[发明专利]静电纺丝法连续制备无纺布制品的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用静电纺丝法制备超细纤维的装置，属于静电纺丝领域。

背景技术

静电纺丝又称电纺，早在1930年美国专利US1975504就已报道过静电纺丝法，于1993年这一技术才被定义为静电纺丝技术。近年来，随着纳米科技的升温，静电纺丝技术已经成为当今最热门的研究领域之一，目前已有50多种聚合物成功通过静电纺丝法制得超细纤维，制得的纤维直径一般在几十纳米至1μm之间，最小直径可达1nm。静电纺丝的原理可以简述为，在高压静电场中，聚合物溶液或熔体在电场力的作用下，从毛细管末端形成细流飞向接收装置，细流在达到接收装置前产生高度拉伸，溶液中的溶剂蒸发或熔体固化，最后在接收装置上形成超细纤维。静电纺丝法应用广泛，从工业用的合成聚合物到纤维素、骨胶原、蛋白质、DNA复合体等各种原料都能进行纺丝，还可以在纺丝过程中加入抗生物质、纳米粒子等制备出各种功能材料。

熔喷法是目前工业生产非织造材料的最常用的方法，是依靠高速、高温气流喷吹聚合物熔体使其得到迅速拉伸而制备超细纤维的一种方法，熔喷装置中熔喷模头的设计和加工是决定产品质量优劣的主要因素，熔喷模头中的高压热空气流道设计复杂，而且熔喷模头的喷丝孔孔径小、孔数多、线性排列，模头的加工难度很大，且典型的纤维直径为2～5μm，而静电纺丝法在工业化规模化生产中虽然还比较少，但是静电纺丝法一直被公认为是制备超细纤维最简单有效的方法，生产装置相比熔喷法要简单，一次性投资的成本和长期运行的维护成本低，试验中可以获得的纤维直径为几十纳米到1μm之间，且纤维直径有进一步减小的可能性。所以静电纺丝法可以制备纤维直径更细、过滤性能更好的非织造材料。随着技术的发展熔体静电纺丝法很有可能会代替熔喷法用于非织造材料的批量生产。

目前关于静电纺丝的研究大多集中在溶液静电纺丝方面，对于熔体静电纺丝，由于其装置相对复杂，纺制的纤维相对较粗，因而对于它的研究相对较少。溶液静电纺丝虽然可以纺出小至几十纳米的纤维，但溶剂的使用使它出现了一系列的问题，如溶剂的回收问题、应用于生物医药领域的安全问题、聚合物和溶剂的搭配问题、溶剂蒸发引起纤维表面缺陷、使用溶剂的昂贵成本和产量低等问题。与溶液静电纺丝法相比，熔体静电纺丝是一种比溶液静电纺丝更加经济、环保、高效、安全的制备超细纤维的方法，因而熔体静电纺丝更有希望使静电纺丝技术走向工业化。目前关于熔体静电纺丝要解决的关键问题就是使微米级的纤维直径进一步减小至纳米级，并且进一步提高其生产效率及其工业化。

美国专利US6616435中提到了实现静电纺丝法工业化生产非织造超细纤维的装置。但是，在该专利中还存在一些不足。首先，该专利中描述的主要是溶液静电纺丝法，对熔体静电纺丝法只是粗略提及，并没有给出熔体静电纺丝法生产非织造材料的具体方案和装置，而且溶液静电纺丝法纤维表面缺陷引起的纤维质量问题、溶剂回收问题、环保问题、生产成本等众多问题成了阻碍静电纺丝法工业化发展的障碍；其次，由于溶液静电纺丝法中聚合物溶液的制备需要一定工序和较长的准备时间，所以使生产不连续、生产效率低，很难实现高效率、规模化生产。同时，该专利中所提到的装置产量低。

发明内容

本发明提出一种熔体静电纺丝法连续制备无纺布制品的装置，以解决溶液静电纺丝中溶剂的使用而带来的诸多问题，同时欲克服熔喷法生产非织造材料的装置中纤维直径粗、装置制造难度大、维护成本高等缺点。熔体静电纺丝法装置制备的纤维直径细、产量大、生产效率高、生产过程安全环保，必将成为今后制备超细纤维的主导装置。

为实现上述目的技术方案是，一种静电纺丝法连续制备无纺布制品的装置，主要包括：熔体输送装置、熔体计量泵、静电纺丝模头、模头温控装置、高压静电发生装置、收集装置和支架。熔体输送装置直接与熔体计量泵的进口连接，熔体计量泵的出口与静电纺丝模头连接，模头温控装置安装在静电纺丝模头上或分布于静电纺丝模头内，用于控制静电纺丝模头的温度，静电纺丝模头内有分配流道，所述的分配流道将一股熔体均匀分配为多股流体，多股流体的末端连接喷丝板，喷丝板有细孔，高压静电发生装置的两个电极中一个电极与静电纺丝模头连接，另一电极与置于收集装置中基布下方的电极网连接，收集装置置于静电纺丝模头正下方实现对纺制纤维的收集，支架支撑于静电纺丝模头处，用于熔体计量泵或静电纺丝模头或高压静电发生装置的支撑。