CN112301546A - 一种使用石墨烯添加剂制造永久带静电熔喷布的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用石墨烯添加剂制造永久带静电熔喷布的工艺，包括：S1、选取原料：按重量份数计，选取70‑90份的聚丙烯粉体，10‑30份的石墨烯粉体，2‑8份的分散剂；S2、混合挤出：原料投进双螺杆机内，共混共挤出石墨烯均匀分布的熔喷布原料；S3、烘干；S4、熔喷：将均匀共混的熔喷布原料投进螺杆机内，升温250‑260℃，通过纺丝泵计量输出，原料经过螺杆机的喷丝板；S5、驻极处理，牵引熔喷布中的石墨烯因子重新负极排序，经过双向正负极排序的石墨烯因子，会产生永久电荷，从而制得永久带静电的熔喷布。本发明的优点在于：通过熔喷后的熔喷纤维进行驻极处理，实现石墨烯因子重新排序，同时实现熔喷布的导线性能以及石墨烯分子在熔喷布上的均匀分布。

Description

一种使用石墨烯添加剂制造永久带静电熔喷布的工艺
技术领域：
本发明涉及熔喷布领域，具体地说是一种使用石墨烯添加剂制造永久带静电熔喷布的工艺。
背景技术：
目前对于口罩的要求不断提升，传统聚丙烯熔喷布通过静电驻极促使熔喷布表面带电起到静电吸附的作用，但是这种静电随着温度、湿度、时间的变化而产生衰减，最终失去静电吸附颗粒的作用。而石墨烯具有良好的机械性能，导电导热性能等，作为增强材料在提高纳米纤维力学性能的同时，还可赋予纤维特殊的热性能和电性能等，能在熔喷布上形成天然的纳米刀，在自然呼吸的作用下，破坏细菌的细胞壁，起到良好的杀菌作用，故专利号202010483400.8提出一种石墨烯抗菌熔喷布的制备方法及其应用。
然而该专利应用石墨作为添加剂制造永久带静电熔喷布的技术尚不成熟，存在如下缺陷：如果要使制得的熔喷布具有一定导电性能，那么需要配置一定比例的石墨烯，如果石墨烯含量较少，则无法保证熔喷布的导电性能，如果石墨烯含量加大，那么纤维间会发生相互粘结，石墨烯容易堆叠在一起，粗细不均，更容易发生团聚，导致限位表面出现粗糙节点，因此很难同时实现熔喷布的导线性能以及石墨烯分子在熔喷布上的均匀分布。
发明内容：
本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种使用石墨烯添加剂制造永久带静电熔喷布的工艺，通过熔喷后的熔喷纤维进行驻极处理，实现石墨烯因子重新排序，同时实现熔喷布的导线性能以及石墨烯分子在熔喷布上的均匀分布。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种使用石墨烯添加剂制造永久带静电熔喷布的工艺，包括：
S1、选取原料：按重量份数计，选取70-90份的聚丙烯粉体，10-30份的石墨烯粉体，2-8份的分散剂；
S2、混合挤出：将步骤S1中的原料投进双螺杆机内，温度为220-260℃，共混共挤出石墨烯均匀分布的熔喷布原料；
S3、烘干：将步骤S2中制得的熔喷布原料进行吹气烘干处理，温度为250-280℃，烘干时间0.5-1h，去除熔喷布原料中的水分；
S4、熔喷：将均匀共混的熔喷布原料投进螺杆机内，升温250-260℃，通过纺丝泵计量输出，原料经过螺杆机的喷丝板，在熔喷模头处受到倾斜向下高压热气流作用，溶体被拉伸，形成超细长丝的熔喷纤维，经过针刺法去气孔并挤压后，熔喷纤维在自身重力作用下再经过倾斜向下冷气流的牵引并冷却固化，向特氟龙网带上流动，形成石墨烯聚丙烯熔喷过滤网；
S5、驻极处理：在特氟龙网带位于熔喷模头的正下方设置第一金属网筛，在特氟龙网带位于收卷端的位置设置第二金属网筛，第一金属网筛与低压直流电源的正极相连，牵引熔喷布中的石墨烯因子重新正极排序，第二金属网筛与低压直流电源的负极相连，牵引熔喷布中的石墨烯因子重新负极排序，经过双向正负极排序的石墨烯因子，会产生永久电荷，从而制得永久带静电的熔喷布。
本发明的进一步改进在于：熔喷模头包括喷嘴以及置于喷嘴下方的针刺冷却组，喷嘴与针刺冷却组之间具有容熔喷纤维向下流通的通道，所述喷嘴包括喷丝孔，以及分别置于喷丝孔外侧的两个上热气流通道与两个下热气流通道，两个上热气流通道置于两个下热气流通道的上方，且两个上热气流通道以通道为对称设置，两个下热气流通道以通道为对称设置，通道置于喷丝孔的下方位置，上热气流通道的出气端与喷丝孔对应设置，上热气流通道与下热气流通道向下倾斜并最终汇向通道。
本发明的进一步改进在于：针刺冷却组包括冷却壳，以及置于冷却壳内的两个上冷却流通道与两个下冷却流通道，两个上冷却流通道与两个下冷却流通道之间具有两个相对设置的针刺板，上冷却流通道与下冷却流通道向下倾斜，且两上冷却流通道以通道为对称设置，所述两下冷却流通道以通道为对称设置。
本发明的进一步改进在于：两针刺板设置在通道的内壁，两针刺板相向靠近或分离。
本发明的进一步改进在于：针刺板上具有多个均匀分布的纳米级微针，两针刺板上的纳米级微针依次间隔交错设置。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过熔喷后的熔喷纤维进行驻极处理，实现石墨烯因子重新排序，同时实现熔喷布的导线性能以及石墨烯分子在熔喷布上的均匀分布。
2、混合后的原料经过双螺杆机的挤压输出，再进行烘干处理，可快速去除原料中的水分，避免熔喷过程中水分子喷溅而使熔喷纤维内聚集气孔，熔喷纤维中孔隙率较高，石墨烯因子附着在空隙中，对后续的驻极处理带来一定难度，为石墨烯因子的正常排序带来一定阻力，无法保证石墨烯因子的均匀性分布，而本申请中先双螺杆挤出再进行烘干的处理方式，可去除熔喷原料中90%的水分子，有效避免这一技术问题。
3、熔喷原料经过上热气流通道与下热气流通道中高温热气流的快速牵引形成熔喷纤维，但是如果熔喷原料中含有一定气孔，那么石墨烯因子在熔喷时仍会发生部分团聚现象，此时经过上冷却流通道内的冷气流的冷却结晶后，经过相向移动的针刺板对随着自身重力下降的熔喷纤维进行穿刺，刺破熔喷纤维内小型气孔以及部分团聚的石墨烯因子，提高熔喷纤维内外的散热性，此时再经过下冷却流通道再次冷却结晶以及拉伸牵引，对团聚的石墨烯分子进行分散，同时也解决了熔喷纤维散热不均而引起内应力，避免熔喷布发脆，使石墨烯因子分布在熔喷纤维的表面而非空隙内，为后续的驻极处理时石墨烯因子的排序提供基础。
附图说明：
图1为本发明的熔喷模头的结构示意图。
图中标号：
1-喷嘴、2-针刺冷却组、3-通道；
11-喷丝孔、12-上热气流通道、13-下热气流通道；
21-冷却壳、22-上冷却流通道、23-下冷却流通道、24-针刺板。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
本发明一种使用石墨烯添加剂制造永久带静电熔喷布的工艺的实施方式，包括：
S1、选取原料：按重量份数计，选取70-90份的聚丙烯粉体，10-30份的石墨烯粉体，2-8份的分散剂；
S2、混合挤出：将步骤S1中的原料投进双螺杆机内，温度为220-260℃，共混共挤出石墨烯均匀分布的熔喷布原料；
S3、烘干：将步骤S2中制得的熔喷布原料进行吹气烘干处理，温度为250-280℃，烘干时间0.5-1h，去除熔喷布原料中的水分；
S4、熔喷：将均匀共混的熔喷布原料投进螺杆机内，升温250-260℃，通过纺丝泵计量输出，原料经过螺杆机的喷丝板，在熔喷模头处受到倾斜向下高压热气流作用，溶体被拉伸，形成超细长丝的熔喷纤维，经过针刺法去气孔并挤压后，熔喷纤维在自身重力作用下再经过倾斜向下冷气流的牵引并冷却固化，向特氟龙网带上流动，形成石墨烯聚丙烯熔喷过滤网；
S5、驻极处理：在特氟龙网带位于熔喷模头的正下方设置第一金属网筛，在特氟龙网带位于收卷端的位置设置第二金属网筛，所述第一金属网筛与低压直流电源的正极相连，牵引熔喷布中的石墨烯因子重新正极排序，所述第二金属网筛与低压直流电源的负极相连，牵引熔喷布中的石墨烯因子重新负极排序，经过双向正负极排序的石墨烯因子，会产生永久电荷，从而制得永久带静电的熔喷布。
本发明通过熔喷后的熔喷纤维进行驻极处理，实现石墨烯因子重新排序，同时实现熔喷布的导线性能以及石墨烯分子在熔喷布上的均匀分布。混合后的原料经过双螺杆机的挤压输出，再进行烘干处理，可快速去除原料中的水分，避免熔喷过程中水分子喷溅而使熔喷纤维内聚集气孔，熔喷纤维中孔隙率较高，石墨烯因子附着在空隙中，对后续的驻极处理带来一定难度，为石墨烯因子的正常排序带来一定阻力，无法保证石墨烯因子的均匀性分布，而本申请中先双螺杆挤出在进行烘干的处理方式，有效避免这一技术问题。
进一步的，如图1所示，熔喷模头包括喷嘴1以及置于喷嘴1下方的针刺冷却组2，喷嘴1与针刺冷却组2之间具有容熔喷纤维向下流通的通道3，喷嘴1包括喷丝孔11，以及分别置于喷丝孔11外侧的两个上热气流通道12与两个下热气流通道13，两个上热气流通道12置于两个下热气流通道13的上方，且两个上热气流通道12以通道3为对称设置，两个下热气流通道13以通道3为对称设置，所述通道3置于喷丝孔11的下方位置，上热气流通道12的出气端与喷丝孔11对应设置，上热气流通道12与下热气流通道13向下倾斜并最终汇向通道。
进一步的，针刺冷却组2包括冷却壳21，以及置于冷却壳21内的两个上冷却流通道22与两个下冷却流通道23，两个上冷却流通道22与两个下冷却流通道23之间具有两个相对设置的针刺板24，上冷却流通道22与下冷却流通道23向下倾斜，且两上冷却流通道22以通道3为对称设置，两下冷却流通道23以通道3为对称设置。
熔喷原料经过上热气流通道12与下热气流通道13中高温热气流的快速牵引形成熔喷纤维，但是如果熔喷原料中含有一定气孔，那么石墨烯因子在熔喷时仍会发生部分团聚现象，此时经过上冷却流通道22内的冷气流的冷却结晶后，经过相向移动的针刺板24对随着自身重力下降的熔喷纤维进行穿刺，刺破熔喷纤维内小型气孔以及部分团聚的石墨烯因子，提高熔喷纤维内外的散热性，此时再经过下冷却流通道23再次冷却结晶以及拉伸牵引，对团聚的石墨烯分子进行分散，同时也解决了熔喷纤维散热不均而引起内应力，避免熔喷布发脆，使石墨烯因子分布在熔喷纤维的表面而非空隙内，为后续的驻极处理时石墨烯因子的排序提供基础。
本申请中，设置上下热气流通道来加速溶体细丝牵引，上热气流通道12靠近喷丝孔11，保证熔喷的彻底性，再经过下热气流通道13保证了热气流的流动时间，避免溶体未被牵引成纤维却脱离喷丝孔11的现象发生，保证熔喷效果。
其次，设置上冷却流通道22是对熔喷纤维的初步冷却结晶，便于针刺，如果不冷却直接针刺，那么熔喷纤维与针刺板24接触会发生拉丝现象，同时倾斜设置的上冷却流通道22与下冷却流通道23对熔喷纤维具有较好的导向性，加上熔喷纤维自身的重力作用，可快速落入氟龙网带上。
进一步的，两针刺板24设置在通道3的内壁，两针刺板24相向靠近或分离。
进一步的，针刺板24上具有多个均匀分布的纳米级微针，两针刺板24上的纳米级微针依次间隔交错设置。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种使用石墨烯添加剂制造永久带静电熔喷布的工艺，其特征在于，包括：
S1、选取原料：按重量份数计，选取70-90份的聚丙烯粉体，10-30份的石墨烯粉体，2-8份的分散剂；
S2、混合挤出：将步骤S1中的原料投进双螺杆机内，温度为220-260℃，共混共挤出石墨烯均匀分布的熔喷布原料；
S3、烘干：将步骤S2中制得的熔喷布原料进行吹气烘干处理，温度为250-280℃，烘干时间0.5-1h，去除熔喷布原料中的水分；
S4、熔喷：将均匀共混的熔喷布原料投进螺杆机内，升温250-260℃，通过纺丝泵计量输出，原料经过螺杆机的喷丝板，在熔喷模头处受到倾斜向下高压热气流作用，溶体被拉伸，形成超细长丝的熔喷纤维，经过针刺法去气孔并挤压后，熔喷纤维在自身重力作用下再经过倾斜向下冷气流的牵引并冷却固化，向特氟龙网带上流动，形成石墨烯聚丙烯熔喷过滤网；
S5、驻极处理：在特氟龙网带位于熔喷模头的正下方设置第一金属网筛，在特氟龙网带位于收卷端的位置设置第二金属网筛，所述第一金属网筛与低压直流电源的正极相连，牵引熔喷布中的石墨烯因子重新正极排序，所述第二金属网筛与低压直流电源的负极相连，牵引熔喷布中的石墨烯因子重新负极排序，经过双向正负极排序的石墨烯因子，会产生永久电荷，从而制得永久带静电的熔喷布。
2.根据权利要求1所述一种使用石墨烯添加剂制造永久带静电熔喷布的工艺，其特征在于，所述熔喷模头包括喷嘴（1）以及置于喷嘴（1）下方的针刺冷却组（2），所述喷嘴（1）与针刺冷却组（2）之间具有容熔喷纤维向下流通的通道（3），所述喷嘴（1）包括喷丝孔（11），以及分别置于喷丝孔（11）外侧的两个上热气流通道（12）与两个下热气流通道（13），所述两个上热气流通道（12）置于两个下热气流通道（13）的上方，且两个上热气流通道（12）以通道（3）为对称设置，所述两个下热气流通道（13）以通道（3）为对称设置，所述通道（3）置于喷丝孔（11）的下方位置，所述上热气流通道（12）的出气端与喷丝孔（11）对应设置，所述上热气流通道（12）与下热气流通道（13）向下倾斜并最终汇向通道。
3.根据权利要求2所述一种使用石墨烯添加剂制造永久带静电熔喷布的工艺，其特征在于，所述针刺冷却组（2）包括冷却壳（21），以及置于冷却壳（21）内的两个上冷却流通道（22）与两个下冷却流通道（23），所述两个上冷却流通道（22）与两个下冷却流通道（23）之间具有两个相对设置的针刺板（24），所述上冷却流通道（22）与下冷却流通道（23）向下倾斜，且所述两上冷却流通道（22）以通道（3）为对称设置，所述两下冷却流通道（23）以通道（3）为对称设置。
4.根据权利要求3所述一种使用石墨烯添加剂制造永久带静电熔喷布的工艺，其特征在于，所述两针刺板（24）设置在通道（3）的内壁，所述两针刺板（24）相向靠近或分离。
5.根据权利要求4所述一种使用石墨烯添加剂制造永久带静电熔喷布的工艺，其特征在于：所述针刺板（24）上具有多个均匀分布的纳米级微针，所述两针刺板（24）上的纳米级微针依次间隔交错设置。
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