連續高效納米纖維非織造布的製備方法和生產裝置的製作方法
2023-05-31 21:19:56 3
專利名稱：連續高效納米纖維非織造布的製備方法和生產裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬納米纖維非織造布領域，特別是涉及一種納米纖維非織造布的製備方法和生 產裝置。
背景技術：
靜電紡絲技術始於20世紀30年代，是一種直接生產納米纖維常用方法。該方法工藝 流程短，操作簡單，其產品多用於高效的過濾材料、生物醫學材料、化學傳感器等高科技 領域。
傳統的靜電紡絲方法為單噴頭式靜電紡絲裝置，這種設備生產效率低，產量約為 0.1-1.0g/h，遠遠不能滿足工業化生產要求。近年來，為了提高靜電紡絲生產效率，人們 在紡絲裝置和生產方法上作了較多的研究。美國專利(US6616435B2， US6689374B2， US6713011B2, US6743273B2)設計了多噴頭連續靜電紡絲裝置。中國專利(申請號 200310109222.9，公開號CN1546753A)製備了共軸複合連續納/微米纖維的多噴頭靜電紡 絲裝置。但是，在多噴頭靜電紡絲系統中，周邊噴頭噴射出的納米纖維因受到相鄰噴頭噴 射的帶有同種電荷的納米纖維的靜電排斥，導致周邊噴頭噴出的納米纖維飛散，並且影響 了溶劑的揮發，因此目前多噴針頭靜電紡絲裝置噴針頭排列都較稀疏， 一般兩相鄰噴針頭 相距10-20釐米，大大制約了產量的提高，而且工藝複雜，難以控制。
歐洲專利(W02005024101)設計了一種無噴頭納米纖維紡絲機將帶電金屬棒部分浸 沒在其下方的聚合物溶液中的，通過金屬棒的旋轉汲取溶液並將溶液帶出到金屬棒的表面 以形成Taylor錐，然後在靜電場作用下拉伸成絲。但實驗證明，當金屬棒在聚合物溶液 中旋轉時，特別容易在在金屬棒表面形成一層聚合物膜，隨著實驗的進行，聚合物膜的厚 度會變厚，嚴重影響紡絲的進行。因此，此種靜電紡絲方法，對金屬棒浸入紡絲液的深度、 金屬棒的轉速和溶液濃度等工藝參數設置的要求苛刻， 一旦條件達不到，在金屬棒表面就 不能形成Taylor錐，從而使紡絲難以進行。
高效連續式靜電紡納米纖維非織造布的製備裝置和方法(申請號200810032247.6)採 用濺射方式供液方式，通過將聚合物溶液從均勻分配器上滴落在金屬滾筒上，金屬滾筒帶 有高壓正電，並以一定的速度旋轉，紡絲溶液在靜電力，重力，以及離心力的綜合作用下 在金屬滾筒表面產生Taylor錐，從而進行紡絲。這種方法改進了紡絲溶液的餵給方式， 並且提高了纖維的接收面積，對提高纖維生產效率起到了積極的作用，但是實驗發現，濺 射式溶液供給方式會出現溶液滴落在金屬滾筒時發生溶液飛濺的現象，特別在溶液粘度較小的情況下液滴會直接飛濺到纖維接收網上，不僅影響生產的進行，還會影響纖維非織造 布的質量。另外濺射式供給裝置難以控制溶液在金屬滾筒表面的分布，會造成溶液分布不 均勻，從而影響Taylor錐的分布，最終使得沉積在纖維接收網上的纖維分布不均勻。
針對以上靜電紡絲裝置所存在的問題，本發明提出了一種採用紡絲溶液擠出式靜電紡 絲裝置。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種連續高效納米纖維非織造布的製備方法和生 產裝置，以解決現有技術中纖維分布不均勻、生產效率低的缺陷。 技術方案
本發明提供一種連續納米纖維非織造布的生產裝置，包括有供液系統，所述的供液系 統的出口接進液管(8)，進液管(8)通過連接機構通入空心金屬滾筒(6)的內腔，金屬 滾筒(6)外依次裝有和其軸心相同的金屬篩網(10)與纖維接收網(11)，纖維接收網(11) 上裝有退繞滾筒(12)和巻繞滾筒(13)，所述的空心金屬滾筒(6)和金屬篩網(10)均 為圓柱形，金屬篩網(10)底部有缺口，空心金屬滾筒(6)上開有毛細孔(7)。
所述的毛細孔(7)均布開在空心金屬滾筒(6)上，分布成平紋型式、斜紋型式或緞 紋型式。
所述的供液系統包括溶解釜(1)、過濾器(2)、儲液桶(3)和計量泵(4)，所述 的溶解釜(1)通過過濾器(2)順次連接儲液桶(3)和計量泵(4)，計量泵(4)的出 口接進液管(8)。
所述的連接機構為由絕緣材料製成的空心軸(9)固定連接空心金屬滾筒(6)的入口 處，進液管(8)由滾珠軸承(5)支撐穿過空心軸(9)通入空心金屬滾筒(6)中。 底部還裝有一個紡絲溶液回收槽(14)。 一種連續高效納米纖維氈的製備方法，包括以下步驟
1) 在溶解釜(1)中配製聚合物紡絲溶液(15)，經過過濾器(2)過濾後 暫存於儲液桶(3)中；
2) 將金屬滾筒(6)與高壓靜電發生器的正極相連並施加合適的電壓，將 金屬篩網(10)接地；
3) 使金屬滾筒(6)以2 5r/min旋轉；
4) 計量泵(4)以11 13L/h體積流量向金屬滾筒(6)內部輸送紡絲溶 液(15);5)使巻繞滾筒(13)迴轉，驅動纖維接收網(11)運動，連續接收納米 纖維；
還包括一個回收從金屬滾筒(6)上滴落下來的紡絲溶液(15)到進入紡絲溶液回收 槽(14)以重複利用的步驟。
金屬滾筒(6)為空心結構，且在金屬滾筒表面有按一定規律分布的毛細孔(7)，可 使進入金屬滾筒內部的紡絲液從按一定規律分布的毛細孔流出後能夠均勻地分布於金屬 滾筒表面。紡絲時，金屬滾筒接高壓靜電發生器正極，並以一定的速度旋轉，從而使聚 合物溶液在離心力的作用下，形成Taylor錐；進液管(8)由安裝在空心軸(9)內的滾 珠軸承(5)支撐，保證紡絲液正常餵入的同時金屬滾筒可自由旋轉。金屬篩網(10)接 地，在金屬滾筒和金屬篩網之間形成高壓電場；由於金屬滾筒和金屬篩網呈共軸配置，從 而保證產生的電場較為均勻。紡絲溶液回收槽(14)用來對金屬滾筒上滴落的紡絲溶液進 行回收，達到循環使用的目的。 有益效果
1. 紡絲溶液(15)通過計量泵經連接機構輸送至金屬滾筒(6)的內腔，並通過毛細 孔(7)擠出，從而避免了濺射式紡絲溶液供給紡絲所產生的溶液飛濺現象。
2. 分布於金屬滾筒(6)表面的毛細孔(7)按照一定的規律配置，從而使得紡絲溶 液均勻的分布於金屬滾筒(6)表面，避免了聚合物射流(16)在金屬滾筒表面分布不均 勻的現象。
3. 旋轉金屬滾筒上的毛細孔的分布採用平紋、斜紋、緞紋分布型式，減小了毛細孔 排列密度，在提高紡絲生產效率的同時減小了Taylor錐間的靜電排斥作用，克服了多噴頭 靜電紡絲裝置由於靜電排斥而釆用稀疏噴頭排列，最終造成產量低和產品疏鬆的缺點。
4. 金屬滾筒(6)與空心軸(9)固定連接，空心軸(9)通過滾珠軸承(5)與計量 泵(4)相連接，從而實現溶液的餵入與金屬滾筒的旋轉同步進行。
5. 金屬滾筒(6)與金屬篩網(10)均為圓柱形，金屬篩網(10)在底部留有缺口以 供紡絲溶液進入廢液回收裝置(14)，且呈共軸配置，從而產生較為均勻的電場，優化了 連續高效納米纖維非織造布的生產裝置的電場分布；
6. 紡絲溶液均勻分布於金屬滾筒(6)表面，在離心力、重力以及電場力的作用下產 生Taylor錐。與傳統靜電紡絲手段相比，增加了離心力的作用，有利於Taylor錐的形成；
本發明通過從旋轉金屬滾筒內部擠出紡絲溶液，避免了原有的高速靜電紡絲所採用的 濺射式供給方式所帶來的溶液飛濺所造成的浪費，以及對纖維氈的質量所造成的影響。另外紡絲溶液在整個金屬電極表面均勻分布，因而整個金屬電極表面都可以隨機產生泰勒 錐，極大地提高了紡絲效率。正負電極都呈圓柱形，所形成的電場更加均勻，從而有利於 提高纖維氈的質量並且還可以對紡絲溶液進行回收利用；通過退繞滾筒(12)和巻繞滾筒 (13)的作用可實現納米纖維非織造布的連續接收。用本發明製備納米纖維非織造布不僅 生產效率高，而且形成的非織造布的厚度均勻，有利於靜電紡絲的規模化生產。
圖1為供液系統與紡絲裝置；
圖2為本發明裝置總體結構示意圖3為平紋型式毛細孔分布型式示意圖4為斜紋型式毛細孔分布型式示意圖5為緞紋型式毛細孔分布型式示意圖。
具體實施例方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明 而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術 人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限 定的範圍。
實施例1
稱取52.6g聚乙烯醇1750溶解於1000w/去離子水中，加入適量氯化鈉和檸檬酸，制 成質量濃度為5%透明無沉澱的聚合物紡絲溶液15。計量泵4以11L/h向金屬滾筒6推進 紡絲溶液15,金屬滾筒6長度為50cw，外徑為5c附，內徑為3.5cw，轉速為2r/min， 金屬滾筒6上毛細孔7直徑為1.5m/n，如圖4所示，毛細孔7分布型式為斜紋型式，孔 數為48個。正負電極間的距離為40cm，施加電壓為40《r。按照上述實施步驟，製得納 米纖維非織造布，纖維直徑分布在390-670wn之間，平均產量為21g/A。
實施例2
稱取87g將聚乙烯醇1750溶解於1000w/去離子水中，加入適量氯化鈉和檸檬酸，制 成質量濃度為8%透明無沉澱的聚合物紡絲溶液15。計量泵4以12丄// 向金屬滾筒6推進 紡絲溶液15,金屬滾筒6長度為50cw，外徑為5c/n，內徑為3.5cw，轉速為4r/min， 金屬滾筒6上毛細孔7直徑為1.5wm，如圖3所示，毛細孔7分布型式為平紋型式，孔 數為69個。正負電極間的距離為30cm，施加電壓為54KF。按照上述實施步驟，製得納米纖維非織造布，纖維直徑分布在320-610nw之間，平均產量為28g/A。
實施例3
將聚環氧乙烷(分子量100萬)63.8g溶解於1000m/去離子水中，在常溫水域中攪 拌配製成質量濃度為6%透明無沉澱的聚合物紡絲溶液15。計量泵4以12丄/;z向金屬滾筒6 推進紡絲溶液15,金屬滾筒6長度為50cm ,外徑為5cm ，內徑為3. 5cw ，轉速為3Wmin , 金屬滾筒6上毛細孔7直徑為1. 5mm ,如圖5所示，毛細孔7分布型式為緞紋型式，孔 數為32個。正負電極間的距離為30cw，施加電壓為50《F。按照上述實施步驟，製得納 米纖維非織造布，纖維直徑分布在230-580nm之間，平均產量為18g/h。
實施例4
將聚環氧乙烷(分子量100萬)87g溶解於1000w/去離子水中，在常溫水域中攪拌 配製成質量濃度為8%透明無沉澱的聚合物紡絲溶液15。計量泵4以13L/h向金屬滾筒6 推進紡絲溶液15，金屬滾筒6長度為50cw ，外徑為5cm ,內徑為3. 5cm ，轉速為5r/min ， 金屬滾筒6上毛細孔7直徑為1.5m附，如圖4所示，毛細孔7分布型式為斜紋型式，孔 數為48個。正負電極間的距離為35cm，施加電壓為55《r。按照上述實施步驟，帝,納 米纖維非織造布，纖維直徑分布在280-610nm之間，平均產量為24g/h。
權利要求
1.一種連續高效納米纖維非織造布的生產裝置，包括有供液系統，噴絲裝置，供液系統與金屬滾筒的連接機構、接收裝置，其特徵是所述的供液系統的出口接進液管(8)，進液管(8)通過連接機構通入空心金屬滾筒(6)的內腔，金屬滾筒(6)外依次裝有和其軸心相同的金屬篩網(10)與纖維接收網(11)，纖維接收網(11)上裝有退繞滾筒(12)和卷繞滾筒(13)，所述的空心金屬滾筒(6)和金屬篩網(10)均為圓柱形，金屬篩網(10)底部有缺口，空心金屬滾筒(6)上開有毛細孔(7)。
2. 如權利要求1所述的連續高效納米纖維非織造布的生產裝置，其特徵是所述的毛細 孔(7)均布開在空心金屬滾筒(6)上，分布成平紋型式、斜紋型式或緞紋型式。
3. 如權利要求1所述的連續納米纖維非織造布的生產裝置，其特徵是所述的供液系統 包括溶解釜(1)、過濾器(2)、儲液桶(3)和計量泵(4)，所述的溶解釜(1)通 過過濾器(2)順次連接儲液桶(3)和計量泵(4)，計量泵(4)的出口接進液管(8)。
4. 如權利要求1所述的連續高效納米纖維非織造布的生產裝置，其特徵是所述的連接 機構為由絕緣材料製成的空心軸(9)固定連接空心金屬滾筒(6)的入口處，進液管(8)由滾珠軸承(5)支撐穿過空心軸(9)通入空心金屬滾筒(6)中。
5. 如權利要求1 4中任意一權利要求所述的連續高效納米纖維非織造布的生產裝置，其 特徵是底部還裝有一個紡絲溶液回收槽(14)。
6. —種連續高效納米纖維非織造布的製備方法，其特徵是包括以下步驟1) 在溶解釜(1)中配置聚合物紡絲溶液(15),經過過濾器(2)過濾後 暫存於儲液桶(3)中；2) 將金屬滾筒(6)與高壓靜電發生器的正極相連並施加合適的電壓，將金屬篩網(10)接地；3) 使金屬滾筒(6)以2 5r/min旋轉；4) 計量泵(4)以11 13L/h體積流量向金屬滾筒(6)內部輸送紡絲溶 液(15);5) 使巻繞滾筒(13)迴轉，驅動纖維接收網(11)運動，連續接收納米 纖維。
7. 如權利要求6所述的連續高效納米纖維非織造布的製備方法，其特徵是還包括一個 回收從金屬滾筒(6)上滴落下來的紡絲溶液(15)到進入紡絲溶液回收槽(14)以重 複利用的步驟。
全文摘要
本發明涉及一種連續高效納米送紡絲溶液(15)；用本發明製備納米纖維非織造布不僅生產效率高，而且形成的纖維非織造布的厚度纖維非織造布的製備方法和生產裝置，生產裝置包括有供液系統、進液管(8)、連接機構、金屬滾筒(6)，金屬滾筒(6)外依次裝有和其軸心相同的金屬篩網(10)與纖維接收網(11)，纖維接收網(11)上裝有退繞滾筒(12)和卷繞滾筒(13)，空心金屬滾筒(6)上開有毛細孔(7)。製備方法包括以下步驟1)配置聚合物紡絲溶液(15)；2)將金屬滾筒(6)與金屬篩網(10)間加電場；3)使金屬滾筒(6)按一定速度旋轉；4)計量泵(4)向金屬滾筒；(6)內部輸均勻；5)接收納米纖維。有利於靜電紡絲的規模化生產。
文檔編號D04H3/00GK101298724SQ200810039299
公開日2008年11月5日 申請日期2008年6月20日 優先權日2008年6月20日
發明者孫亞峰, 王新厚 申請人:東華大學