CN104963007A - 一种生产纳米纤维纺丝装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生产纳米纤维纺丝装置，包括高压气泵、纺丝液贮液池、静电发生器、金属筛网以及纳米纤维接收器，所述静电发生器与金属筛网连接，在金属筛网与纳米纤维接收器之间形成电场区，在所述金属筛网的下端设置有一壳体，在该壳体上设置有进气口和进液口，所述进气口与所述高压气泵连接，所述进液口与所述纺丝液贮液池连接，在所述壳体内有由填充在壳体内圆形颗粒间形成的纺丝液甬道，所述进液口和进气口与所述纺丝液甬道连通，所述金属筛网位于所述纺丝液甬道的上方。与现有的纳米纺丝批量生产设备相比，纳米纺丝功能多样化，易于操作，使用方便，耗电量小。

Description

一种生产纳米纤维纺丝装置
技术领域
本发明涉及一种新型的多功能大批量生产纳米纤维百博纺装置的开发，用于进一步提高纳米纤维的工业化产量，尤其能适用于各种原料的纳米纺丝，并能提供复合功能的纺丝方式，方便快捷的调节多种百博纺纺丝工艺参数，进一步推动了纳米纤维产业的高速发展。
背景技术
纳米技术是目前全球比较关注的热点之一，而由纳米技术开发出的纳米纤维更是成为目前更行各业的追捧者之一，纳米纤维本身具有独特的纳米效应，如：比表面积大产生的表面或界面效应或产生的小尺寸效应等，因此纳米纤维特别在环境防护、新能源等领域上的应用越来越多。目前，纳米纤维在高效空气过滤领域上已成为很多生产厂家的核心介质；而且，预防生物病菌在空气中的传播上纳米纤维也是非常重要的过滤材料，如在公共卫生上对甲型流感等的预防已有一些成功的案例；同时高性能纳米纤维隔膜对促进我国新能源的技术变革、对电池汽车的性能的提高能起到巨大的推动作用。
制备高聚物纳米纤维由此成为了各国研究的主要热点，纳米纤维的批量开发目前主要还是依赖于传统的静电纺技术，如多喷头、罗拉型、多孔管型、吹膜纺丝法以及气泡静电纺，其中，前四种纺丝方法由于制成的纳米纤维膜定量不均匀，或者纺制的纳米纤维直径差异较大，有的纺丝条件太苛刻，或者溶剂回收难等问题，使得它们在一定程度上限制了其应用；气泡静电纺作为一种新型静电纺丝方法，相比之前所有的传统静电纺丝方法，在一定程度能实现纳米纤维的批量生产，气泡静电纺不用传统喷丝头纺丝，而是在聚合物溶液(熔体) 中通入气体，吹出大量气泡，气泡在自由液面破裂形成无数个液滴，这相当于多针头的静电纺丝，大幅度的提高了纺丝速率，实现高聚物纳米纤维的规模化生产。目前发明的各种气泡静电纺丝技术在纺丝时首先需要一定体积的纺丝液才能产生大量的气泡；其次，气泡破裂后需要依赖高压静电装置产生高压电场力实现对高聚物液体的拉伸，这在一定程度上说明了气泡静电纺丝技术在纺丝时不但需要大量的纺丝液，同时也需要消耗大量的电能，而且这些气泡纺丝方法比较单一，无法满足多功能的气泡纺丝法的需要。
因此开发一种低能耗、实用、简便，只需要很少的纺丝液便能纺出大量的纳米纤维，能满足多功能气泡纺丝法的需要，并能实现纳米纤维的批量生产的工业化生产装置具有重大的现实意义。
发明内容
为解决现有的气泡纺丝装置单一、耗电量大，且纺丝液需求量大的技术问题，本发明提供一种低能耗，且在纺丝过程中始终只需保持少量的纺丝液的连续气泡纺丝装置。
一种生产纳米纤维纺丝装置，包括高压气泵、纺丝液贮液池、静电发生器、金属筛网以及纳米纤维接收器，所述静电发生器与金属筛网连接，在金属筛网与纳米纤维接收器之间形成电场区，其特征在于：在所述金属筛网的下端设置有一壳体，在该壳体上设置有进气口和进液口，所述进气口与所述高压气泵连接，所述进液口与所述纺丝液贮液池连接，在所述壳体内有由填充在壳体内圆形颗粒间形成的纺丝液甬道，所述进液口和进气口与所述纺丝液甬道连通，所述金属筛网位于所述纺丝液甬道的上方。
所述圆形颗粒的直径为1mm~6mm。
在所述电场区设置有加热装置。
所述加热装置为暖气管。
所述壳体向上延伸到所述电场区，所述暖气管设置在所述壳体内壁上。
在所述进液口与纺丝液贮液池之间设置有滴液装置；在所述进气口与高压气泵之间设置有充气阀门。
所述圆形颗粒材质为金属球或玻璃球。
所述壳体的材质为PP型材、PES型材、PSU型材或PAI型材。
本发明一种多功能纳米纤维批量迅速生产的纺丝装置，包括气压可调范围在0~100Kg的高压气泵；直径为圆柱形纺丝液甬道（低端带有直径为10cm的充气阀门、上端可根据需求更换20~400目的金属筛网、侧端有直径为1cm的纺丝液输送口），纺丝液甬道选用的材质可以为PP型材、PES型材、PSU型材、PAI型材等，厚度需要1~2cm；圆形颗粒垫充物可选择钢球、也可选用玻璃球等，用于填充整个纺丝甬道，圆形颗粒的直径大小为1mm~6mm，其直径需要比金属筛网的直径大，保证圆形颗粒垫充物不会跑出纺丝液甬道；贮液池放置在纺丝液甬道之外，用于储存配置好的聚合物纺丝液；纺丝液输送管道将贮液池与纺丝液甬道之间相连，并在管道上装有滴液装置，可控制纺丝液的输送量；高压气流甬道的直径大小与纺丝液甬道一致，高压气流甬道的材质为3mm厚的优质不锈钢，甬道内壁装有暖气管，暖气管可以控制加热温度，范围可调60~100℃；接收器的幅宽为40cm，接收器的材质可以为铁砧布、铜砧布、铝砧布等金属砧布，作椭圆轨迹运动，它的运行速度可以调节，与地级相连，接受器与高压气流甬道之间的距离可以调节；静电发生器与不锈钢筛网相连，根据需要可以使用，也可以不使用，电压的大小也是可控的，可控范围在10~50KV。
所述高压气泵置于纺丝液甬道的正下方，通过气泵管道与纺丝液甬道相连，所述接收器用于接收纺丝装置上吹出的气泡破碎后所发射出的射流，纺丝装置中高压气体依赖高压气泵产生从纺丝液甬道阀门上进入，穿过圆形颗粒垫充物，从金属筛网吹出，所述高压气流甬道用于对维持空气气流的稳定输送路径，在加热时，可以促进溶剂的快速挥发也有利于高聚物的牵伸；所述贮液池采用“滴液式”的方式向纺丝液甬道中依靠纺丝液输送管道连续的输送少量的纺丝液；所述金属筛网与静电发生器相连，当静电装置打开后，与接受器之间产生的高压电场力用于对高聚物的牵伸，形成超细的纳米流体。
本发明的批量生产纳米纤维的纺丝装置最大特点在于：气泡纺丝功能多样化，可控制气流量、调节纺丝距离、控制静电、溶剂挥发条件等，易于操作，使用方便，纳米纺丝只需要高压气泵而耗电量小，依靠高压气体和金属网眼的共同作用只需少量的纺丝液便可进行气泡纳米纺丝，且可极大的提高纳米纤维的生产量，制成的纳米纤维膜定量均匀。
附图说明
图1为多功能大批量生产纳米纤维纺丝装置的结构示意图。
图2为纺丝液甬道俯视结构示意图。
图3为高压气流甬道俯视结构示意图。
图4为接收装置俯视结构示示意图。
图中：1、高压气泵，2、充气管道，3、充气阀门，4、纺丝液甬道，5、垫充物，6、金属筛网，7、静电发生器，8、固定螺丝，9、纺丝液输送口，10、纺丝液输送塑料管道，11、滴液装置，12、贮液池，13、高压气流甬道，14、暖气管，15、接受器，16、金属网眼。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细说明：
本发明所述的一种批量生产纳米纤维的纺丝装置，如图1所示，通过高压气泵1调节气压大小，调节好的气压冲入充气管道2，打开充气阀门3，高压气体冲入纺丝液甬道4，此时图贮液池12中配置好的纺丝液沿图纺丝液输送塑料管道10在滴液装置11的控制下通过纺丝液输送口9进入纺丝液甬道，纺丝液进入纺丝液甬道将遇到高压气体与垫充物5之后大部分的液滴会形成无数个细小的气泡，气泡将会形成“走壁效应”，沿着垫充物的外壁向上行走，气泡之间会有独立的行走路径，当气泡或液滴遇到金属筛网6，然后穿过金属网眼16，此时无论是未形成气泡的液滴还是已经形成的气泡都会形成无数个气泡，且气泡在强高压气压气流的冲击或电场力的双重作用下会破碎成无数个细小的液滴，细小的液滴会穿过高压气流甬道13，当高压气流甬道内壁的暖气管14打开后，向高压气流甬道内不断散发大量的热空气，此时冷高压气流瞬间便会被加热成热气流，在这种情况下，一方面细小的液滴在热气流的带动之下一直被加速，使其越拉越长，形成纳米纤维，另一方面细小的液滴内部的溶剂便快速挥发，纳米纤维由于有较高的速度，当穿过高压气流甬道之后，便会迅速的聚集在接受器上，当聚集好的纳米膜走出聚集区域后可以剥离下来，若接受器表面放置一层基布，那么纳米纤维的运动过程将会类似于非织造布加工过程中的“水刺”运动，部分纳米纤维会嵌入基布的内部空隙中，部分纳米纤维将会覆盖在基布的表面，形成基布与纳米膜的复合膜。
在本发明的实施过程中，通过调节高压气压大小、金属筛网网眼大小、接受器与高压气流甬道的距离、暖气管的加热量以及纺丝液甬道内垫充物直径大小可控制纳米纤维的细度，通过调节接受器的运行速度可以控制纳米膜的定量，通过调节接受器与高压气流甬道的垂直距离、高压气流大小、电热丝的加热量可以控制纳米纤维膜的密度，且本装置即可用于生产各种纳米纤维膜又可用于生产各种基布与纳米纤维膜的复合膜，是一种多功能、便捷、简单、实用的纺丝纳米纤维生产装置。

Claims (8)

1.一种生产纳米纤维纺丝装置，包括高压气泵、纺丝液贮液池、静电发生器、金属筛网以及纳米纤维接收器，所述静电发生器与金属筛网连接，在金属筛网与纳米纤维接收器之间形成电场区，其特征在于：在所述金属筛网的下端设置有一壳体，在该壳体上设置有进气口和进液口，所述进气口与所述高压气泵连接，所述进液口与所述纺丝液贮液池连接，在所述壳体内有由填充在壳体内圆形颗粒间形成的纺丝液甬道，所述进液口和进气口与所述纺丝液甬道连通，所述金属筛网位于所述纺丝液甬道的上方。
2.根据权利要求1所述的生产纳米纤维纺丝装置，其特征在于：所述圆形颗粒的直径为1mm~6mm。
3.根据权利要求1所述的生产纳米纤维纺丝装置，其特征在于：在所述电场区设置有加热装置。
4.根据权利要求3所述的生产纳米纤维纺丝装置，其特征在于：所述加热装置为暖气管。
5.根据权利要求4所述的生产纳米纤维纺丝装置，其特征在于：所述壳体向上延伸到所述电场区，所述暖气管设置在所述壳体内壁上。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的生产纳米纤维纺丝装置，其特征在于：在所述进液口与纺丝液贮液池之间设置有滴液装置；在所述进气口与高压气泵之间设置有充气阀门。
7.根据权利要求6所述的生产纳米纤维纺丝装置，其特征在于：所述圆形颗粒材质为金属球或玻璃球。
8.根据权利要求6所述的多功能大批量生产纳米纤维纺丝装置，其特征在于：所述壳体的材质为PP型材、PES型材、PSU型材或PAI型材。
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