[實用新型]一種熔體磁紡絲裝置

有效

• 申請號: 201520344245.6
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN204676196U
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 龍云澤;董瑞華;閆旭;段曉鵬;猶明浩;王樂;張麗華;魏代善;管殿柱
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;D01D13/00
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 王汝銀

技術領域

本實用新型屬于納米纖維制備新技術領域，特別涉及一種利用交變磁場力和拉伸力完全取代電場力的熔體磁紡絲裝置。

背景技術

與傳統納米材料相比，一維納米材料(如納米線、納米棒、納米管等)具有巨大的比表面積、較大的長度/直徑比、以及不同于大塊樣品的電、磁、力、熱、光等物理化學性質，在納米電子器件、空氣過濾、傳感器以及生物醫學等諸多領域有著廣闊的應用。隨著納米纖維材料在各領域應用技術的不斷發展，納米纖維材料的制備技術也得到了進一步的開發與研究。目前聚合物納米纖維的制備技術主要包括模板聚合、相分離、自組裝和紡絲加工法(包括熔噴法、靜電紡絲法、拉伸法、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。隨著納米科技的發展，靜電紡絲法以其加工設備簡單、原料來源廣泛、紡絲工藝可控等諸多優點，受到國內外的廣泛研究報道。靜電紡絲技術分為溶液靜電紡絲和熔體靜電紡絲，其中熔體靜電紡絲在提高紡絲產量，拓展纖維應用領域等方面有著傳統溶液靜電紡絲無法比擬的巨大優勢：(1)熔體靜電紡絲過程無需有機溶劑，減少溶劑揮發造成危害的同時，降低生產成品；(2)產品轉化率高，避免溶劑的殘留問題。

近年來，開發和完善熔體靜電紡絲技術已經電紡研究熱點之一。熔體靜電紡絲雖然早在1936年Charles?Norton等人的專利中就已提出，但是由于制備的纖維直徑較大以及需要加熱裝置等原因，直到1981年才有相關的研究論文出現，進入21世紀之后，真正掀起熔體靜電紡絲技術的研究熱潮。當前熔體靜電紡絲技術存在的主要問題：一是聚合物熔體的粘性大于其溶于溶劑后的粘性，意味著熔體靜電紡絲需要更高的工作電壓和溫度；二是熔體電紡沒有溶劑的揮發過程，制備的纖維較粗；三是熔體電紡需要額外的加熱裝置，一般采用電加熱方式，極易導致電加熱電路或金屬元件同高壓電極的擊穿，從而終止紡絲過程。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，針對熔體靜電紡絲裝置結構復雜，高壓電極易與加熱電路擊穿造成安全隱患等缺點，提供一種結構簡單、操作安全的新型磁紡絲裝置，該裝置利用交變磁場力結合拉伸力完全取代電場力對聚合物熔體進行拉伸紡絲制備微納米纖維。

為了實現上述目的，本實用新型提供的技術方案如下：

一種熔體磁紡絲裝置，包括可控制給料速率可加熱的給料裝置，紡絲噴頭，噴頭驅動機構和紡絲接收裝置，所述給料裝置設置有加熱熔融高分子材料的加熱部件，所述紡絲接收裝置包括水平設置的收集圓盤，所述收集圓盤的底部圓心處與直流無刷電機的輸出軸對接聯動，直流無刷電機電連接電源和控制電機轉速的電機控制器，所述收集圓盤上表面以圓盤中心軸線為對稱軸對稱設置多個豎直支柱，所述豎直支柱至少為3個，豎直支柱中1個為永磁鐵，其余為金屬細針，所述紡絲噴頭水平設置，紡絲噴頭的噴射口指向紡絲接收裝置的永磁鐵，所述紡絲噴頭連接可帶動其在豎直方向上做往復運動的噴頭驅動機構，所述紡絲噴頭與供給紡絲液的給料裝置相連。

進一步的，所述給料裝置為單螺桿擠出機，所述單螺桿擠出機通過三段加熱，喂料段溫度為80℃～200℃、塑化段溫度在85℃～205℃、均化段溫度在90℃～210℃，所述單螺桿擠出機的機頭通過輸液管連接紡絲噴頭。

進一步的，所述豎直支柱為4個，其中1個為永磁鐵，3個為金屬細針。

進一步的，所述噴頭驅動機構為直線電機及其控制器。

利用所述的新型熔體磁紡絲裝置制備微納米纖維的方法，包括以下步驟：

(1)物料混合：將磁性納米顆粒和高分子聚合物充分攪拌混合，得混合物；

(2)微納米纖維的制備：將步驟(1)所得混合物加入給料裝置中，開啟給料裝置，設置加熱部件的加熱溫度，磁性納米顆粒和高分子聚合物在高溫作用下熔融成磁流體紡絲液，調整給料裝置的給料速率，磁流體紡絲液進入紡絲噴頭，在紡絲噴頭噴射口處形成液滴，紡絲噴頭噴射口處的磁流體紡絲液液滴在磁場力的作用下形成射流與永磁鐵搭連成橋，此時打開噴頭驅動機構開關和直流無刷電機的電機控制器開關，調節電機轉速，直流無刷電機帶動收集圓盤旋轉，在磁場力作用下鐵磁流體射流不斷被拉出，在拉伸細化過程中伴隨著溶劑揮發，在收集圓盤的豎直支柱間纏繞形成有序磁性微納米纖維，噴頭驅動機構開啟后帶動紡絲噴頭在豎直方向上做往復運動，可使紡絲在豎直支柱間均勻纏繞，而不聚集在一個位置互相纏繞粘連影響紡絲質量。