CN111394810B - 一种仿羽绒制备装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿羽绒制备装置及其工作方法，包括：注射器，注射器推送出的熔融聚合物形成了丝线，并在支化组件的静电作用下变成丝绒，注射器上设有中心孔，中心孔所推送出的聚合物作为仿羽绒的芯层，中心孔周向逐圈排布的通孔内所推送出的聚合物形成仿羽绒的绒层；越远离中心孔的通孔，其所推送出的聚合物的支化程度就越大；支化组件由若干个支化环组成，每个支化环的直径和供给的电源电压逐渐增大,支化环能够旋转且不与聚合物发生接触；聚合物形成丝绒后，将丝绒牵引至裁剪装置得到仿羽绒。本发明所制作的仿羽绒，模拟制作了羽绒整体的结构，并辅以密度较小的材料作为填充仿羽绒内部，从结构和功能上使得所述仿羽绒越发的接近羽绒。

Description

一种仿羽绒制备装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种服装纺织面料制造领域，尤其涉及一种仿羽绒制备装置及其工作方法。

背景技术

在冬季，人们一般会选择厚重的羽绒服作为防水、防雪、防风的保暖衣物，羽绒，作为羽绒服的填充材料，是一种羽绒是“羽”和“绒”的混合物。羽就是***，在羽绒中起支撑作用，能让羽绒迅速回弹；而绒就是绒朵，是羽绒的本体与价值所在。绒朵是立体球状，由一个绒核和放射出的许多绒丝组成的朵状结构，类似于蒲公英。绒丝是由成千上万微小的鳞片叠加而成，每个鳞片都是中空的。每一根绒丝上都有很多的菱节，这些菱节中饱含着不流动的空气。同时，绒丝之间和绒朵之间也会固定大量的空气。这也就是羽绒为什么如此保暖的秘诀所在。随着养殖成本的提高和禽流感的影响，羽绒服的成本不断升高，寻找一种羽绒的新型替代品势在必行。但羽绒服的优越性能，保温率高，成衣重量轻，一般棉服是无法企及的，更不用说替代了。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种仿羽绒制备装置及其工作方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种仿羽绒制备装置，包括：注射器，所述注射器推送出的熔融聚合物形成了丝线，所述丝线穿过支化组件，并在支化组件的静电作用下变成丝绒，所述注射器上设有中心孔，所述中心孔所推送出的聚合物作为所述仿羽绒的芯层，所述中心孔周向逐圈排布的通孔内所推送出的聚合物形成所述仿羽绒的绒层；越远离所述中心孔的所述通孔，其所推送出的所述聚合物的支化程度就越大；所述支化组件由若干个支化环组成，每个所述支化环的直径和供给的电源电压逐渐增大,所述支化环能够旋转且不与所述聚合物发生接触；所述聚合物形成丝绒后，将所述丝绒牵引至裁剪装置得到仿羽绒。

本发明一个较佳实施例中，所述聚合物中混有纳米级二氧化硅气凝胶颗粒。

本发明一个较佳实施例中，所述中心孔内的聚合物中的气凝胶颗粒浓度要小于所述通孔内的聚合物中的气凝胶颗粒浓度。

本发明一个较佳实施例中，所述支化环的侧壁上设有若干个针状结构，所述针状结构所指的方向与所述支化环的轴线所指方向相同。

本发明一个较佳实施例中，所述支化环上设有若干个折曲结构，且所述折曲结构所指的方向共线。

本发明一个较佳实施例中，所述中心孔的内腔管壁设有阻件。

本发明一个较佳实施例中，所述支化组件中的部分支化环并不与其它的支化环平行。

本发明一个较佳实施例中，越远离所述中心孔的所述通孔，其出口处的边缘形状越折曲。

为达到上述目的，本发明采用的另一技术方案为：一种仿羽绒制备装置的工作方法，包括如下步骤：

根据中心孔处的聚合物材料选择合适的温度来确保其具有一定的韧性，采用一定频率的注射压力来推送中心孔处的聚合物；

注射器推送熔融聚合物至支化组件区域，根据支化程度调节位于末尾端的支化环的放置角度；

根据芯层弯曲的间隔、弯曲程度和支化形成的丝绒位置偏移，选择合适的裁剪位点。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

(1)本发明所提及一种仿羽绒制备装置及其工作方法所制作的仿羽绒为内外双层设置，内层为芯层支化程度相对较低，内部多处形成小型空腔，具有一定的韧性，外层为绒层支化程度相对较高，形成的若干个小型空腔用于模拟羽绒的绒毛的空间结构，来锁住更多的空气，即通过模拟羽绒的结构来获得与其相近似的保暖性能，同时所采用的的材料均为化工等原料，不受气候或者其他因素的影响，且材料的密度均较低，可以一定程度上代替羽绒。

(2)内层的聚合物的硬度要大于外层的聚合物硬度，在其冷却前进行支化的过程中，内层内部粘连度相对较高，外层的接近支化环，所以外层即绒层的支化程度相对较高，中心孔处的聚合物中的纳米级二氧化硅气凝胶颗粒的浓度要小于外部通孔中的聚合物中的气凝胶浓度，即在后期的支化并冷却固定的过程中，绒层的气凝胶数量大用于形成数量较大的腔室，并用气凝胶代替部分空气，芯层的气凝胶有助于形成仿羽绒主干的内部的空穴。

(3)配合支化环的旋转，聚合物丝线在旋转的过程，所受到的静电作用拉扯方向进行一定的变化，则丝线支化过程中所形成的丝绒的过程中，绒毛部分具有一定的弯曲度，再配合电源电压和电场强度的频率波动，使得绒毛的弯曲方向进一步变化，从而生成的仿羽绒从结构上能够进一步的贴合实际羽绒的结构。

(4)中心孔的出口处的阻件设置，会使得被注射器所推送出的熔融聚合物具有一定的弧度且对其内部具有一定的扰动作用，由于中心孔处的聚合物的材质质地较通孔处的聚合物质地较硬，如不通过阻件等强有力的扰动，无法对其进行整体的震荡，从而为后期的形成仿羽绒的芯层做准备，外部绒层中，越远离中心孔的通孔其出口处的边缘形状越折曲，即从该处通孔推送出的聚合物的震颤效果越好，则在此处的丝线进入支化环后，能够先行支化，并通过接触其余通孔内推送出的聚合物后扰动并引诱其进行支化。

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 中记载的一些实施例，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是本发明的优选实施例的立体结构图；

图2是本发明的优选实施例的注射器出口处结构示意图；

图3是本发明的优选实施例的两种支化环结构对比图；

图中：1、注射器；2、支化环；3、针状结构；4、阻件；5、中心孔；6、通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明 实施例中的附图，对本发明 实施例中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做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。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明 ，但是本发明 还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明 的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明 的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明 和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明 保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明 创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明 的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明 中的具体含义。

图1示出了本发明一种仿羽绒制备装置的具体结构，如图1所示，一种仿羽绒制备装置，包括：注射器1，注射器1推送出的熔融聚合物形成了丝线，丝线穿过支化组件，并在支化组件的静电作用下变成丝绒，注射器1上设有中心孔5，中心孔5所推送出的聚合物作为仿羽绒的芯层，中心孔5周向逐圈排布的通孔6内所推送出的聚合物形成仿羽绒的绒层；越远离中心孔5的通孔6，其所推送出的聚合物的支化程度就越大；支化组件由若干个支化环2组成，每个支化环2的直径和供给的电源电压逐渐增大,支化环2能够旋转且不与聚合物发生接触；聚合物形成丝绒后，将丝绒牵引至裁剪装置得到仿羽绒。

需要说明的是，图中的注射器1的仅显示其出口区域，注射器1 和每个支化环2均连接外部的高压电源，使注射器1推送出的聚合物带电同时确保支化环2能够形成足够强的电场，电压值在15-30kV，线路中需要预留地线接口，注射器1推送出的熔融聚合物形成了丝线，丝线穿过支化组成，在支化组件的静电作用下变成丝绒，具体而言，注射器1的出口处设有若干个通孔6，其中位于通孔6中央区域的通孔6为中心孔5，其余通孔6以中心孔5为圆心，逐圈向外扩散，确保排布时，相邻通孔6间的距离一定，中心孔5内部设有阻件4，如图2所示，其余的通孔6逐圈的分布在中心孔5的外侧。中心孔5以及每圈上的通孔6所连接的注射器1的存储腔室有所不同，由中心孔 5所推送出的聚合物作为仿羽绒的芯层，中心孔5周向逐圈排布的通孔6内所推送出的聚合物形成仿羽绒的绒层。仿羽绒的芯层主要用于生成近似于羽绒的枝干部分，绒层主要用于生成近似于羽绒的绒毛。即在预先设置的电压下，芯层和绒层的支化程度会存在一定的差异，且在直径上，中心孔5的直径要大于其余通孔6的直径，支化过程中，芯层和绒层的各处的直径都会由于突击的逐渐增大而逐渐缩小。由于在位置设置上，暂不考虑重力因素或者聚合物内部粘接的情况，注射器1的出口的轴线与支化环2的轴线共线，需要说明的是，此处的支化环2均为平行设置，用于初步的支化，而对于后期丝线的弯曲和调整，可以后续对支化环2进行进一步的限定。越远离中心孔5的通孔 6，其出口处的边缘的形状越折曲(未图示)，即位于丝线的边缘，最先也是最容易支化的区域的聚合物在被注射器1推送出去时，通孔6 出口处的边缘折曲程度高，即聚合物的震颤效果越佳，越容易在进入支化组件后发生支化，从丝线表面伸出新的分支。

每个支化组件由若干个支化环2组层，支化环2具体的结构可参考图3中示出了两种支化，均是根据尖端效应(所谓尖端效应是指在同一带电导体上，与平滑部位相比，其尖端部位面电荷密度较大，尖端附近的电场强度较强，且容易由尖端向周围空气或邻近的接地体放电的现象。在带电导体尖端的强电场作用下。其附近空气中残存的离子发生激烈运动，并与空气分子猛烈碰撞，使空气分子电离，产生大量正，负离子。这些离子在电场作用下，又与其它空气分子碰撞井使其电离，如此循环。这样就形成了尖端放电。)电荷集中在支化环2 上的针状结构3，或者折曲形成的锯齿端部。支化环2主要用于形成电场来对从注射器1中推送出的聚合物丝线进行静电作用拉扯。支化环2上的直径和其被供给的电源电压逐渐增大，对应丝线的移动方向，体积逐渐膨胀的丝线，为了确保支化环2并不接触丝线，支化组件上的支化环2的体积和直径会逐渐增大。待聚合物丝线穿过整个支化组件，并在电压或者注射器1的推送量的调整下，形成的丝绒的体积和绒毛的直径接近羽绒的体积和直径后，对该处的丝绒进行裁剪和收集，区别于常规的仿羽绒，本发明所制得的仿羽绒存在枝干，所以在裁剪能够保持一定的自我约束丝，绒毛逸散的程度较小。图3中所展示的两种支化环2均为金属环，可以旋转，作为支撑的支架未图示，图中，左侧的支化环2的侧壁上设有若干个针状结构3，所指的方向与支化环2的轴线方向相同，电荷主要集中在针状结构3处，那么当丝线进入支化环2中时，配合支化环2的旋转，熔融状态下的聚合物丝线会从表面伸出分支，且分支会在针状结构3的牵引下进行伸长，伸长的方向会由于支化环2的旋转而发生一定程度的弯曲，随着支化环2的体积越大，丝绒的上的绒毛直径越小，可将支化环2上的针状结构3 的排布逐渐密集化，即能够对相对细小的绒毛进行拉扯。图3中的右侧支化环2为一金属环，支化环2上设有若干个折曲结构，且折曲结构所指的方向共线，具体而言即环身上经过多处的折曲形成了齿状边缘，电荷主要集中在齿尖处，所形成的效果与上述的针状结构3相近似。

在支化的过程中，从丝线上支化出的绒毛并不一定后形成类似于羽绒上的空腔，来形成大量的滞留空气，所以本发明采用了一种纳米级别的二氧化硅气凝胶颗粒，纳米二氧化硅气凝胶的密度为空气的 2.6～3.1倍，将上述的气凝胶颗粒混入注射器1内各存储腔内，与各聚合物进行充分的混合，在注射器1将其推送出并支化的过程中，由于气凝胶颗粒的存在，会使得聚合物丝线的表面张力有所下降，从而更易受到静电作用的拉扯，气凝胶颗粒在芯层(中心孔5内)和绒层 (各通孔6)内的分布量不同，芯层的气凝胶颗粒相对较少，主要促进芯层内部的空穴的形成，绒层的气凝胶颗粒可以为绒毛提供支撑并占据一定的空腔，即模拟了羽绒内的滞留空气，鉴于其密度相对较小，对整体的质量的影响也相对较小。

可以理解的是，在支化组件的末位端处的几个支化环2并不与其他的支化环2所平行，由于在整个支化的过程中，由于材料混合程度、表面张力、空气阻力多重因素的影响下，丝绒的整体的支化程度还是存在着一定的差异，即便对通过旋转平行设置的支化环2效果还是不佳，所以将支化组件上位于末位的几个支化环2进行位置和角度的偏移，即对于丝绒中周向存在支化不完全的区域进行进一步的支化，来确保其丝绒的整体的直径的相对一致性。

本发明的一种仿羽绒制备装置的工作方法，包括如下步骤：根据中心孔5处的聚合物材料选择合适的温度来确保其具有一定的韧性，采用一定频率的注射压力来推送中心孔5处的聚合物；注射器1推送熔融聚合物至支化组件区域，根据支化程度调节位于末尾端的支化环 2的放置角度；根据芯层弯曲的间隔、弯曲程度和支化形成的丝绒位置偏移，选择合适的裁剪位点。

其中，对应生成的丝绒具有一条明显的主干以及若干个分支，其主要由中心孔5处挤出的聚合物形成，由于其冷却后材质质地较为坚韧，适合作为仿羽绒的枝干部分，以一定的频率挤出并配合出口处的阻件4，则挤出的聚合物丝线内部流质相对会有所紊乱，从而能够在静电作用下发生支化。虽然注射器1各个通孔6和中心孔5之间存在一定的间距，但是由于其注射的聚合物为熔融状态，挤出的瞬间，各聚合物的丝线相对较为接近，极易贴合在一起，在支化的过程中，隔圈聚合物由于支化，相互发生串层，并且不同圈层上的聚合物丝线相互伸入并固定在其他圈层的枝干或者丝线中，从而整个丝绒的杂乱程度有所提升。根据中心孔5处的聚合物材料选择合适的温度来进行加热并保温，提供相应的支化过程中的温度来对其成型时的凝固进行调整，并采用一定频率的注射压力来推送中心孔5处的聚合物，需要注意的是，虽然推送的力度不一致，但是仍要确保聚合物丝线的连续性，推送力度的不同仅会使得各处的丝线的粗细有所变化，越粗的部分，移动到支化环2处的电压相对较大，此时能够使得丝线支化的程度明显上升，对应聚合物丝线较细的区域，即该区域的丝线移动到支化环 2处时，电压相对较小，为了实现上述不同力度变化的时间和电压变化的时间同步，需要对注射器1的推送的工作频率和电压变化的频率进行同步调整。同时根据对丝绒的移动方向和同批次的丝绒的各处的支化程度，调整位于支化组件末尾端的支化环2的放置角度，对未支化或者支化程度不高的区域进行进一步的支化。在初始的聚合物由注射器1推送进入支化组件区域，需要经过牵引才能够进入到裁剪装置，由于初始生成的聚合物丝线的支化程度和支化环2的角度等还需要根据实际的情况进行调整，所以初始生成的丝绒并不收集，可利用手动或者机械的牵引至裁剪装置处，裁剪装置即主体为剪刀，带有电控的驱动机构，来控制剪刀刀刃的闭合和开启，在支化装置和裁剪装置间设有输送履带，初始生成的丝绒被带到此处，输送履带上沿其长度方向上设有若干个夹板，用于夹持住丝绒，并将丝绒带到裁剪装置处用以裁剪。上述提到的合适的裁剪位点即丝绒上支化程度相对较小的区域，裁剪时，可对裁剪的刀刃进行少量的加热，在确保其不会出现绒毛热熔结块的情况下进行切割，生成的仿羽绒的基本单位具有较为明显的主干骨，即中心孔5处的聚合物进行支化后仍然保留了一定的体积和质量，作为整个基本单元的支撑骨架。

此外，除了如图1设置的水平方向上的支化环2设置(聚合物丝线较少，但是制作、支化、移动的速率全部较快的情况下)，还可以将支化组件进行垂直方向上的设置，即注射器1所注射的方向向下，则聚合物丝线在被推送至向下的过程中，会受到周向的静电作用的拉扯，支化环2按照大小排布，越大的支化环2越接近地面，越小的支化越接近注射器1的出口位置，这种情况下可以实现多条丝绒的同步生产，一定程度上解决了批量生产中的重力因素的影响。

本发明借鉴静电纺丝技术，设置芯层和绒层两种不同质地的聚合物进行支化，芯层和绒层的边缘相互串层，形成较为紧密的连接，同时辅以纳米级二氧化硅气凝胶颗粒以不同的浓度分散在芯层和绒层中，使得芯层能够相对较为容易的形成一定的内部空穴同时在绒层中，气凝胶颗粒可以占据绒毛间的空间，充当滞留的空气，在丝线进入支化组件的初期进行支化拉伸，支化组件的末尾处的支化环2的角度调节，并全程进行支化环2的转动，支化环2上还设有针状结构3来配合作用，使得丝线能够进行多向的弯曲，本发明所提及的装置所制备的仿羽绒能够从结构强度和结构功能上较为近似的模拟羽绒的特点，从而获得其保暖和轻薄的特性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明 不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明 的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明 。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明 的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明 内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种仿羽绒制备装置，包括：注射器，所述注射器推送出的熔融聚合物形成了丝线，所述丝线穿过支化组件，并在支化组件的静电作用下变成丝绒，其特征在于，

所述注射器上设有中心孔，所述中心孔所推送出的聚合物作为所述仿羽绒的芯层，所述中心孔周向逐圈排布的通孔内所推送出的聚合物形成所述仿羽绒的绒层；

越远离所述中心孔的所述通孔，其所推送出的所述聚合物的支化程度就越大；

所述支化组件由若干个支化环组成，每个所述支化环的直径和供给的电源电压逐渐增大,所述支化环能够旋转且不与所述聚合物发生接触；

所述聚合物形成丝绒后，将所述丝绒牵引至裁剪装置得到仿羽绒；

所述聚合物中混有纳米级二氧化硅气凝胶颗粒；

所述中心孔内的聚合物中的气凝胶颗粒浓度要小于所述通孔内的聚合物中的气凝胶颗粒浓度。

2.根据权利要求1所述的一种仿羽绒制备装置，其特征在于：所述支化环的侧壁上设有若干个针状结构，所述针状结构所指的方向与所述支化环的轴线所指方向相同。

3.根据权利要求1所述的一种仿羽绒制备装置，其特征在于：所述支化环上设有若干个折曲结构，且所述折曲结构所指的方向共线。

4.根据权利要求1所述的一种仿羽绒制备装置，其特征在于：所述中心孔的内腔管壁设有阻件。

5.根据权利要求1所述的一种仿羽绒制备装置，其特征在于：所述支化组件中的部分支化环并不与其它的支化环平行。

6.根据权利要求1所述的一种仿羽绒制备装置，其特征在于：越远离所述中心孔的所述通孔，其出口处的边缘形状越曲折。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种仿羽绒制备装置的工作方法，其特征在于,包括如下步骤：

根据中心孔处的聚合物选择合适的温度来确保其具有一定的韧性，采用一定频率的注射压力来推送中心孔处的聚合物；

注射器推送熔融聚合物至支化组件区域，根据支化程度调节位于末尾端的支化环的放置角度；

根据芯层弯曲的间隔、弯曲程度和支化形成的丝绒位置偏移，选择合适的裁剪位点。

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