一種氣流輔助熔體微分離心紡絲裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣流輔助熔體微分離心紡絲裝置及方法，屬于紡絲成型領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]熔體離心紡絲技術(shù)，是一種將聚合物熔體借助高速旋轉(zhuǎn)的裝置所產(chǎn)生的離心力克服表面張力由細(xì)孔甩出，在熔體固化后形成纖維的方法。離心紡絲技術(shù)起步較早，早在1924年美國(guó)就有專(zhuān)利提出了以離心方式制造纖維的方法；1986年歐洲專(zhuān)利EP0168817指出在離心紡絲中，離心作為充當(dāng)壓力泵的作用，物料熔體被擠壓通過(guò)孔洞，形成纖維；在此之后美國(guó)、歐洲有大量專(zhuān)利對(duì)離心紡絲方法進(jìn)行了改進(jìn)描述，美國(guó)專(zhuān)利US20080050304，提出了利用離心方法制備納米級(jí)碳纖維的構(gòu)想。但目前關(guān)于離心紡絲技術(shù)的研宄主要集中在溶液離心紡絲，有關(guān)恪體離心紡絲的專(zhuān)利則寥寥無(wú)幾。
[0003]當(dāng)前纖維制備工藝主要為靜電紡絲法，同現(xiàn)有的靜電紡絲設(shè)備相比，熔體離心紡絲裝置的區(qū)別在于它利用紡絲裝置旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力進(jìn)行紡絲，所制成的纖網(wǎng)不但均勻性好且纖網(wǎng)的面密度也遠(yuǎn)高于低面密度的靜電紡纖網(wǎng)，而其在制備纖維過(guò)程中對(duì)電場(chǎng)要求不高，大大簡(jiǎn)化了設(shè)備。此外傳統(tǒng)靜電紡絲法采用毛細(xì)管紡絲，加工困難且極易堵塞，對(duì)聚合物流動(dòng)性能要求高，且溶液電紡還存在溶劑污染及制備纖維存在大量孔洞、強(qiáng)度低等問(wèn)題，而離心紡絲生產(chǎn)裝置對(duì)所加工聚合物性質(zhì)要求低，可加工多種聚合物，且紡絲過(guò)程無(wú)溶劑污染，纖維制備過(guò)程綠色高效，所制備纖維取向度高，強(qiáng)度好。
[0004]目前影響熔體離心紡絲發(fā)展的關(guān)鍵在于熔體離心紡絲法制備纖維直徑較粗，熔體在離心過(guò)程中飛濺容易形成大量珠串狀熔滴，造成所紡纖維質(zhì)量不均勻，而所紡纖維的細(xì)化大都依靠微孔或提高轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，微孔加工困難及高轉(zhuǎn)速帶來(lái)的旋轉(zhuǎn)軸安全問(wèn)題等也影響了離心紡絲技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，要實(shí)現(xiàn)熔體離心紡絲技術(shù)批量化制備納米級(jí)超細(xì)纖維，必須要克服這些問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種氣流輔助的適用于聚合物熔體微分離心紡絲的裝置及方法。本發(fā)明由于紡絲過(guò)程不借助溶劑紡絲，無(wú)需考慮溶劑揮發(fā)造成的環(huán)境污染及纖維孔洞等問(wèn)題。本發(fā)明中由擠出機(jī)直接將聚合物熔融擠出進(jìn)入噴頭，且噴頭一直處于高溫環(huán)境中，故無(wú)噴頭堵塞的現(xiàn)象，在紡絲過(guò)程中由于微分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及高速氣流的輔助吹薄細(xì)化作用，所制備纖維直徑大大降低，且離心微分盤(pán)的高速旋轉(zhuǎn)使熔體可迅速轉(zhuǎn)化為纖維，生產(chǎn)纖維效率極高。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種氣流輔助熔體微分離心紡絲裝置，主要包括熔體計(jì)量泵、料斗、連續(xù)供料裝置、氣管、接收裝置、電磁加熱支架、電機(jī)、電磁加熱裝置、紡絲箱體、噴頭支架、滑軌、軸、離心微分盤(pán)、噴頭、噴頭加熱圈、熱電偶、紅外測(cè)溫儀和氣管支架等，連續(xù)供料裝置與熔體計(jì)量泵熔體入口連接，熔體計(jì)量泵出口與噴頭連接，熔體計(jì)量泵被固定于噴頭支架上，噴頭支架在滑軌上可自由滑動(dòng)，滑軌固定于紡絲箱體上部；離心微分盤(pán)置于噴頭下方，并通過(guò)軸與電機(jī)連接，電機(jī)通過(guò)螺紋連接固定于紡絲箱體下部；電磁加熱裝置環(huán)形包裹在離心微分盤(pán)周?chē)?，紅外測(cè)溫儀固定連接在噴頭上，氣管支架由螺釘固定于滑軌上，氣管通過(guò)氣管支架固定，紅外測(cè)溫儀與氣管均垂直于離心微分盤(pán)。
[0007]本發(fā)明一種氣流輔助熔體微分離心紡絲裝置，氣流由空氣壓縮機(jī)提供，氣流流速可依據(jù)實(shí)際需要增加或減小，為防止氣流距離噴頭過(guò)近造成熔體未經(jīng)微分即被吹出，氣管與噴頭保持一定距離并垂直離心微分盤(pán)放置；氣流經(jīng)氣管吹出進(jìn)入離心微分盤(pán)表面，根據(jù)流體力學(xué)常識(shí)可知，氣體經(jīng)由溝槽及錐面梳齒狀結(jié)構(gòu)最終從微孔中流出，在此過(guò)程中，氣流對(duì)熔體產(chǎn)生高速吹薄作用，促進(jìn)熔體射流快速細(xì)化并飛出，在飛出微孔后，熔體射流在慣性力和高速氣流作用下被拉伸得到二次細(xì)化。
[0008]本發(fā)明一種氣流輔助熔體微分離心紡絲裝置，離心微分盤(pán)中心采用多圈光滑同心溝槽結(jié)構(gòu)，且各同心溝槽相互連通，使熔體可在槽內(nèi)均化流動(dòng)分布，防止偏心距造成的熔體射流不均現(xiàn)象的產(chǎn)生；離心微分盤(pán)邊緣采用徑向錐面梳齒狀結(jié)構(gòu)，熔體由盤(pán)中心溝槽均化后在離心力和氣流作用下進(jìn)入錐面梳齒狀結(jié)構(gòu)，數(shù)百個(gè)環(huán)形均布的“梳齒”可對(duì)熔體進(jìn)行一次微分細(xì)化；錐面設(shè)計(jì)則有利于增加熔體對(duì)離心微分盤(pán)表面的附著力，錐面傾角越高，附著力越大，本發(fā)明經(jīng)試驗(yàn)優(yōu)化得到錐面傾角優(yōu)選值為10°，該錐面傾角能防止附著力過(guò)大造成的熔體滯留，在離心力、氣流與附著力之間的“拉扯”作用下熔體在錐面進(jìn)一步減薄，達(dá)到使熔體射流二次細(xì)化；離心微分盤(pán)邊緣末端設(shè)置有擋圈結(jié)構(gòu)，擋圈與錐面梳齒狀結(jié)構(gòu)之間形成大量微孔，可防止熔體在紡絲過(guò)程中飛濺造成的纖維質(zhì)量不均現(xiàn)象的發(fā)生。
[0009]采用本發(fā)明一種氣流輔助熔體微分離心紡絲裝置進(jìn)行紡絲，紡絲方法步驟為:第一步，聚合物通過(guò)料斗加入到連續(xù)供料裝置中，通過(guò)熔融供料裝置熔融的聚合物經(jīng)由熔體計(jì)量泵計(jì)量，熔體從噴頭中均勻連續(xù)流出；第二步，熔體在提前預(yù)熱的微分離心盤(pán)上以一定線(xiàn)速度轉(zhuǎn)動(dòng)，在氣流吹動(dòng)作用輔助下，經(jīng)由光滑同心溝槽進(jìn)入錐面梳齒狀結(jié)構(gòu)中被微分細(xì)化為數(shù)百條射流；第三步，熔體射流在離心力和氣流吹動(dòng)力作用下進(jìn)一步細(xì)化飛出；第四步，熔體射流形成的纖維在接收裝置靜電力牽引下落在接收簾布上被收集，獲得納米纖維網(wǎng)布；第五步，根據(jù)納米布功能產(chǎn)品需求對(duì)納米網(wǎng)布進(jìn)行后處理。
[0010]本發(fā)明一種氣流輔助熔體微分離心紡絲裝置及方法對(duì)多種聚合物的離心紡絲均適用，紡絲用聚合物可以為聚丙烯、聚乙烯、聚乳酸等熱塑性聚合物，紡絲原料可以是聚合物粒料、粉料或熔體等。接收裝置可采取多種形式如接收網(wǎng)環(huán)、接收環(huán)形簾布，接收裝置可采取抽吸風(fēng)或加靜電方式對(duì)纖維進(jìn)行牽引粘附。
[0011]本發(fā)明一種氣流輔助熔體微分離心紡絲裝置及方法利用高速氣流輔助紡絲，極大地促進(jìn)了熔體的減薄細(xì)化，降低了離心紡絲過(guò)程對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的需求，延長(zhǎng)了電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的使用壽命，提高了裝置的生產(chǎn)安全性能。
[0012]熔體通過(guò)偏心放置的噴頭進(jìn)入離心微分盤(pán)并獲得初始線(xiàn)速度，在經(jīng)過(guò)盤(pán)中心數(shù)圏溝槽均化后進(jìn)入盤(pán)邊緣錐面梳齒狀結(jié)構(gòu)中，在離心力、高速氣流以及熔體在錐面上附著力三種力作用下減薄微分細(xì)化并被高速甩出，最終形成超細(xì)纖維，該裝置及方法制備纖維過(guò)程高效綠色無(wú)污染，所制備纖維網(wǎng)面密度和取向度極高，纖維性能優(yōu)異，且裝置簡(jiǎn)單易加工，利于批量化制備超細(xì)纖維。<