CN105734690B - 一种多喷头气流气泡纺丝装置 - Google Patents

Abstract

一种多喷头气流气泡纺丝装置，包括喷出单元和接收单元；喷出单元包括储液槽、高压气流发生器、气泡喷头、供液装置和起泡器；储液槽的顶部装盖有一气泡喷管板；气泡喷管板上均匀设置有多个带有气泡喷头的气泡喷管；高压气流发生器通过一中轴线与气泡喷管板中轴线重合的喷气管与储液槽连接；接收单元包括接收装置、负压箱；接收装置由接收板和辊轴组成，其中辊轴位于接收板的两侧。本发明通过采用多气泡喷头组合、密闭设置的储液槽，以及负压箱产生负压的作用，有效的避免了溶剂挥发引起的溶液性质变化和环境污染，同时，有效的解决气流气泡纺丝过程中纤维不易收集以及纤维收集不匀的问题，并进一步提高了气流气泡纺丝制备微纳米纤维材料的产量。

Description

一种多喷头气流气泡纺丝装置

技术领域

本发明涉及纺丝机械设备领域，具体涉及一种多喷头气流气泡纺丝装置。

背景技术

微纳米纤维材料具有尺寸微小，比表面积大，纤维连续性好等一系列的优点，因而在环境卫生、信息科技、能源安全、生物医学、国防军事等领域具有广阔的应用前景。目前，静电纺丝技术被公认为是可快速的获得不同直径、不同形貌、不同功能的微纳米纤维最有效的方法。

然而，对于传统的单针头或多针头静电纺丝技术来说，由于其存在针头易堵塞，难清洗，产量低等缺陷，因此很难满足微纳米纤维的批量化生产。为了尽可能克服这类缺陷，研究者在对其不断改进的过程中提出了一些新的纺丝技术，如：圆盘静电纺丝技术，气泡静电纺丝技术，气流气泡纺丝技术等，这些纺丝技术都在一定程度上实现了微纳米纤维的批量化生产。

其中，气流气泡纺丝技术作为一种新型的制备微纳米纤维材料的方法，其原理是在聚合物溶液表面产生气泡，气泡破裂后形成无数条细小液柱，每条液柱相当于一个泰勒锥，同时以气流作为动力，液柱在高速气流的作用下被拉伸细化产生大量的微纳米纤维，极大的提高了微纳米纤维的产量。而在气流气泡纺丝过程中，喷射流自身所具有非稳定摆动特性，导致喷射流之间会产生影响，每股喷射流之间互相交错，导致了纤维在接收装置上的落点具有随机性，收集到的纤维分布具有任意性，同时也给纤维收集造成了一定的难度。

鉴于以上问题，有必要提出一种能够在无静电作用下能够完成纺丝，并且能够进一步提高气流气泡纺丝制备纳米纤维的产量，提高收集纤维的均匀性的多喷头气流气泡纺丝装置，以解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种通过采用多气泡喷头组合，密闭设置的储液槽，以及负压箱产生负压的作用，有效的避免了溶剂挥发引起的溶液性质变化和环境污染，同时，有效的解决气流气泡纺丝过程中纤维不易收集以及纤维收集不匀的问题，并进一步提高了气流气泡纺丝制备微纳米纤维材料的产量的多喷头气流气泡纺丝装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种多喷头气流气泡纺丝装置，包括喷出单元和接收单元，接收单元设置在喷出单元的垂直上方；

喷出单元包括储液槽、高压气流发生器、气泡喷头、供液装置和起泡器；所述储液槽的顶部装盖有一气泡喷管板；所述气泡喷管板上均匀设置有多个带有气泡喷头的气泡喷管；所述高压气流发生器位于储液槽的下方，同时通过一中轴线与气泡喷管板中轴线重合的喷气管与储液槽连接；所述喷气管的一端突出于储液槽顶部；所述供液装置与储液槽相连接；所述起泡器与气泡喷管板上的各个气泡喷管相连；

接收单元包括接收装置、负压箱；所述接收装置安装至负压箱面向喷出单元的一侧面上；所述负压箱包括负压机和筛网，筛网位于接收装置的上方；所述接收装置由接收板和辊轴组成，其中辊轴位于接收板的两侧。

其中，优选的所述储液槽与各装置之间的连接为密闭设置。

优选的，所述各个气泡喷管到气泡喷管板中轴线的垂直距离均相等，且任意相邻两个气泡喷管之间的直线距离均相等。

优选的，所述气泡喷头向气泡喷管板中心轴线倾斜，且开口向上，其与水平线之间形成的倾斜角范围为60°～85°。

优选的，所述气泡喷头的直径为0.3-5cm。

优选的，所述喷气管包括喷气口、进气口和导气管三部分，其中喷气口和进气口为喇叭形，导气管为圆柱形。

优选的，所述进气口的最大半径不小于喷气口的最大半径，所述喷气口的最大半径小于气泡喷管到气泡喷管板中心轴线的垂直距离。

优选的，所述接收装置与所述气泡喷头之间设置有距离调节器。

优选的，所述接收板为网状结构。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.将储液槽与各装置之间的连接设置为密闭结构，有效的避免了纺丝液中溶剂挥发引起的溶液性质(粘度、浓度、表面张力等)变化以及环境污染，从而确保了纺丝过程的持续与稳定。

2.多气泡喷头组合使用，合理的配置各个气泡喷头之间的间距，确保各个气泡喷头之间互不影响，不仅能有效的避免多气泡之间的相互作用，同时也进一步提高了气流气泡纺丝制备微纳米纤维的产量。

3.采用负压箱在纤维收集区产生负压，并使用辊轴网状接收装置，有利于纤维吸附在接收装置上，有效的解决因高速气流作用产生的大量不稳定纤维不易收集的问题，同时提高了收集纤维的均匀性。

4.采用喇叭形的喷气口和进气口，在相同的气压作用下，有效的增加了喷气口的喷气半径，并确保气流速度的稳定，从而能使用较低的气流气压而产生较高的气流速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种多喷头气流气泡纺丝装置的结构示意图；

图2为气泡喷管板的结构示意图；

图3为喷气管的结构示意图；

图4为接收装置的结构示意图。

附图中涉及的附图标记和组成部分说明：

1、高压气流发生器；2、喷气管；21、喷气口；22、导气管；23、进气口；3、供液装置；4、储液槽；5、气泡喷管板；51、气泡喷管；6、接收装置；61、接收板；62、辊轴；7、负压箱；71、负压机；72、筛网；8、气泡；9、气泡喷头；10、起泡器。

具体实施方式

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种多喷头气流气泡纺丝装置，通过采用多个气泡喷头组合，并用负压箱在纺丝区形成负压，实现微纳米纤维材料的大量生产，同时收集到均匀的纤维材料。

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1～图4所示，一种多喷头气流气泡纺丝装置，包括喷出单元和接收单元两个部分，接收单元设置在喷出单元的垂直上方，其中喷出单元包括储液槽4、高压气流发生器1、气泡喷头9、供液装置3和起泡器10，接收单元包括接收装置6、负压箱7。

储液槽4的顶部装盖有一气泡喷管板5，气泡喷管板5上均匀设置有多个带有气泡喷头9的气泡喷管51，其中各个气泡喷管51到气泡喷管板5中轴线的垂直距离均相等，且任意相邻两个气泡喷管51之间的直线距离均相等，气泡喷头9安装在气泡喷管51上，向气泡喷管板5中心轴线倾斜，且开口向上，有效的保证各个气泡喷头9产生的气泡8之间互不影响，此外气泡喷头9的直径在0.3-5cm范围内，其与水平线之间形成的倾斜角范围为60°～85°，可根据实际纺丝需要选择合适直径的喷头与水平倾斜角，从而有利于气泡8的均匀稳定产生。

高压气流发生器1位于储液槽4的下方，同时通过一中轴线与气泡喷管板5中轴线重合的喷气管2与储液槽4连接，喷气管2的一端突出于储液槽4顶部。喷气管2包括喷气口21、进气口23和导气管22三部分，进气口23与高压气流发生器1连接，纺丝时，气流由高压气流发生器1产生，通过进气口23进入到导气管22，最后由喷气口21喷射而出。

其中，喷气口21和进气口23为喇叭形，导气管22为圆柱形，进气口23的最大半径不小于喷气口21的最大半径，喷气口21的最大半径小于气泡喷管51到气泡喷管板5中心轴线的垂直距离。有效的增加了喷气口21的喷气半径，并确保了气流速度的稳定，从而能使用较低的气流气压而产生较高的气流速度。

供液装置3与储液槽4相连接，并向储液槽4内输送溶液，起泡器10通过导管与气泡喷管板5上的各个气泡喷管51相连，保证了各个气泡喷头9产生气泡8的独立性，各个气泡喷头9之间都能稳定的产生气泡8。在这其中，储液槽4与各装置之间的连接设计为基本密闭的空间结构，有效的避免了溶剂挥发改变纺丝溶液的性质(如：粘度，浓度，表面张力等)，从而引起纺丝过程不稳定及对环境的污染等问题。

接收装置6安装至负压箱7面向喷出单元的一侧面上，负压箱7包括负压机71和筛网72，筛网72位于接收装置6的上方，用于拦截杂物，防止杂物进入负压机71内引发事故。

接收装置6由接收板61和辊轴62组成，其中辊轴62位于接收板61的两侧。该接收板61为网状结构，可采用金属网或非金属网，网孔形状可为圆形或菱形或椭圆形或多边形结构等，具体结构形状不做限制。

此外，多喷头气流气泡纺丝装置还包括用于调节接收装置6与气泡喷头9之间距离的距离调节器，可根据具体需要设定接收装置6相对纺丝装置的位置。

该多喷头气流气泡纺丝装置在工作状态时，聚合物溶液通过供液装置3被注入到储液槽4中。当储液槽4中装满溶液后，再打开起泡器10，调节起泡器10至适当的起泡速率，使得在气泡喷头9处产生气泡8。同时，打开高压气流发生器1，调节高压气流发生器1至适当的气流速度，高压气流发生器1产生的气流经过喷气管2喷射而出。此时，在气泡喷头9处产生的气泡8破裂后形成无数条微细液柱，在高速气流场中微细液柱被拉伸、细化形成大量的微纳米纤维。再打开负压箱7上的负压机71在纺丝区形成负压，产生的大量微纳米纤维在负压的作用下被聚集起来，最终被收集在接收装置6上。

本发明通过采用多气泡喷头组合、密闭设置的储液槽，以及负压箱产生负压的作用，有效的避免了溶剂挥发引起的溶液性质变化和环境污染，同时，有效的解决气流气泡纺丝过程中纤维不易收集以及纤维收集不匀的问题，并进一步提高了气流气泡纺丝制备微纳米纤维材料的产量。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种多喷头气流气泡纺丝装置，其特征在于：包括喷出单元和接收单元，接收单元设置在喷出单元的垂直上方；

喷出单元包括储液槽、高压气流发生器、气泡喷头、供液装置和起泡器；所述储液槽的顶部装盖有一气泡喷管板；所述气泡喷管板上均匀设置有多个带有气泡喷头的气泡喷管，所述气泡喷头向气泡喷管板中心轴线倾斜，且开口向上；所述高压气流发生器位于储液槽的下方，同时通过一中轴线与气泡喷管板中轴线重合的喷气管与储液槽连接；所述喷气管包括喷气口、进气口和导气管三部分，所述进气口的最大半径不小于喷气口的最大半径；所述喷气管的一端突出于储液槽顶部；所述供液装置与储液槽相连接；所述起泡器与气泡喷管板上的各个气泡喷管相连；

接收单元包括接收装置、负压箱；所述接收装置安装至负压箱面向喷出单元的一侧面上；所述负压箱包括负压机和筛网，筛网位于接收装置的上方；所述接收装置由接收板和辊轴组成，其中辊轴位于接收板的两侧。

2.根据权利要求1所述的一种多喷头气流气泡纺丝装置，其特征在于：所述储液槽与各装置之间的连接为密闭设置。

3.根据权利要求1所述的一种多喷头气流气泡纺丝装置，其特征在于：所述各个气泡喷管到气泡喷管板中轴线的垂直距离均相等，且任意相邻两个气泡喷管之间的直线距离均相等。

4.根据权利要求1所述的一种多喷头气流气泡纺丝装置，其特征在于：所述气泡喷头与水平线之间形成的倾斜角范围为60°～85°。

5.根据权利要求1所述的一种多喷头气流气泡纺丝装置，其特征在于：所述气泡喷头的直径为0.3-5cm。

6.根据权利要求1所述的一种多喷头气流气泡纺丝装置，其特征在于：所述喷气口和进气口为喇叭形，导气管为圆柱形。

7.根据权利要求6所述的一种多喷头气流气泡纺丝装置，其特征在于：所述喷气口的最大半径小于气泡喷管到气泡喷管板中心轴线的垂直距离。

8.根据权利要求1所述的一种多喷头气流气泡纺丝装置，其特征在于：所述接收装置与所述气泡喷头之间设置有距离调节器。

9.根据权利要求1所述的一种多喷头气流气泡纺丝装置，其特征在于：所述接收板为网状结构。