[发明专利]一种应用于制备纳米纤维的气流转盘纺丝装置

说明书

技术领域

本发明属于纺织领域，特别是涉及一种制备纳米纤维的气流转盘纺丝装置。

背景技术

近年来，纳米纤维由于直径达到纳米尺度，比表面积很大，小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应非常显著，其制品的应用领域相当广泛，如组织再生支架、高容量储氢材料、微传感器、生化防护服、吸音材料、可滤除SARS病毒和炭疽热等病菌的过滤材料等。

熔喷非织造技术是制备超细纤维的主要方法，它利用高速高温气流将聚合物熔体拉伸成超细纤维。但是，熔喷超细纤维的直径一般为1～5μm。只有采用熔融流动速率很大的原料、较小的聚合物流量和速度很高的气流及很小的喷丝孔，才有可能使纤维直径减小至纳米数量级。但是，熔融流动速率越高，原料的价格越贵，生产成本越高。而聚合物流量过小，非织造布的产量过低。气体初始速度过高，能耗会急剧增加，生产成本相应提高。减小喷丝孔直径会导致喷丝孔的加工难度增加，过小的喷丝孔直径也使熔喷技术的原料适应性变差。目前，熔喷法制备纳米纤维方面的研究还停留在实验室阶段，未见工业化推广的报道。

静电纺丝是目前制备纳米纤维的主要手段。但是，单喷头静电纺丝机的产量非常低，无法用于工业化生产，而多喷头静电纺丝机和蜘蛛式静电纺丝机价格过于昂贵，一般企业无法承受。另外，纺丝工艺和纤维直径等产品质量指标的控制也远未达到工业化要求。

因此，有必要找到一种产量较高的纳米纤维制备方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种应用于制备纳米纤维的气流转盘纺丝装置，利用惯性力和气流力的共同作用将聚合物熔体或溶液迅速拉伸变细成为纳米纤维，产量较静电纺丝装置可大幅提高。

一种应用于制备纳米纤维的气流转盘纺丝装置，其特征在于：所述气流转盘纺丝装置包括喂料系统、供气系统以及喷丝系统，所述喂料系统与所述供气系统均连接至喷丝系统，所述喂料系统包括螺杆挤出机或纺丝液供给器、计量泵以及纺丝熔体或溶液分配流道，纺丝熔体或溶液从螺杆挤出机或纺丝液供给器出来，经计量泵和纺丝熔体或溶液分配流道进入纺丝熔体或溶液通道；所述供气系统包括空气压缩机、储气罐、供气管道以及气体集流腔，气体从空气压缩机出来，经储气罐和供气管道进入气体集流腔；所述喷丝系统包括喷丝转盘、电机和收集器；所述喷丝转盘的中轴为双层中空结构，最内层为芯轴，在电机作用下带动喷丝转盘旋转；所述喷丝转盘沿圆周方向均匀排列多个喷丝孔，每个喷丝孔外周均被环形气流喷嘴所包围，所述收集器围绕在喷丝转盘外周。

优选地，所述收集器围绕在喷丝转盘外周，与喷丝转盘的距离为0.05～0.30m。

优选地，所述芯轴外周包有内轴套，芯轴与内轴套之间有空隙，该空隙为纺丝熔体或溶液通道。

优选地，所述内轴套外周包有外轴套，内轴套与外轴套之间有空隙，该空隙为气流通道。

优选地，所述供气系统通过气流通道连接至喷丝系统。

优选地，所述供气系统中设有多个气体集流腔，从储气罐流出的气体分为多路分别通过供气管道流入多个气体集流腔中，再通过气流通道流至喷丝系统。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明采用具有多喷丝孔的喷丝转盘装置，利用其在高速旋转时所产生的惯性力使纺丝熔体或溶液从喷丝孔甩出形成丝条，单孔产量大大高于静电纺丝，从而克服了静电纺丝产量过低的缺点；

(2)本发明所采用的喷丝转盘装置，每个喷丝孔孔外周均被环形气流喷嘴所包围，纺丝熔体或溶液从喷丝孔挤出后形成的丝条沿喷丝转盘圆周切线方向甩出的同时被高速气流所包裹；丝条各部位离转轴越远，所受到的惯性离心力就越大，同时由于丝条向外甩出过程中相对于旋转的喷丝转盘还存在相对速度，因而还要受到科氏惯性力的作用；另外，由于丝条速度低于气体速度，两者之间的速度差使得气流对丝条产生了很大的拉伸力；因此丝条在惯性离心力、科氏惯性力和气流力共同作用下拉伸变细，直径达到几百纳米，比熔喷超细纤维的直径低一个数量级，从而克服了熔喷纤维难于纳米化的缺点；

(3)本发明结合上述两个技术特点，既解决了静电纺丝产量过低的问题，又解决了熔喷纤维难于纳米化的问题。

附图说明

为了更清晰地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种应用于制备纳米纤维的气流转盘纺丝装置的一具体实施方式的平面结构示意图；