[發(fā)明專利]一種基于微積分層疊的熔體靜電紡絲裝置及方法

有效

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• 申請日: 2013-12-02
• 公開（公告）號: CN103590122A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設計）人: 楊衛(wèi)民;易婷;焦志偉;閻華;儲凡忠;丁玉梅
• 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(fā)明涉及一種基于微積分層疊熔體靜電紡絲裝置及方法，屬于靜電紡絲領域。

背景技術

近年來，發(fā)展了許多制備納米纖維的方法，如拉伸、模板聚合、相分離、自組織、靜電紡絲等。其中靜電紡絲方法是目前唯一能夠直接連續(xù)制備聚合物納米纖維的一種方法。靜電紡絲工藝是在溶液或熔體供料端的噴頭和接收裝置間施加高壓電場，使帶有電荷的溶液或被極化的熔體在電場力的作用下形成泰勒錐，繼而克服表面張力形成射流，在接收裝置上獲得超細纖維的過程。

靜電紡絲分為熔體靜電紡絲和溶液靜電紡絲。熔體靜電紡絲相對于溶液靜電紡絲由于不使用有毒溶劑，因而更加經(jīng)濟、環(huán)保、安全，而且由于無需揮發(fā)溶劑，熔體靜電紡絲效率也更高。目前對于熔體靜電紡絲要解決的關鍵問題就是使微米級的纖維直徑進一步減小至百納米級（亞微米級），并且提高其生產(chǎn)效率使其工業(yè)化。

中國發(fā)明專利CN201310167583.2中使用高壓電場和高速離心力，高速旋轉的紡絲噴腔可使紡絲裝置紡出更細的納米級超細纖維，但由于離心力作用收集裝置為圓筒狀，紡出的纖維不易于收集。

美國專利US20090121379A1提出利用電輔助和熱風輔助，通過熱風在噴嘴中央的吹拉作用提高絲的流動速度，再加上電場力作用，使得纖維細度達到200nm，但實施時是針對單根噴頭和溶液紡絲，紡絲效率低。

中國發(fā)明專利CN201010556163.X提出傘狀噴頭，利用錐形結構噴頭將單股熔體分散成多股，但是射流速度較小，限制了產(chǎn)量。

微積分層疊是將不同物料分別加入兩臺或多臺擠出機內(nèi)熔融塑化，熔體在匯流器中經(jīng)過復合成雙層或多層熔體，經(jīng)過層疊器分割形成多股，扭轉并展寬交匯完成一次層疊。經(jīng)過多個串聯(lián)的層疊器，聚合物熔體反復層疊即可得到交替多層復合材料，每層的厚度可達到納米級。聚合物熔體在反復層疊的過程中，在拖曳流及剪切流的不斷作用下，聚合物層厚不斷變薄，但是微積分層疊多用于復合材料片或膜的擠出制備，很少應用于靜電紡絲的熔體加工。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有的技術問題，本發(fā)明提出了一種基于微積分層疊的熔體靜電紡絲裝置及方法，目的是通過微積分層疊器的設計以及氣體輔助內(nèi)錐面噴頭的應用，把層疊器和熔體靜電紡絲結合起來，同時對兩種不相容聚合物進行熔體紡絲，利用溶劑將得到的纖維中的一種聚合物溶解，得到另一聚合物更細的纖維，解決生產(chǎn)納米級纖維的問題。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的提出的技術方案是：一種基于微積分層疊的熔體靜電紡絲裝置，包括熔體輸送裝置、連接法蘭、匯流器、層疊器、內(nèi)錐分流式噴嘴、高壓靜電發(fā)生器、接地電極、基布、溶劑槽和空氣加熱系統(tǒng)，熔體輸送裝置通過連接法蘭與匯流器進口相連，匯流器出口與層疊器的熔體入口連接，層疊器出口連接內(nèi)錐分流式噴嘴，基布在內(nèi)錐分流式噴嘴正下方對纖維進行連續(xù)運輸，熔體經(jīng)過噴嘴形成的復合纖維束在溶劑槽浸泡溶除一種聚合物后收卷起來，高壓靜電發(fā)生器高壓電極安置在基布下面，空氣加熱系統(tǒng)出口連接到層疊器的氣體入口細管，加熱后的空氣從左右氣體入口細管進入，在層疊器內(nèi)匯流后進入內(nèi)錐分流式噴嘴的氣流導柱。

本發(fā)明一種基于微積分層疊的熔體靜電紡絲裝置，內(nèi)錐分流式噴嘴包括氣流輔助內(nèi)錐面噴嘴和附屬溫控設備，內(nèi)錐分流式噴嘴接地，熔融的層疊流體以圓筒型式流入氣體輔助內(nèi)錐面噴嘴，熔體流經(jīng)的零件周圍有加熱裝置和測溫裝置；氣流輔助內(nèi)錐面噴嘴包括內(nèi)錐分流式噴嘴體、氣流導柱、電加熱裝置、氣流噴頭和內(nèi)錐面，氣孔均布，氣流導柱和內(nèi)錐面噴嘴體同心安裝，在氣流導柱下端通過螺紋連接氣噴頭，氣噴頭是利用錐面噴頭上開有的均勻小槽將氣體從氣流導柱導出，在內(nèi)錐面上氣體均勻噴射，通過調(diào)節(jié)導柱下端螺紋的旋深可以調(diào)節(jié)氣流大小。