一種基於氣流多氣泡法的複合納米纖維製備機構的製作方法

2023-07-02 18:39:11

本實用新型屬於紡織纖維製備裝置技術領域，具體涉及一種基於氣流多氣泡法的複合納米纖維製備機構。

背景技術：

材料是人類文明進步的物質基礎，材料的更新與進步更是促進了人類社會的發展。複合材料是指由兩種或兩種以上不同物理性質、化學性質的材料，以微觀、細觀或宏觀等不同的結構尺度與層次，經複雜的空間組合而形成的一個材料系統。複合材料在性能與結構上能相互取長補短，並且其綜合性能優於單一原材料，還附加了一些特殊功能。

在紡織材料領域，不同組分纖維材料的複合有許多種途徑，它們能在不同的環節進行。例如：纖維材料的複合可以採用高聚物共聚改性，高聚物混合，複合紡絲，轉杯紡等混紡、混纖和纏繞，交織、混編成型，甚至織物複合、纖維材料與各種基質材料複合等方法。不同材料、不同性能纖維的複合化，不僅能彌補單一組份纖維的缺陷，發揮複合纖維的組合優勢，而且通過纖維的複合化，能開發出許多功能性纖維，如：具有包括芯鞘複合型、並列複合型以及具有鑲嵌結構、中空微孔結構、不完全包芯結構等特殊結構的複合形式，使紡織纖維與面料具有單一材料無法表現出的新風格、新結構及特殊功能。

隨著納米科學與技術的飛速發展，纖維的超細化已經成為紡織革新的發展方向。而納米纖維製品是納米紡織的重要組成元素，因此如何開發新技術、創造新的納米紡織品是研究者們在納米纖維製造技術上不斷追求的目標，而複合納米纖維的製備是其中一個亟待解決的難題。

目前，常用的製備複合納米纖維的裝置主要有靜電紡絲、熔噴法、吹液法或溼法紡絲等，但在實際應用中這些方法大多存在設備複雜、工藝繁瑣、結構單一、流程長及產量低的缺點，而且紡絲時針頭尺寸小，容易堵塞，另外紡絲溶液的性質對紡絲影響大，因此需要尋求新的製備複合納米纖維的裝置。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種基於氣流多氣泡法的複合納米纖維製備機構，實現了一步法製備複合納米纖維，整個機構在使用中具有高效穩定及快捷方便的優點。

本實用新型所採用的技術方案是，一種基於氣流多氣泡法的複合納米纖維製備機構，包括有儲液單元、高溫高速氣流發生裝置及接收裝置；儲液單元，包括有豎直設置的兩根儲液管，每根儲液管的上端和管壁下部均設置有開口，每根儲液管管壁上的開口都通過導氣管與一個發泡氣泵連接，每個發泡氣泵能使所連接的儲液管內添加的紡絲液形成聚合物多氣泡，每根儲液管上端的開口用於將聚合物多氣泡輸出；高溫高速氣流發生裝置和接收裝置均靠近儲液單元設置，高溫高速氣流發生裝置連接熱氣流噴管，且熱氣流噴管的最終出氣方向正對 著接收裝置，經高溫高速氣流發生裝置處理後的氣流由熱氣流噴管噴出後，能對每根儲液管輸出的聚合物多氣泡進行吹拉細化，並使產物飛落在接收裝置上。

本實用新型的特點還在於：

在儲液單元：兩根儲液管的設置結構為：呈同軸嵌套設置或並排設置。

兩根儲液管呈並排設置時，兩根儲液管之間的距離為1mm～100mm，兩根儲液管之間的高度差為0mm～20mm。

兩根儲液管呈同軸嵌套設置時，兩根儲液管之間的高度差為0mm～20mm。

儲液管的橫截面形狀為圓形、矩形、三角形或梯形；

儲液管的管徑為0.1mm～200mm，且儲液管的高度為1cm～50cm。

導氣管上設置有氣閥。

高溫高速氣流發生裝置用於產生及儲備氣流，並且能根據實際需要對氣流的溫度和速度進行調節；高溫高速氣流發生裝置連接一根熱氣流噴管，熱氣流噴管的出氣口與儲液單元內的每根儲液管之間的距離為1mm～250mm，與接收裝置之間的距離為1cm～150cm。

熱氣流噴管的出氣口的形狀為圓形、矩形、三角形或梯形多邊形，且熱氣流噴管的出氣口的面積為0.1cm2～100cm2。

接收裝置為平板或滾筒形式的接收裝置。

本實用新型的有益效果在於：

(1)本實用新型一種基於氣流多氣泡法的複合納米纖維製備機 構，具有結構簡單、操作方便及工藝流程短的優點，其利用高溫高速氣流直接對聚合物多氣泡進行吹拉細化，實現了一步法製備出納米纖維或複合納米纖維。

(2)在利用本實用新型一種基於氣流多氣泡法的複合納米纖維製備機構製備複合納米纖維的過程中，氣泡破裂時會產生許多射流，相對於傳統的紡絲頭擠壓射流，不僅產量會大幅度提高，還避免了紡絲頭易堵的缺點，也無需頻繁更換和清洗噴絲孔。

(3)由於射流在氣流不同的作用方式下會呈現彌散式碰撞以及多纏結現象，而本實用新型一種基於氣流多氣泡法的複合納米纖維製備機構通過對射流複合過程的調控，能獲得抱合、纏結、鑲嵌及核殼等結構特殊、樣式新穎的複合納米纖維。

(4)本實用新型一種基於氣流多氣泡法的複合納米纖維製備機構，通過改變氣流的參數、作用方式和多氣泡噴嘴的位置，能使具有不同類型與性能的聚合物以多種方式直接複合，僅一步法就能製備出形式多樣的複合納米纖維。

附圖說明

圖1是本實用新型一種基於氣流多氣泡法的複合納米纖維製備機構的結構示意圖。

圖中，1.儲液單元，2.高溫高速氣流發生裝置，3.發泡氣泵，4.熱氣流噴管，5.接收裝置，6.導氣管。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施方式對本實用新型進行詳細說明。

本實用新型一種基於氣流多氣泡法的複合納米纖維製備機構，其結構如圖1所示，包括有儲液單元1、高溫高速氣流發生裝置2及接收裝置5；儲液單元1，包括有豎直設置的兩根儲液管，每根儲液管的上端和管壁下部均設置有開口，每根儲液管管壁上的開口都通過導氣管6與一個發泡氣泵3連接，每個發泡氣泵3能使所連接的儲液管內添加的紡絲液形成聚合物多氣泡，每根儲液管上端的開口用於將聚合物多氣泡輸出；高溫高速氣流發生裝置2和接收裝置5均靠近儲液單元設置，高溫高速氣流發生裝置2連接熱氣流噴管4，且熱氣流噴管4的最終出氣方向正對著接收裝置5，經高溫高速氣流發生裝置2處理後的氣流由熱氣流噴管4噴出後，能對每根儲液管輸出的聚合物多氣泡進行吹拉細化，並使產物飛落在接收裝置5上。

在儲液單元1內：兩根儲液管的設置結構為：呈同軸嵌套設置或並排設置。當兩根儲液管呈並排設置時，兩根儲液管之間的距離為1mm～100mm，兩根儲液管之間的高度差為0mm～20mm。當兩根儲液管呈同軸嵌套設置時，兩根儲液管之間的高度差為0mm～20mm(即兩根儲液管的高度可以相同也可以不同)。

另外，在儲液單元1內，不同規格的儲液管，其橫截面形狀可以相同，也可以不同。另外，不同規格的儲液管中注入的紡絲液可以相同，也可以不同。

儲液管的橫截面形狀為圓形、矩形、三角形、梯形或多邊形；儲液管的管徑為0.1mm～200mm，且儲液管的高度為1cm～50cm。

發泡氣泵3用於為所連接的儲液管提供氣流，並調節發泡速率至 穩定狀態，最終能在所連接的儲液管中使紡絲液形成持續且穩定的聚合物多氣泡。由於發泡氣泵3設置的數目與儲液單元1內儲液管的設置數量相同，能一對一的為相應儲液管提供氣流並調節發泡速率。

為了方便控制，在導氣管6上設置有氣閥；另外，導氣管6與儲液管管壁上的開口連接，可以將該開口設置於儲液管管壁上靠近下部處，與底端的距離為3mm，便於有效利用接近儲液管底部的紡絲液。

高溫高速氣流發生裝置2用於產生及儲備氣流，並且能根據實際需要對氣流的溫度和速度進行調節；高溫高速氣流發生裝置2的出口與熱氣流噴管4連接，所產生輸出的氣流溫度為10℃～400℃，氣流速度為5m/s～300m/s。

高溫高速氣流發生裝置2連接一根熱氣流噴管4，該根熱氣流噴管4的出氣口與儲液單元1內的每根儲液管之間的距離為1mm～250mm，與接收裝置5之間的距離為1cm～150cm。

熱氣流噴管4的出氣口的形狀為圓形、矩形、三角形、梯形或多邊形，且熱氣流噴管4的出氣口的面積為0.1cm2～100cm2。

接收裝置5為平板、滾筒或其他形式的接收裝置，接收裝置5上可以有網眼，也可以無網眼。

利用本實用新型一種基於氣流多氣泡法的複合納米纖維製備機構可以製備納米纖維或複合納米纖維；

製備普通納米纖維的方法：先將同一種紡絲液分別注入到儲液單元1中的兩根儲液管中，將兩根儲液管各通過導氣管6與一個發泡氣泵3連接，啟動發泡氣泵3後，兩根儲液管內的紡絲液形成穩定持續 地聚合物多氣泡，並通過兩根儲液管上端的開口輸出；與此同時，開啟高溫高速氣流發生裝置2，高溫高速氣流發生裝置2內能產生溫度為10℃～400℃、流速為5m/s～300m/s的氣流，且該氣流能通過熱氣流噴管4噴射出來；經熱氣流噴管4噴射出來的氣流能將兩根儲液管上端輸出的穩定持續地聚合物多氣泡吹拉細化；最終使產物飛落在接收裝置5上，在接收裝置5上形成納米纖維。

製備複合納米纖維的方法：將兩種不同的紡絲液分別注入到兩根的儲液管中，將兩根儲液管各通過導氣管6與一個發泡氣泵3連接，啟動發泡氣泵3，在每根儲液管內，紡絲液均能形成穩定持續地聚合物多氣泡，並能通過每根儲液管上端的開口輸出；開啟高溫高速氣流發生裝置2，高溫高速氣流發生裝置2內能產生溫度為10℃～400℃、流速為5m/s～300m/s的氣流，且該氣流能通過至少一根熱氣流噴管4噴射出來；由熱氣流噴管4噴射出來的氣流能將不同儲液管上端輸出的穩定持續地聚合物多氣泡吹拉細化；最終產物飛落在接收裝置5上，在接收裝置5上形成複合納米纖維。

本實用新型一種基於氣流多氣泡法的複合納米纖維製備機構，其根據氣泡表面張力小、氣泡破裂會產生大量射流碎片的原理以及氣流在加工速度、生產成本和環境保護與清潔的獨特優勢，利用一定溫度、速度的氣流通過克服多組儲液管中聚合物溶液生成的氣泡薄膜的表面張力，使多組氣泡被拉伸破裂，且其碎片射流之間相互抱合、碰撞與纏結，並在氣流作用下被進一步拉伸細化，形成複合納米纖維的技術。