一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，包括复合能量发生装置和一对相互配合的柔性压辊和弹性压辊；柔性压辊为表面包裹一定厚度的软质材料的压辊；复合能量发生装置位于柔性压辊内部，用于提供材料复合所需的能量；弹性压辊主要由接触头、弹性连接件和中心辊组成，接触头为球缺状结构，接触头的平面通过弹性连接件与中心辊连接，弹性连接件的弹性力方向与中心辊径向重合。本发明专利技术的一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，待复合材料在柔性压辊和弹性压辊的同步作用下复合，然后依次利用常温压辊和冷却辊进行再次压合，既减少了复合过程对纤维膜的损伤，又实现了静电纺纳米纤维膜与基材层高牢度结合。

A low damage composite device for electrospinning nanofiber membrane

【技术实现步骤摘要】
一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置
本专利技术属于静电纺丝装置
，涉及一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置。
技术介绍
静电纺丝法是当前制备纳米纤维最有效的方法之一，其制造成本低廉、工艺简单，可以快速获得直径数百纳米左右的纤维。由该方法获得的静电纺丝纳米纤维膜具有功能性强、孔隙率高等特点，然而纳米纤维膜材料在生产与实际使用过程中存在纤维间结合力弱、结构易破损等问题，需要与基材层进行复合以保证长期使用性能不受影响。传统的复合方法无法满足纳米纤维膜复合材料低损伤、高复合牢度的要求，因此在如何减少对纳米纤维膜产生损伤的前提下，又达到纤维膜与基材层的高牢固复合将是该领域亟需解决的问题。目前，本领域的相关技术人员已经做了一些研究。专利CN201410444088.6公开了一种瓦楞复合装置，包括滚动相切配合的瓦楞辊与柔性辊，瓦楞辊圆周表面形成有均布设置的瓦楞齿，然而该装置中的瓦楞辊属于硬质辊，且上面分布的瓦楞齿都具有棱角并不光滑，与柔性辊配合使用过程中还是无法对结构易被破坏的纳米纤维膜实现低损伤复合。专利CN201410656921.3公开了一种复合机多层复合装置，三层布类和一层膜首先通过加热辊升温复合，随后经气动压辊压合后进入收卷，但是该装置中加热辊和气动压辊均为硬质压辊，对于易受损伤的纳米纤维膜难以有效复合。因此，亟待研究一种新型复合装置，既减少复合过程对纤维膜的损伤，又能保证纳米纤维膜与基材层具有较强的结合牢度。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中在静电纺丝纳米纤维膜与基材层复合过程中对纤维膜的损伤较大以及二者结合牢度不够好的问题，提供一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置。为达到上述目的，本专利技术采用的方案如下：一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，包括复合能量发生装置和一对相互配合的柔性压辊和弹性压辊；柔性压辊为表面包裹一定厚度的软质材料的压辊；复合能量发生装置位于柔性压辊内部，用于提供材料复合所需的能量；弹性压辊主要由接触头、弹性连接件和中心辊组成，接触头为球缺状结构，接触头的平面通过弹性连接件与中心辊连接，弹性连接件的弹性力方向与中心辊径向重合。当前材料复合领域中大多采用硬质辊-硬质辊或硬质辊-柔性辊，由于硬质辊的存在，纤维膜在复合过程中受到的力恒定且无法及时分散，会对纳米纤维膜造成一定的损伤。本专利技术通过设计表面包裹一定厚度软质材料的柔性压辊和特别设计的带有弹性连接件的弹性压辊，使得待复合材料在复合过程中受到的力逐渐变化，并且可以通过柔性压辊及时分散消耗多余的作用力，实现对纤维膜的低损伤复合，具体机理为：弹性压辊与待复合材料接触时，由于弹性压辊中的接触头连接着接触头支撑柱，又通过弹性连接件的弹性体与固定在中心辊上的弹性体底座相连接，因此弹性压辊与待复合材料自开始接触到完全分离的过程中始终保持弹性力接触。根据Hertz理论以及弹性力学相关知识分析该过程可知，该过程中待复合材料受到的接触应力呈上凸式抛物线分布，当球缺状接触头的弧面刚刚接触到待复合材料时，此时待复合材料受到接触头的弹力和两者之间的摩擦力，此时合力最小；当球缺状接触头的弧面完全接触到待复合材料时，待复合材料仅受到接触头的弹力，弹性体被压缩到最短即形变量最大，根据虎克定理，此时受力最大；当球缺状接触头的弧面渐渐离开待复合材料时，此时待复合材料受力又逐渐减小。同时，与弹性压辊相互配合的柔性压辊在上述复合过程中，可以承载待复合材料所受到的力，即起到吸收能量缓冲的作用，特别是当待复合材料受力由小变大的阶段，易造成待复合材料损伤，而这种弹性压辊和柔性压辊相互配合的设计恰好可以避免出现破坏待复合材料的问题，从而可以实现低损伤复合。作为优选的技术方案：如上所述的一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，一定厚度为1～10cm，软质材料为橡胶、聚氯乙烯、聚酰胺、聚烯烃或聚氨酯。如上所述的一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，复合能量发生装置为加热升温装置、超声波发生装置或红外线加热装置。如上所述的一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，弹性压辊中，中心辊的表面接触头的分布密度为3～9个/cm2，接触头分布密度过小可能导致复合牢度不坚固，影响后续实际使用，过大会造成不必要的能源浪费，且会影响复合材料外观的美观性。如上所述的一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，接触头为半球状结构，直径为3～9mm，接触头可以根据实际加工需求排布成各式花纹状。如上所述的一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，弹性连接件主要由接触头支撑柱、弹性体和弹性体底座组成，弹性体底座固定在中心辊上，弹性体底座中设有用于容置弹性体同时供接触头支撑柱穿入和穿出的压缩腔，弹性体的一端与弹性体底座连接，另一端与接触头支撑柱连接，接触头支撑柱与接触头连接。如上所述的一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，弹性体为弹簧针、弹簧片或弹簧圈，其中弹簧针在促使接触头与待复合材料复合过程中属于点接触，而弹簧片或弹簧圈则属于面接触，增加了复合工艺的多样性。如上所述的一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，弹性体底座为空心圆柱体，直径为4～10mm，高度为1～2cm，壁厚为0.75～3.75mm；接触头支撑柱的长度为1～2cm。如上所述的一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，还包括位于柔性压辊和弹性压辊一侧且自远及近排列的两个以上放卷辊筒、两个以上导辊和预压辊，以及位于柔性压辊和弹性压辊另一侧且自近及远排列的常温压辊、牵伸辊、冷却辊、收卷辊筒和张紧辊。采用本专利技术的一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置时，纳米纤维膜上下各铺放一层基材，三层材料经过各自的导辊拉伸展平后，被送入一对上下平行排列的预压辊中进行初步压合，紧接着在复合区，待复合材料吸收复合能量发生装置发射的能量后，纤维达到一定温度后会产生熔融形成粘结点，弹性压辊上的弹性接触头以柔性力与上方柔性压辊同时作用，然后形成点状或面状轧痕，随后，材料被送入一对上下平行排列的常温压辊中进行二次压合，目的是提高基材层与纤维膜之间的复合牢度，复合后的材料进入收卷区后首先经过牵伸辊的牵伸作用，防止材料出现褶皱现象，接着经过冷却辊使粘结点完全固结，最后在收卷滚筒上进行收卷操作，并伴随着张紧辊的收紧整理。本专利技术的复合装置既减少了复合过程对纤维膜的损伤，又实现了静电纺纳米纤维膜与基材层高牢度结合。有益效果：(1)本专利技术的一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，弹性压辊在工作时采用弹性接触头对纤维膜进行复合，从而实现对静电纺丝纳米纤维膜的低损伤复合，保持纳米纤维膜的高孔率隙和透气性；(2)本专利技术的一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，待复合材料在柔性压辊和弹性压辊的同步作用下复合，然后依次利用常温压辊和冷却辊进行再次压合，既减少了复合过程对纤维膜的损伤，又实现了静电纺纳米纤维膜与基材层高牢度结合；(3)本专利技术的一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，接触头通过接触头支撑柱可以根据需求选择弹簧针、弹簧片或弹簧圈等弹性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，其特征是：包括复合能量发生装置和一对相互配合的柔性压辊和弹性压辊；/n柔性压辊为表面包裹一定厚度的软质材料的压辊；/n复合能量发生装置位于柔性压辊内部，用于提供材料复合所需的能量；/n弹性压辊主要由接触头、弹性连接件和中心辊组成，接触头为球缺状结构，接触头的平面通过弹性连接件与中心辊连接，弹性连接件的弹性力方向与中心辊径向重合。/n

【技术特征摘要】
1.一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，其特征是：包括复合能量发生装置和一对相互配合的柔性压辊和弹性压辊；
柔性压辊为表面包裹一定厚度的软质材料的压辊；
复合能量发生装置位于柔性压辊内部，用于提供材料复合所需的能量；
弹性压辊主要由接触头、弹性连接件和中心辊组成，接触头为球缺状结构，接触头的平面通过弹性连接件与中心辊连接，弹性连接件的弹性力方向与中心辊径向重合。


2.根据权利要求1所述的一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，其特征在于，一定厚度为1～10cm，软质材料为橡胶、聚氯乙烯、聚酰胺、聚烯烃或聚氨酯。


3.根据权利要求1所述的一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，其特征在于，复合能量发生装置为加热升温装置、超声波发生装置或红外线加热装置。


4.根据权利要求1所述的一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，其特征在于，弹性压辊中，中心辊的表面接触头的分布密度为3～9个/cm2。


5.根据权利要求1所述的一种静电纺丝纳米纤维膜用低损伤复合装置，其特征在于，接触头为半...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁彬，刘华磊，刘成，龚小宝，廖亚龙，斯阳，印霞，俞建勇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31