[發明專利]一種高壓氣流輔助噴頭自旋轉靜電紡絲裝置

有效

• 申請號: 201310606374.3
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103628149A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 張有忱;李小虎;李好義;丁玉梅;楊衛民
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高壓氣流輔助噴頭自旋轉靜電紡絲裝置，屬靜電紡絲領域。

背景技術

聚合物納米纖維及其復合材料由于優異的高孔隙率、高比表面積、低密度、優異延展性等優點正受到科學界越來越多的關注。目前聚合物微納米纖維制備技術主要包括模板聚合法、相分離法、自組裝法和紡絲加工方法，其中紡絲加工法又包括熔噴法、靜電紡絲法、離心紡絲法、雙組分復合紡絲法等，不同的制備技術具有其自身優勢和其相對局限性。

熔噴法是目前工業生產非織造材料的最常用的方法，是依靠高速、高溫氣流噴吹聚合物熔體使其得到迅速拉伸而制備超細纖維的一種方法。熔噴工藝由于具有工藝流程短，生產效率高等優點使其發展迅速，從七十年代以后便進入民用市場開始工業化生產。但熔噴法紡絲其內部熱流道復雜加之模頭的噴絲孔徑很小，極易導致紡絲過程中熔體堵塞，且紡絲纖維直徑大多為5微米左右，均為短纖維。

離心紡絲是一種將聚合物熔體借助高速旋轉的裝置所產生的離心力和剪切力由細孔甩出而制備超細纖維的傳統紡絲技術。離心紡絲裝置的特點在于它利用紡絲裝置旋轉產生的離心力進行紡絲，所制成的纖網不但均勻性好而且纖網的面密度也遠高于低面密度的靜電紡纖網,但它需要利用外力讓紡絲噴頭進行旋轉，紡絲過程中可變因素不易控制。

靜電紡絲法，其原料適用性廣、成本低、設備簡單等優點，被學術界和工業界廣泛認為是一種產業化制備微納米纖維的簡單高效的方法，也是最有前景的工藝方法。其基本原理是，聚合物溶液或熔體在高壓靜電場力的作用下，在毛細管末端形成泰勒錐，進而飛向接收裝置，溶液中的溶劑蒸發或熔體固化，最后在接收裝置上形成超細纖維。盡管靜電紡絲應用前景廣闊，但由于溶液靜電紡絲大多使用針頭噴絲，產量極低，而熔體靜電紡絲目前所紡纖維直徑較粗及產業化困難，使得自身的發展均受到制約。

為了得到更好的紡絲纖維，一些研究學者嘗試將不同紡絲技術結合起來，如中國專利201010594117.9結合離心和靜電，利用金屬絲網旋轉將熔體甩出進行紡絲，該專利存在熔體進料至金屬絲網過程不均勻問題。美國申請的國際專利WO2005/033381A2提出一種電吹法紡制透明質酸纖維的裝置，將熔噴紡絲產量高和電紡纖維直徑細的優點相結合，雖然該裝置利用高壓氣流對溶液靜電紡絲進行輔助，以利于溶液更快的流出，加快了紡絲纖維的效率，但它本身還是利用單根噴針，單位產量沒有質的變化，其次它僅適用于溶液紡絲，可防種類有限。

發明內容

本發明在保證紡絲纖維直徑細度的前提下，以提高紡絲產量為目標，提出一種高壓氣流輔助下的自旋轉離心電紡裝置，將熔噴紡絲的高壓氣流原理與離心電紡裝置相結合，即解決了溶液電紡單噴針效率低的問題，同時又克服了熔噴紡絲法纖維直徑粗、模頭加工難度大等缺點。該裝置采用拆裝式設計，通過噴頭的更換可實現裝置可維護性、維護費用低。

實現上述目的的技術方案是：一種高壓氣流輔助噴頭自旋轉靜電紡絲裝置，包括進料裝置、空壓機、紡絲噴頭、電極板、高壓靜電發生器、鋪網帶、熱軋輥、抽風系統和接收裝置，空壓機通過氣體流量調節閥與紡絲噴頭氣流道連接，進料裝置通過溶液流量調節閥與進料流道相連，鋪網帶安裝于紡絲噴頭正下方，電極板緊貼鋪網帶上表面，接高壓靜電發生器，為了利于抽風系統的正常工作，電極板采用網孔均布結構，目數20-500目，抽風系統處于電極板正下方。

本發明一種高壓氣流輔助噴頭自旋轉靜電紡絲裝置，其中紡絲噴頭包括用于調節溶液流量的調節閥及控制氣體流速的氣體調節閥、紡絲噴頭主體、旋轉體、溶液紡絲旋轉噴嘴、引導氣體流向的噴頭氣帽和進料流道。為實現裝置可維護性，噴頭采用可拆裝式設計，溶液紡絲旋轉噴嘴與旋轉體下腔及旋轉體上腔與噴頭主體之間均通過螺紋連接，旋轉體上腔和下腔為兩部分，可實現自由旋轉，噴頭氣帽與噴頭主體通過螺紋連接，噴頭氣帽內壁與紡絲旋轉噴嘴外壁配合形成向外擴散的環形氣流道。

本發明一種高壓氣流輔助噴頭自旋轉靜電紡絲裝置，其中溶液紡絲旋轉噴嘴為錐形夾層式，夾層內部采用漩渦流道結構，可在液體離心力作用下實現自由旋轉。

本發明一種高壓氣流輔助噴頭自旋轉靜電紡絲裝置，噴頭氣帽為獨立設計，與噴頭主體通過螺紋連接，并與紡絲旋轉噴嘴配合形成向外擴散的環形氣流道。

本發明一種高壓氣流輔助噴頭自旋轉靜電紡絲裝置，結合了熔噴紡絲法、離心紡絲法和靜電紡絲法，同時確保了紡絲質量和紡絲效率，裝置設計簡便，可隨時更換紡絲噴頭以進行維護，滿足更廣闊的市場需求。

附圖說明