本发明专利技术涉及一种静电纺丝熔体静电纺丝批量化生产纳米纤维的装置及工艺，属于静电纺丝领域。它主要包括包括基布放卷装置、传送带装置、高压电极网、纺丝模头组件、熔体计量泵、去静电辊子、基布、基布收卷装置、热风回路、电极网绝缘支架、熔体输送装置、高压静电发生器和空气加热系统。其中纺丝模头组件中一级分流道的应用可以达到熔体一级分流和精确的分区控温；气流辅助内锥面喷嘴的创新通过高速热空气辅助实现了熔体层的二次分流减薄，整个装置系统和相应工艺解决了以往熔体静电纺丝装置及工艺制备纤维粗和产量低的问题，可以代替熔喷法而成为生产非织造材料的主要生产装置及工艺，为几百纳米纤维产品的生产提供新的途径。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种熔体静电纺丝批量化生产纳米纤维的装置及工艺，属于静电纺丝领域。
技术介绍
在各国纳米战略的引导下 ，科研机构和相关企业对纳米纤维制备技术进行了大量实验研究和产业化开发，目前主要的聚合物微纳米纤维制备技术包括模板聚合\相分离\自组装\和纺丝加工方法(包括熔喷法、静电纺丝法、拉伸法、双组分复合纺丝法)等，不同的制备技术具有自身优势和其相对局限性。其中被广泛工业化应用的方法主要有拉伸法\和熔喷法，其制备的纤维很难达到亚微米级的超细纤维，成纤质量差；熔喷法很难形成长纤，纤维表面质量差，强度不理想；自组装法、相分离法、模板聚合法虽然可以制备直径到几十纳米甚至几纳米的纤维，但是其制备效率很低，工业化道路受限；静电纺丝法，由于其原料适用性广、成本低、易产业化，被学术界和工业界广泛认为是一种产业化制备纳米纤维的简单高效的方法，并且逐渐成为当今实验研究和工业化应用的热点之一。由于静电纺丝纳米纤维在微纳过滤、高性能无纺布、锂电池隔膜、生物医药等方面的广泛应用，对其产业化开发更加具有前瞻价值。静电纺丝过程就是在喷头和接收装置间施加高压静电场，使带电或被极化的流体在电场力的作用下克服表面张力和粘滞阻力，形成射流，在接收板上获得超细纤维的过程。静电纺丝分为溶液静电纺丝和熔体静电纺丝技术。溶液静电纺丝的产业化经过近十年来的研究发展已经有所如破，并涌现了一些产业化方法。如捷克爱尔玛科开发了圆柱形电极的无针头电纺丝技术并投入产业化应用，每周可处理70L溶液；美国杜邦公司、Nanostatic公司、Donaldson (唐纳森)公司利用多个单喷头的组合建立了生产线用于过滤方面的应用，经换算处理能力最高可达180g/h。但是我们也看到溶液静电纺丝由于有毒溶剂的使用，存在工艺条件复杂苛刻、溶剂挥发、一些常用材料难找到常温溶剂电纺等问题，从长远来看，其工业化应用具有一定局限性。熔体静电纺丝法由于熔体的高粘度不易制备纳米纤维，近年来对其进行研究的较少，但熔体静电纺丝作为一种比溶液静电纺丝更加经济、环保、高效、安全的制备超细纤维的方法，更有希望使静电纺丝技术走向本质安全的工业化道路。目前关于熔体静电纺丝要解决的关键问题就是使微米级的纤维直径进一步减小至百纳米级(亚微米级)，并且进一步提高其生产效率使其工业化。目前对于熔体静电纺丝批量化技术还没有彻底突破，日本的Naoki SHIMADA等人通过定制的线激光光源将薄膜加热到极低粘度，制备出一排纤维，在原有点光源基础上提高了纤维的产量，但是其高成本和相对的低产量仍然难以用于批量化生产。捷克的利贝雷茨科技大学利用狭缝式设备，实现了无喷头多根纤维的制备，该方法也可以适用于低粘度聚合物，但是其稳定性仍需要继续探索。美国专利US6616435中提到了实现静电纺丝法工业化生产非织造超细纤维的装置。但是，在该专利中还存在一些不足。该专利中描述的主要是溶液静电纺丝法，对熔体静电纺丝法只是粗略提及，并没有给出熔体静电纺丝法生产非织造材料的具体方案和装置。美国专利US20090121379A1提出了电辅助熔喷和热风辅助的电纺丝提出将热风的高速拉伸和电场カ的不稳定细化作用结合起来，通过热风吹拉的作用提高了单根丝的射流速度，再附加电场カ的作用，使得纤维细度达到了 200nm左右，但是该专利中使用的喷头仍然是单根喷头，实施例只针对了溶液纺丝，熔体纺丝只提出了方法，低产量对于エ业化应用仍有其局限性。中国专利技术专利CN201010556163.X中提到了伞形喷头，利用锥形结构外表面很好地将单股流均匀地分散成多股流，解决了批量化难题，但是熔体射流的平均速度仍然小于2m/s，远远小于熔喷纤维上百米毎秒的速度，限制了熔体静电纺丝的产量
技术实现思路
本专利技术提出了熔体静电纺丝法批量生产纳米纤维装置，目的是通过ー级分流结构的设计以及气流辅助内锥面喷嘴的应用，解决熔体均匀细分和射流加速的难题。其中纺丝模头组件中ー级分流道的设计可以达到熔体ー级均匀分流；气流辅助内锥面喷嘴通过高速热风对熔体薄层均匀作用既达到了内锥面熔体层的二次减薄，又可以对纺丝射流进行加速和环境保温，増加了静电拉伸有效作用距离，解决了以往熔体静电纺丝装置及エ艺制备纤维粗和产量低的问题。实现上述目的的技术方案是熔体静电纺丝法批量生产纳米纤维装置，包括基布放卷装置、传送带装置、高压电极网、纺丝模头组件、熔体计量泵、去静电辊子、基布、基布收卷装置、热风回路、电极网绝缘支架、熔体输送装置、高压静电发生器、空气加热系统，熔体输送装置直接与熔体计量泵的进ロ连接，熔体计量泵的出口与纺丝模头组件的熔体入口连接，高压静电发生器高压电极与置于基布下方的高压电极网连接，纺丝模头组件接地，基布在纺丝模头组件正下方对纤维进行连续运输，传送带装置在基布下方为其提供支撑和输送动力，空气加热系统出口连接到纺丝模头组件的热风通道，热风回路安装在高压电极网下端，高压电极网安装在电极网绝缘支架上。本专利技术熔体静电纺丝法批量生产纳米纤维装置，纺丝模头组件包括ー级分流道、气流辅助内锥面喷嘴、附属温控设备，纺丝模头组件接地，其中ー级分流道采用细管焊接，按照2n的形式分配，经过η次分流后由进ロ处的一条流道分成流道长度相等的2条分流道，分流道出口的截面面积相等，将均匀布置的分流道出口细管固定在底板上用于连接气流辅助内锥面喷嘴，细管周围填充加热装置及传热结构；其中气流辅助内锥面喷嘴包括内锥面喷嘴体、气喷头连接件、气流导柱、熔体流量调节螺母、固定螺钉、加热板、温度传感器、喷嘴体固定螺钉、气喷头，内锥面喷嘴体通过喷嘴体固定螺钉和ー级分流道固定连接，接通纺丝介质入口和分流道，气流导柱和内锥面喷嘴体同心安装，在气流导柱下端通过气喷头连接件螺纹连接气喷头，气喷头是利用带螺纹的伞形喷头通过螺纹上开的槽，将气体引导到气流导柱内锥面和伞形喷头的伞形面之间，通过螺纹的旋深可以调节气流大小，起到对纺丝介质流体减薄和保温的作用，气流导柱上端螺纹结构通过和固定的调节螺母之间的相对运动，可以调节气流导柱的长度，从而调节气喷头连接件下端熔体流经微调锥和内锥面之间的间隙，达到对熔体流量的调节，在ー级分流道、内锥面喷嘴体设置电加热装置和温度传感器，起到精确控温作用。ー级分流道采用细管焊接分流组装简单易行，满足复杂流道均匀分流的目的，同时管路相对于切削加工更具有流线型，减小了流动阻カ；气流辅助内锥面喷嘴气流的锥面缝隙式供风，起到了对风速及风向的调整，具有可调节性。本专利技术熔体静电纺丝法批量生产纳米纤维装置，熔体输送装置可以采用单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机或是其他类型的熔体连续供给设备，选用时主要是根据所加工的物料和静电纺丝部分对物料的各种熔融參数要求来确定，熔体输送装置可以安置在绝缘支架上，下部空间更加方便安装接收装置，也利于高压静电电极网的安置。本专利技术熔体静电纺丝法批量生产纳米纤维装置，熔体计量泵可以选用齿轮泵或是行星齿轮泵，可以使用ー个进ロー个出口的计量泵也可以选用ー个进ロ多个出口的计量泵，主要用来实现对供给纺丝模头组件熔体的计量，如果利用多个纺丝模头组件的组合生产线，可以使用行星齿轮泵一出多为多个纺丝模头组件提供精确的计量熔体。本专利技术熔体静电纺丝法批量生产纳米纤维装置，空气加热系统包括高压鼓风机、加热器、过滤器、分流本文档来自技高网...
【技术保护点】
熔体静电纺丝法批量生产纳米纤维装置，其特征在于：主要包括基布放卷装置、传送带装置、高压电极网、纺丝模头组件、熔体计量泵、去静电辊子、基布、基布收卷装置、热风回路、电极网绝缘支架、熔体输送装置、高压静电发生器、空气加热系统，熔体输送装置直接与熔体计量泵的进口连接，熔体计量泵的出口与纺丝模头组件的熔体入口连接，高压静电发生器高压电极与置于基布下方的高压电极网连接，纺丝模头组件接地，基布在纺丝模头组件正下方对纤维进行连续运输，传送带装置在基布下方为其提供支撑和输送动力，空气加热系统出口连接到纺丝模头组件的热风通道，热风回路安装在高压电极网下端，高压电极网安装在电极网绝缘支架上，纺丝模头组件包括一级分流道、气流辅助内锥面喷嘴、附属温控设备，纺丝模头组件接地，所述的一级分流道采用细管焊接，按照2n的形式分配，经过n次分流后由进口处的一条流道分成流道长度相等的2n条分流道，分流道出口的截面面积相等，将均匀布置的分流道出口细管固定在底板上用于连接气流辅助内锥面喷嘴，细管周围填充加热装置及传热结构；气流辅助内锥面喷嘴包括内锥面喷嘴体、气喷头连接件、气流导柱、熔体流量调节螺母、固定螺钉、加热板、温度传感器、喷嘴体固定螺钉、气喷头，内锥面喷嘴体通过喷嘴体固定螺钉和一级分流道固定连接，接通纺丝介质入口和分流道，气流导柱和内锥面喷嘴体同心安装，在气流导柱下端通过气喷头连接件螺纹连接气喷头，气喷头是利用带螺纹的伞形喷头通过螺纹上开的槽，将气体引导到气流导柱内锥面和伞形喷头的伞形面之间，通过螺纹的旋深可以调节气流大小，起到对纺丝介质流体减薄和保温的作用，气流导柱上端螺纹结构通过和固定的调节螺母之间的相对运动，可以调节气流导柱的长度，从而调节气喷头连接件下端熔体流经微调锥和内锥面之间的间隙，达到对熔体流量的调节，在一级分流道、内锥面喷嘴体设置电加热装置和温度传感器，起 到精确控温作用。...
【技术特征摘要】
1.熔体静电纺丝法批量生产纳米纤维装置，其特征在于主要包括基布放卷装置、传送带装置、高压电极网、纺丝模头组件、熔体计量泵、去静电辊子、基布、基布收卷装置、热风回路、电极网绝缘支架、熔体输送装置、高压静电发生器、空气加热系统，熔体输送装置直接与熔体计量泵的进口连接，熔体计量泵的出口与纺丝模头组件的熔体入口连接，高压静电发生器高压电极与置于基布下方的高压电极网连接，纺丝模头组件接地，基布在纺丝模头组件正下方对纤维进行连续运输，传送带装置在基布下方为其提供支撑和输送动力，空气加热系统出口连接到纺丝模头组件的热风通道，热风回路安装在高压电极网下端，高压电极网安装在电极网绝缘支架上，纺丝模头组件包括一级分流道、气流辅助内锥面喷嘴、附属温控设备，纺丝模头组件接地，所述的一级分流道采用细管焊接，按照2的形式分配，经过η次分流后由进口处的一条流道分成流道长度相等的2条分流道，分流道出口的截面面积相等，将均匀布置的分流道出口细管固定在底板上用于连接气流辅助内锥面喷嘴，细管周围填充加热装置及传热结构；气流辅助内锥面喷嘴包括内锥面喷嘴体、气喷头连接件、气流导柱、熔体流量调节螺母、固定螺钉、加热板、温度传感器、喷嘴体固定螺钉、气喷头，内锥面喷嘴体通过喷嘴体固定螺钉和一级分流道固定连接，接通纺丝介质入口和分流道，气流导柱和内锥面喷嘴体同心安装，在气流导柱下端通过气喷头连接件螺纹连接气喷头，气喷头是利用带螺纹的伞形喷头通过螺纹上开的槽，将气体引导到气流导柱内锥面和伞形喷头的伞形面之间，通过螺纹的旋深可以调节气流大小，起到对纺丝介质流体减薄和保温的作用，气流导柱上端螺纹结构通过和固定的调节螺母之间...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨卫民，李好义，焦志伟，陈宏波，阎华，丁玉梅，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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