CN201588015U - 一种新型的聚合物熔体静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型的聚合物熔体静电纺丝装置，它主要包括接收装置、高压静电发生器、喷嘴、高粘度液体纺丝喷头、加热装置、料筒、活塞轴、端盖和温度传感器。其中，高压静电发生器与接收装置连接，喷头内嵌于料筒内，与料筒采取锥面配合。喷嘴与料筒采用螺纹直接连接，在喷嘴上开有便于拆卸的圆孔。料筒外面包覆的加热装置为电磁加热圈，分为上电磁加热圈和下电磁加热圈两段。本实用新型可用于聚合物熔体的静电纺丝，大大提高了熔体纺丝的效率，有效减少了熔体纺丝过程中的热降解。

Description

一种新型的聚合物熔体静电纺丝装置

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝装置，适合于热塑性聚合物熔体的静电纺丝。

背景技术

静电纺丝又称电纺，从其发现到现在已有将近100年的历史。早在1934年Anton Fomhals就已经在专利中报道了高压静电场纺丝，然而直到1993年，这一技术才被定义为静电纺丝技术。近些年来，随着纳米科技的升温，静电纺丝技术已成为当今最热门的研究领域之一。目前已有三十多种聚合物成功通过静电纺丝的方法制得超细的纤维，最细的纤维直径可以达到几十纳米。静电纺丝的原理可简述为，在高压静电场下，聚合物溶液或熔体在电场力的作用下，从毛细管末端形成细流飞向接收装置，细流在到达接收装置前产生高度的拉抻，溶液的溶剂蒸发或熔体固化，最后在接收装置上形成超细的纤维。目前关于熔体静电纺丝的研究不是很多，对于已有的专利(申请号：2007201900366)采用一段式的加热方式，用普通的电加热圈进行加热，加热效率低，并且，在原有装置中，喷头距离加热圈有一段的距离。在纺丝时，物料需要在空气中流经一个喷头的距离，物料在此过程中会受空气冷却而引起温度的降低，因此只能提高料筒的温度才能保证顺利纺丝，而一般聚合物在高温下会降解，温度越高降解越严重。

发明内容

本发明的目的是提供一种可有效减少聚合物降解的适用于聚合物熔体的高效率静电纺丝装置。本发明通过对原有熔体静电纺丝的改进，采用了电磁加热圈、分段式加热、内置的高粘度喷头和喷嘴，使装置能够有效地减少物料在熔融至纺丝过程中的热降解，并且，极大地提高了纺丝效率。

本发明提供的一种新型的聚合物熔体静电纺丝装置，采用了由接收装置、喷嘴、高粘度喷头、加热装置、料筒、活塞轴、端盖、温度传感器、高压静电发生器等组成的熔体静电纺丝装置。其中，电磁加热圈为加热装置，包括下电磁加热圈和上电磁加热圈，可分别进行温度设定与加热。采用熔体流过截面为凹面的新型高粘度液体的纺丝喷头(专利申请号：200920223063.8)，并且，整个高粘度液体纺丝喷头和喷嘴都内嵌于料筒内部，喷嘴与料筒直接通过螺纹连接在一起，两者也可通过在圆周方向均布的螺钉连接。喷嘴上开有便于拆卸的圆孔，喷嘴与喷头采取锥面紧配合，在喷头锥面处与喷嘴间留有足够的间隙，保证物料均匀的分布在喷头锥体上。物料通过喷嘴与喷头间的间隙流出，喷嘴通过引出导线与大地相接。接收装置位于喷嘴的正下方且连接高压静电发生器的正极输出端，高压静电发生器的另一电极接地。用于加热聚合物熔体的电磁加热圈包覆在料筒表面，分上下两端，分别进行温度的设定和控制，温度传感器与料筒采用螺纹连接。端盖与活塞轴采用螺纹连接，或两者加工成一体。活塞轴可在料筒内上下往复运动。本发明中加热装置也可以为三段或多段。

本发明采用分段式加热装置，上段温度较低，可对物料进行预热，下段温度较高，使物料在整个料筒内被逐步的加热，并且，物料只会在料筒末端小段空间内受到强热，有效防止物料的受热降解。在本发明中，采用电磁加热，大大缩短了物料的加热时间，提高了纺丝效率，也减少了聚合物热降解的时间。在本发明中，采用内置式的新型高粘度液体的纺丝喷头和喷嘴，大大降低喷嘴及喷头暴露在空气中的面积，使达到预设温度的熔体有较小的热量损失，在较低温度下即可纺丝，避免了熔体温度过高，也有利于降低聚合物的热降解。在本发明中，采用一种高粘度液体的静电纺丝喷头，其熔体流过截面为凹面，有效增大了熔体流过的截面积，在纺丝过程中使短时间内熔融塑化好的物料，可以迅速聚集在纺丝锥体上，降低了熔体的临界纺丝粘度，并且提高了纺丝的效率。由于本发明采用了高速的加热方式与高效率的喷头，所以足够的电场力是必须的，因此在本发明中，采用最高可达100KV的高压直流电源，通过施加高倍的电压，使迅速聚集在喷丝锥体上的熔体，可以及时地被拉伸成丝，落到收集板上。本发明提出的用于熔体的静电纺丝装置由于解决了以上问题，因而与以往静电纺丝装置相比具有更好的减少熔体降解和极大的提高纺丝效率的优点。

本发明适合于聚合物熔体的静电纺丝，纺丝原料可以是聚合物颗粒料或粉料或切片或熔体。接收装置可以采取多种形式如导电平板、导电网和卷筒。高压静电发生器的输出极为正极。

附图说明

图1是一种新型的聚合物熔体静电纺丝装置的示意图

图中：1-接收装置  2-高压静电发生器  3-高粘度液体纺丝喷头  4-喷嘴  5-下电磁加热圈  6-温度传感器  7-料筒  8-上电磁加热圈  9-端盖10-活塞轴

具体实施方式

本发明采取如图1所示的装置，它主要包括接收装置(1)，与接收装置连接，可产生高电压(100KV)的高压静电发生器(2)，与喷嘴(4)采取锥面配合的高粘度液体纺丝喷头(3)，与料筒(7)采取螺纹连接可方便拆卸的喷嘴(4)，用于物料预热的上电磁加热圈(8)，用于加强热的下电磁加热圈(5)，钢结构的料筒(7)，可在料筒(7)内上下运动又不会产生漏料的活塞轴(10)，端盖(9)，温度传感器(6)。

纺丝步骤：首先，将上电磁加热圈(8)设定一个较低的温度，将下电磁加热圈(5)设定一个较高的温度，两者共同将料筒(7)加热到预设温度。各种聚合物的熔融温度都不一样，并且，聚合物粘度是静电纺丝是否可以顺利进行的一个关键因素，所以需要把上电磁加热圈(8)的温度设定在物料熔融温度，下电磁加热圈(5)的加热温度设置在聚合物的成型加工温度以上，尽可能降低聚合物的粘度，但又不至于使聚合物产生严重降解。其次往料筒里添加纺丝原料，纺丝原料可以为聚合物颗粒或粉料或切片或熔体。高粘度液体纺丝喷头(3)刚出现不脱落的熔体滴时，打开高压静电发生器(2)的电源开关，电源的输出电压从0开始往上调，一直到高粘度液体纺丝喷头(3)末端的熔体滴变形并喷射出来，形成细丝为止。熔体丝在运动过程中冷却，汇集到接收装置。喷射出来的熔体细流，经过电场的强力拉伸，最后可以形成超细的纤维。

通过本发明纺制出来的纤维，由于没有使用溶剂，不存在溶剂的蒸发现象，因而可以得到表面光滑均匀的超细纤维，其力学性能要比溶液静电纺丝制得的纤维好。此外，通过一系列的改进，本发明的纺丝效率比原有的设备有了很大的提高。并且，能有效的减少聚合物熔体的热降解。

本发明的一个实施例：纺丝原料为低密度聚乙烯颗粒料，纺丝温度上电磁加热圈(8)设置为170℃、下电磁加热圈(5)设置为230℃。另外，纺丝电压为0～70kv，接收装置(1)为导电网，高粘度液体纺丝喷头(3)底端熔体出口与接收装置(1)的距离18cm。根据上述工艺过程，收集到的纤维直径在1μm～10μm范围内，纺丝效率为6.2g/h，经测量，纺丝纤维的分子量与原有方法相比提高10％。

Claims (4)

1.一种新型的聚合物熔体静电纺丝装置，包括收装置、高压静电发生器、高粘度液体纺丝喷头、喷嘴、加热装置、温度传感器、料筒、端盖和活塞轴；其特征在于：加热装置采用电磁式加热圈，并且，分为上电磁加热圈和下电磁加热圈；采用熔体流过截面为凹面的高粘度液体纺丝喷头，高粘度液体纺丝喷头与喷嘴都内置于料筒内部。

2.根据权利要求1所述的一种新型的聚合物熔体静电纺丝装置，其特征在于，纺丝原料是聚合物颗粒料或粉料或切片或熔体。

3.根据权利要求1所述的一种新型的聚合物熔体静电纺丝装置，其特征在于，接收装置是导电平板、导电网或卷筒。

4.根据权利要求1所述的一种新型的聚合物熔体静电纺丝装置，其特征在于，电磁加热圈的段数可以为三段或多段。

Images