[发明专利]一种基于微积分层叠的熔体静电纺丝装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于微积分层叠熔体静电纺丝装置及方法，属于静电纺丝领域。

背景技术

近年来，发展了许多制备纳米纤维的方法，如拉伸、模板聚合、相分离、自组织、静电纺丝等。其中静电纺丝方法是目前唯一能够直接连续制备聚合物纳米纤维的一种方法。静电纺丝工艺是在溶液或熔体供料端的喷头和接收装置间施加高压电场，使带有电荷的溶液或被极化的熔体在电场力的作用下形成泰勒锥，继而克服表面张力形成射流，在接收装置上获得超细纤维的过程。

静电纺丝分为熔体静电纺丝和溶液静电纺丝。熔体静电纺丝相对于溶液静电纺丝由于不使用有毒溶剂，因而更加经济、环保、安全，而且由于无需挥发溶剂，熔体静电纺丝效率也更高。目前对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百纳米级（亚微米级），并且提高其生产效率使其工业化。

中国发明专利CN201310167583.2中使用高压电场和高速离心力，高速旋转的纺丝喷腔可使纺丝装置纺出更细的纳米级超细纤维，但由于离心力作用收集装置为圆筒状，纺出的纤维不易于收集。

美国专利US20090121379A1提出利用电辅助和热风辅助，通过热风在喷嘴中央的吹拉作用提高丝的流动速度，再加上电场力作用，使得纤维细度达到200nm，但实施时是针对单根喷头和溶液纺丝，纺丝效率低。

中国发明专利CN201010556163.X提出伞状喷头，利用锥形结构喷头将单股熔体分散成多股，但是射流速度较小，限制了产量。

微积分层叠是将不同物料分别加入两台或多台挤出机内熔融塑化，熔体在汇流器中经过复合成双层或多层熔体，经过层叠器分割形成多股，扭转并展宽交汇完成一次层叠。经过多个串联的层叠器，聚合物熔体反复层叠即可得到交替多层复合材料，每层的厚度可达到纳米级。聚合物熔体在反复层叠的过程中，在拖曳流及剪切流的不断作用下，聚合物层厚不断变薄，但是微积分层叠多用于复合材料片或膜的挤出制备，很少应用于静电纺丝的熔体加工。

发明内容

针对现有的技术问题，本发明提出了一种基于微积分层叠的熔体静电纺丝装置及方法，目的是通过微积分层叠器的设计以及气体辅助内锥面喷头的应用，把层叠器和熔体静电纺丝结合起来，同时对两种不相容聚合物进行熔体纺丝，利用溶剂将得到的纤维中的一种聚合物溶解，得到另一聚合物更细的纤维，解决生产纳米级纤维的问题。

本发明为实现上述目的提出的技术方案是：一种基于微积分层叠的熔体静电纺丝装置，包括熔体输送装置、连接法兰、汇流器、层叠器、内锥分流式喷嘴、高压静电发生器、接地电极、基布、溶剂槽和空气加热系统，熔体输送装置通过连接法兰与汇流器进口相连，汇流器出口与层叠器的熔体入口连接，层叠器出口连接内锥分流式喷嘴，基布在内锥分流式喷嘴正下方对纤维进行连续运输，熔体经过喷嘴形成的复合纤维束在溶剂槽浸泡溶除一种聚合物后收卷起来，高压静电发生器高压电极安置在基布下面，空气加热系统出口连接到层叠器的气体入口细管，加热后的空气从左右气体入口细管进入，在层叠器内汇流后进入内锥分流式喷嘴的气流导柱。

本发明一种基于微积分层叠的熔体静电纺丝装置，内锥分流式喷嘴包括气流辅助内锥面喷嘴和附属温控设备，内锥分流式喷嘴接地，熔融的层叠流体以圆筒型式流入气体辅助内锥面喷嘴，熔体流经的零件周围有加热装置和测温装置；气流辅助内锥面喷嘴包括内锥分流式喷嘴体、气流导柱、电加热装置、气流喷头和内锥面，气孔均布，气流导柱和内锥面喷嘴体同心安装，在气流导柱下端通过螺纹连接气喷头，气喷头是利用锥面喷头上开有的均匀小槽将气体从气流导柱导出，在内锥面上气体均匀喷射，通过调节导柱下端螺纹的旋深可以调节气流大小。