[发明专利]一种用于制备微米或纳米纤维的机械式气泡纺丝装置

说明书

技术领域

本发明专利属于纺丝设备领域，特别是涉及一种制备微米或纳米纤维的机械式气泡纺丝装置。

背景技术

由于具有超高比表面积、极大长径比、高表面活性、优越的机械性能(高强高韧)等特点，纳米纤维得到了越来越广泛的应用。静电纺丝法制备纳米纤维是当前最有效最直接的方法之一，目前工业以及实验室研究多采用该纺丝装置。静电纺丝存在的瓶颈问题，装置组成之一微量注射泵的推进速率导致效率极低，毛细针头做喷丝头同样遏制效率提高；需要使用高压静电电压提供上千伏的电势，操作存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明为了解决制备纳米纤维存在的技术问题所采用的技术方案是：提供一种可低能耗高效率制备微米或纳米纤维的机械式气泡纺丝装置，该装置由滚筒、接收板、贮液池、气泵、导气管、喷头、摆丝组成。贮液池上端开口，底面设有喷头经由导气管与气泵相连。贮液池上方设有滚筒，摆丝固定在滚筒表面，接收板位于贮液池的后方，且棱状凸起8与摆丝旋转形成的圆周相接。

贮液池底面设有喷头，喷头竖直向上，喷头高度高于贮液池的底面且低于自由液面(0cm＜喷头高度＜液面高度)，可根据液面高度、摆丝的长度以及所需气泡产生的频率和大小等相关参数进行相应调节。

喷头的数量最小为1个，最大无上限，根据生产效率、产量以及贮液池的尺寸和形状进行选择。而且喷头在贮液池底面可各种规律排列(线性排列、圆周排列等)，也可随机排列。

喷头的截面可为圆形，也可为方形或任意形状。喷头的气孔可开在管壁，也可开在管顶，气孔的数量根据生产效率及产量而定，提高生产效率时，则增大气孔数，其范围：最小为1个，最大无上限。

根据生产效率所需要的气泡的产生频率与数量，气流的流速范围控制为0m/s～100m/s，压强控制范围为0Pa～10MPa。

摆丝固定在滚筒表面，其长度根据贮液池的高度及液面高度调节，使其垂向液面的一端可与产生的纺丝溶液或熔体气泡充分接触。

摆丝的直径范围为0.00μm～10cm，根据需要生产纤维的细度而定；摆丝的材质为柔性材料，与纺丝溶液或熔体相互接触状态稳定，以不发生化学反应为宜；摆丝也可制成摆面，材质同样选取为柔性材料，这样纺制出的产品则为膜状材料。

摆丝的根数大于一根，没有上限，排列密度根据滚筒的长度以及纺丝效率而定，沿滚筒的表面或规律排列(例如线性排列，圆周排列等)或随机随机排列，并依据滚筒的直径可平行排列若干排。

接收板与摆丝旋转而成的圆周相接处存在一个棱状凸起，该凸起与板体间的夹角范围大小为0～90°。

滚筒的转动方向，在右视图中为顺时针方向，正视图中为右手螺旋，向内旋转。

气泡的产生途径即可通过喷头喷出外，还可通过向溶液内加入发泡剂，或将熔体加热沸腾，形成丰富的气泡。

作为优选的技术方案：所述的喷头多个排成一列，摆丝可多根排成一排，可在滚筒上放置多排。

有益效果

可实现微米或纳米纤维的高效率、低能耗、连续化生产，仅仅使用机械旋转的摆丝与鼓泡的溶液或熔体就能够制备纤维，且生产效率高、设备简单、生产成本低廉、生产过程短、操作简单、可适性强，完全满足当前工业化商业化对微米或纳米纤维及其相关产品的需求。

本发明工作时，首先在贮液池3中注入聚合物溶液或熔体，所加液量应高于喷头6的高度(将喷头6充分没入)，低于贮液池的高度，并能使摆丝7的末端完全浸入。打开气泵4，施加较低气压，持续一段时间，待气流压强和流速稳定后，逐渐加大气压，进入喷头6的溶液或熔体已排出，自由液面上形成有规律的气泡。开启滚筒1的动力开关，使滚筒1以稳定的转速旋转，当摆丝7转至自由液面上时，与产生的气泡接触，此时摆丝7的末端已浸渍纺丝溶液或熔体，当其转离液面，由于聚合物溶液或熔体的粘性力，溶液或熔体被抽拉出溶液成丝状。由于惯性力、粘性力、重力以及旋转产生的离心力，连续、细长的纤维就产生了。当摆丝7转至接收板2处时，摆丝7的末端粘附着的纤维与棱状凸起8相割，纤维与摆丝7分离，沉积在接收板2上，最终溶剂挥发，形成大量的微米和纳米级纤维。

附图说明

图1本发明的结构正视图

图2本发明结构右视图

图3本发明结构俯视图

其中，1-滚筒，2-接收板，3-贮液池，4-气泵，5-导气管，6-喷头，7-摆丝，8-棱状凸起。

具体实施方式