉伸法和雙組分復(fù)合紡絲法，各方法均有優(yōu)缺點(diǎn)。熔噴法的主要原理是利用高速熱氣流對聚合物熔體細(xì)流進(jìn)行牽伸，其作為紡絲最成熟的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)之一，具有很高的紡絲效率，但其制備纖維直徑較粗，一般為2-5 μ m，且不能紡制連續(xù)長纖維；靜電紡絲作為制備納米纖維最具前景的工藝方法，是利用高壓靜電力對聚合物溶液或熔體進(jìn)行拉伸，雖然其溶液靜電紡絲制備的纖維可達(dá)十幾到幾百納米，但其溶劑揮發(fā)易造成環(huán)境污染且紡絲產(chǎn)量很低，而熔體靜電紡絲方法克服了溶液靜電紡絲方法溶劑揮發(fā)、某些材料找不到合適溶劑等問題。然而由于該法制備的纖維直徑相對溶液靜電紡絲制備的纖維較粗，研究進(jìn)展及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展緩慢。
[0003]無論是熔噴技術(shù)還是靜電紡絲技術(shù)，研究人員從未停止過技術(shù)的研發(fā)和改進(jìn)，但多數(shù)都是對原裝置的不斷改進(jìn)，始終無法從根本上解決問題。捷克的“納米蜘蛛”(PCT/CZ2004/000056)采用輥筒式噴絲，解決了針頭式噴頭堵塞及產(chǎn)量低等問題，一定程度上滿足了部分產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化需求，但其紡絲裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對紡絲工藝要求很高，且無法避免有機(jī)溶劑揮發(fā)等根本性問題。為此科研工作者嘗試很多新的思路，將不同工藝相結(jié)合，中國專利(專利號:201310147463.6)將離心紡絲裝置與電場結(jié)合，但該裝置只是電場與離心裝置的簡單附加。美國專利(專利號US2004/030901)將熔噴與溶液靜電紡絲相結(jié)合，利用高速氣流對溶液靜電紡絲進(jìn)行輔助，該裝置可在熔噴紡絲和靜電紡絲條件下單獨(dú)工作，適應(yīng)更多的工作條件，但它還是以單根針頭為噴頭主體，且只適用于溶液。
[0004]如何突破常規(guī)思路，將不同的工藝相結(jié)合以達(dá)到最佳的紡絲效果是一個(gè)難點(diǎn)，本實(shí)用新型將利用網(wǎng)帶上的輔助氣流實(shí)現(xiàn)自由表面熔體凸起的產(chǎn)生，從而通過靜電紡絲原理應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)熔體靜電紡絲的無噴針式紡絲，采用了更加簡單的無噴頭式設(shè)計(jì)，形成一種新型無噴頭式熔體靜電紡絲批量化生產(chǎn)裝置，為技術(shù)的創(chuàng)新開辟了新思路。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型目的是提供一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置，通過寬幅膜或者板機(jī)頭直接涂覆均勻薄層熔體至金屬網(wǎng)帶表面，熔體在輔助氣流的擾動(dòng)下在每個(gè)細(xì)網(wǎng)孔上形成凸起，并在較低的高壓電場力牽伸下形成射流，并固化成絲沉積在接收裝置上，該裝置及方法避免了傳統(tǒng)毛細(xì)管式紡絲法的難加工、易堵塞的難題，同時(shí)避免了無噴針滾筒式溶液靜電紡絲超高電壓的危險(xiǎn)和局限，使得熱塑性聚合物的超細(xì)纖維連續(xù)批量化熔體靜電紡絲成為現(xiàn)實(shí)，為我國聚合物超細(xì)纖維工業(yè)提供發(fā)展動(dòng)力。
[0006]實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置，主要包括擠出機(jī)、濾網(wǎng)、熔體計(jì)量泵、進(jìn)料機(jī)頭、紅外加熱器、氣刀、氣流調(diào)節(jié)閥、空壓機(jī)、金屬網(wǎng)帶、帶孔電極板、高壓靜電發(fā)生器、鋪網(wǎng)帶、抽風(fēng)箱、抽風(fēng)機(jī)、熱軋裝置、收卷裝置，擠出機(jī)與熔體計(jì)量泵之間安置過濾網(wǎng)，熔體計(jì)量泵與進(jìn)料機(jī)頭相連，金屬網(wǎng)帶置于進(jìn)料機(jī)頭下方，其左端與進(jìn)料機(jī)頭位置對應(yīng)，紅外加熱器和氣刀均安置于金屬網(wǎng)帶內(nèi)部并緊貼上層金屬網(wǎng)帶，多個(gè)氣刀在金屬網(wǎng)帶后半段平行均布排列，并分別通過氣流調(diào)節(jié)閥與空壓機(jī)氣流出口相連，鋪網(wǎng)帶在金屬網(wǎng)帶上方并正對于氣刀，帶孔電極板在鋪網(wǎng)帶內(nèi)部并緊貼其下表面，帶孔電極板與高壓靜電發(fā)生器高壓輸出端子相連，抽風(fēng)箱緊挨電極板上部，通過調(diào)節(jié)閥與抽風(fēng)機(jī)連接。
[0007]本實(shí)用新型一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置，其中金屬網(wǎng)帶采用網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其目數(shù)一般在10-300目，材質(zhì)為金屬材質(zhì)，金屬網(wǎng)帶接大地，可以是銅、鐵、銀等良導(dǎo)體，當(dāng)氣流吹送到網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的空隙處，利于覆蓋在其上的熔體形成熔體凸起，從而降低了紡絲電壓閾值。
[0008]本實(shí)用新型一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置，其中氣刀由一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立氣刀平行排列組成，氣刀在金屬網(wǎng)帶后半段均布排列，每個(gè)氣刀平行間距50-400mm，氣刀同進(jìn)料機(jī)頭水平間距大于100-200mm，防止進(jìn)料機(jī)頭對電場的干擾，通過氣流調(diào)節(jié)閥分別調(diào)節(jié)各氣刀氣流大小，氣流速度在l-100m/s可調(diào)。
[0009]本實(shí)用新型一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置，進(jìn)料機(jī)頭可以通過連接擠出機(jī)、濾網(wǎng)、熔體泵連續(xù)擠出聚合物熔體層至金屬網(wǎng)帶，這種情況下，進(jìn)料機(jī)頭可以是衣架型或其他用于寬幅板材或?qū)挿D出機(jī)頭的形式。
[0010]本實(shí)用新型一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置，擠出機(jī)、濾網(wǎng)、熔體泵、進(jìn)料機(jī)頭可以全部用盛有聚合物粉料的進(jìn)料機(jī)頭替代，進(jìn)料機(jī)頭上自帶一粉末均布刷，進(jìn)料機(jī)頭連續(xù)均布鋪設(shè)一層薄厚可控的聚合物粉末于金屬網(wǎng)上，利用紅外加熱器對粉末進(jìn)行加熱熔融，使粉末在經(jīng)過風(fēng)刀之前成為熔體層。
[0011]本實(shí)用新型一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置，其中所使用的聚合物粉末顆粒細(xì)度的目數(shù)應(yīng)該大于金屬網(wǎng)帶的網(wǎng)孔目數(shù)，以防止聚合物粉末熔融之前透過金屬網(wǎng)帶網(wǎng)孔。
[0012]本實(shí)用新型一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置，其中電極板采用20-300目均布網(wǎng)眼，以保證抽風(fēng)系統(tǒng)的抽吸氣流順利通過電極板，電極板距離金屬網(wǎng)帶40-250mm，電壓為10-150Kv。
[0013]本實(shí)用新型一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置，其中抽風(fēng)系統(tǒng)的抽風(fēng)箱有單個(gè)或多個(gè)均布小室，小室吸風(fēng)縫隙與氣刀吹風(fēng)縫隙一一對應(yīng)，可通過抽風(fēng)系統(tǒng)通道上的氣流調(diào)節(jié)閥對抽吸氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0014]本實(shí)用新型一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置，紡絲過程中隨著金屬網(wǎng)帶的運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)經(jīng)過第一個(gè)氣刀作用后，仍然有殘留的熔體，此時(shí)繼續(xù)利用氣刀作用紡絲，由于熔體流量減小，可制備更細(xì)的纖維，纖維細(xì)度可通過殘留熔體及氣刀氣流速度實(shí)現(xiàn)控制，因此當(dāng)裝置使用一個(gè)氣刀工作時(shí)，可以制備同一直徑的單層無紡布，纖維細(xì)度受到紡絲材料、熔體層厚度、氣刀氣流速度、電場工藝參數(shù)決定；當(dāng)使用多個(gè)平行排列的氣刀工作時(shí)，越往右隨著金屬網(wǎng)帶的運(yùn)行方向氣刀所輔助的熔體層越薄，獲得越細(xì)的纖維，這種設(shè)置可以在線同時(shí)制備多種直徑的多層無紡布。
[0015]本實(shí)用新型一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置的紡絲工藝步驟如下:對擠出機(jī)、進(jìn)料機(jī)頭、熱軋裝置進(jìn)行加熱，開啟紅外加熱器對上部金屬網(wǎng)帶預(yù)熱；當(dāng)上述設(shè)備均達(dá)到設(shè)定溫度后，開啟擠出機(jī)按照設(shè)定供給速度進(jìn)行供料，同時(shí)開啟金屬網(wǎng)帶運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)金屬網(wǎng)帶均勻敷設(shè)一層熔體薄層時(shí)，開啟空壓機(jī)、抽風(fēng)機(jī)、風(fēng)刀氣流調(diào)節(jié)閥，并打開靜電發(fā)生器開始紡絲，通過氣流調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)氣流大小，達(dá)到產(chǎn)品要求時(shí)，鋪網(wǎng)帶連續(xù)運(yùn)行，紡絲纖維通過熱軋裝置處理后由收卷裝置接收。
[0016]本實(shí)用新型一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置，組成簡單、擴(kuò)展方便、容易操作，可長時(shí)間連續(xù)生產(chǎn)，不存在噴頭堵塞或電極擊穿的問題，對環(huán)境濕度要求不高，易于實(shí)現(xiàn)低粘度聚合物熔體的亞微米級纖批量維制備，用網(wǎng)格狀金屬網(wǎng)帶代替常規(guī)紡絲噴頭，為工業(yè)化應(yīng)用提供了新的理念。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1本實(shí)用新型一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置的總體裝配示意圖。
[0018]圖2本實(shí)用新型一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置的粉末進(jìn)料機(jī)頭示意圖。
[0019]圖3圖1所示的金屬網(wǎng)帶示意圖。
[0020]圖4圖1所示的抽風(fēng)系統(tǒng)中抽風(fēng)箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中:1_擠出機(jī)；2-濾網(wǎng)；3_熔體計(jì)量泵；4_進(jìn)料機(jī)頭；5_紅外加熱器；6-氣刀；7-氣流調(diào)節(jié)閥；8_空壓機(jī)；9_金屬網(wǎng)帶；10_帶孔電極板；11_高壓靜電發(fā)生器；12_鋪網(wǎng)帶；13-抽風(fēng)箱；14-抽風(fēng)機(jī)；15-熱軋裝置；16_收卷裝置；17-粉末均布刷。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本實(shí)用新型一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置，裝置示意圖如圖1-4所示，它主要包括擠出機(jī)1、濾網(wǎng)2、熔體計(jì)量泵3、進(jìn)料機(jī)頭4、紅外加熱器5、氣刀6、氣流調(diào)節(jié)閥7、空壓機(jī)8、金屬網(wǎng)帶9、帶孔電極板10、高壓靜電發(fā)生器11、鋪網(wǎng)帶12、抽風(fēng)箱13、抽風(fēng)機(jī)14、熱軋裝置15、收卷裝置16及粉末均布刷17，擠出機(jī)I與熔體計(jì)量泵3之間安置過濾網(wǎng)2，熔體計(jì)量泵3與進(jìn)料機(jī)頭4相連，金屬網(wǎng)帶9置于進(jìn)料機(jī)頭4下方，其左端與進(jìn)料機(jī)頭位置對應(yīng)，紅外加熱器5和氣刀6均安置于金屬網(wǎng)帶9內(nèi)部并緊貼上層金屬網(wǎng)帶，氣刀6在金屬網(wǎng)帶9后半段平行均布排列，并分別通過氣流調(diào)節(jié)閥7與空壓機(jī)8氣流出口相連，鋪網(wǎng)帶12在金屬網(wǎng)帶9上方并正對于氣刀6，帶孔電極板10在鋪網(wǎng)帶12內(nèi)部緊貼下表面，帶孔電極板與高壓靜電發(fā)生器11高壓輸出端子相連，抽風(fēng)箱13緊挨電極板上部，通過調(diào)節(jié)閥與抽風(fēng)機(jī)14連接。進(jìn)料機(jī)頭4也可直接供給粉末物料,通過自帶的粉末均布刷17對粉末進(jìn)行均布，氣刀6由一個(gè)或多個(gè)氣刀平行排列組成，與進(jìn)料機(jī)頭4保持一段距離，使電場不受到干擾，抽風(fēng)箱13有3個(gè)同等小室，與氣刀形成一一對應(yīng)，通過調(diào)節(jié)閥7進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。
[0023]采用本實(shí)用新型進(jìn)行紡絲的工藝步驟為:對擠出機(jī)1、進(jìn)料機(jī)頭4及熱軋裝置15進(jìn)行加熱，達(dá)到設(shè)定溫度后，開啟擠出機(jī)進(jìn)行供料，當(dāng)進(jìn)料機(jī)頭4出料均勻時(shí)，開啟紅外加熱器5、空壓機(jī)8和抽風(fēng)機(jī)14，轉(zhuǎn)動(dòng)金屬網(wǎng)帶9并打開靜電發(fā)生器10開始紡絲，金屬網(wǎng)帶的圖例見圖3所示，通過氣流調(diào)節(jié)閥7調(diào)節(jié)氣流大小，達(dá)到產(chǎn)品要求時(shí)，鋪網(wǎng)運(yùn)行，紡絲纖維通過熱軋裝置15處理后由收卷裝置16接收。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置，其特征在于:主要包括擠出機(jī)、濾網(wǎng)、熔體計(jì)量泵、進(jìn)料機(jī)頭、紅外加熱器、氣刀、氣流調(diào)節(jié)閥、空壓機(jī)、金屬網(wǎng)帶、帶孔電極板、高壓靜電發(fā)生器、鋪網(wǎng)帶、抽風(fēng)箱、抽風(fēng)機(jī)、熱軋裝置和收卷裝置，擠出機(jī)與熔體計(jì)量泵之間安置過濾網(wǎng)，熔體計(jì)量泵與進(jìn)料機(jī)頭相連，金屬網(wǎng)帶置于進(jìn)料機(jī)頭下方，其左端與進(jìn)料機(jī)頭位置對應(yīng)，紅外加熱器和氣刀均安置于金屬網(wǎng)帶內(nèi)部并緊貼上層金屬網(wǎng)帶，鋪網(wǎng)帶在金屬網(wǎng)帶上方，帶孔電極板在鋪網(wǎng)帶內(nèi)部并緊貼其下表面，帶孔電極板與高壓靜電發(fā)生器高壓輸出端子相連，抽風(fēng)箱緊挨電極板上部，通過調(diào)節(jié)閥與抽風(fēng)機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置，其特征在于:氣刀有多個(gè)，多個(gè)氣刀在金屬網(wǎng)帶后半段平行均布排列，并分別通過氣流調(diào)節(jié)閥與空壓機(jī)氣流出口相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置，其特征在于:金屬網(wǎng)帶采用網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其目數(shù)在10-300目，材質(zhì)為銅、鐵或銀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬網(wǎng)帶式熔體靜電紡絲裝置，其特征在于:進(jìn)料機(jī)頭是衣架型寬幅板材或?qū)挿D出機(jī)頭的形式。
【文檔編號】D01D5/00GK203474970SQ201320588422
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】楊衛(wèi)民, 李好義, 李小虎, 陳宏波, 焦志偉, 鑒冉冉, 丁玉梅 申請人:北京化工大學(xué)