專利名稱：：一種靜電紡納米纖維非織造布生產(chǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種靜電紡絲裝置，具體為一種能同時適用于熔融和溶液靜電紡納米纖維非織造布批量生產(chǎn)裝置。
背景技術(shù)：
：納米纖維具有精細的結(jié)構(gòu)、極高的孔隙度、極好的柔韌性、吸附性、過濾性、粘和性和保溫性，這些優(yōu)異的性能使納米纖維廣泛應用于國防、醫(yī)藥、化工和電子等諸多領(lǐng)域。靜電紡絲是目前制備納米纖維的最有效技術(shù)之一，其核心是使帶電的紡絲溶液或熔體在電場中流動與變形，然后經(jīng)溶劑的蒸發(fā)或熔體的冷卻而固化，得到纖維狀材料。靜電紡絲依紡絲液的制備方法可分為溶液法和熔融法兩種。目前世界上已有近上百種聚合物采用溶液法靜電紡絲技術(shù)成功制得了納米纖維及其非織造布，所涉及的纖維包括常規(guī)紡絲用原料如滌綸和尼龍6等、導電高分子材料如聚苯胺等、生物高分子材料如多肽和膠原等、可降解高分子材料如聚e-己內(nèi)酯和聚乙交酯、彈性體、生物大分子和導電高分子等[DoshiJ.,RenekerD.H.Electrospinningprocessandapplicationsofelectrospunfibers(青爭電纟方絲工藝及電紡纖維的應用)JournalofElectrostatics,1995,35:151.]。溶液靜電紡絲機或裝置主要包括噴絲頭及紡絲液供給系統(tǒng)、纖維收集板和高電壓發(fā)生器三個主要部分。目前廣泛使用的溶液靜電紡絲裝置為單噴頭或多噴頭針筒式紡絲裝置，該類設(shè)備規(guī)模很小，僅能滿足實驗室使用需求，如中國專利200420020596.3，200410025622.6，200420107832.5等所公開的技術(shù)，美國專利US6753454,US6656394，US6713011等所公開的技術(shù)。2004年，捷克利貝雷茨技術(shù)大學正式宣告該大學與愛勒馬公司合作生產(chǎn)的納米纖維紡絲機"納米蜘蛛"問世，為納米纖維工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。隨后我國也先后開發(fā)了一些可批量或規(guī)模化生產(chǎn)的溶液靜電紡絲裝置，如中國專利200710036447.4、200610028790.X、200410025622.6、200610036635.2等文獻所報道。相比之下，溶液法靜電紡絲過程工藝簡單、易于控制，因而受到極大關(guān)注，發(fā)展速度較快。但溶液法靜電紡絲在制備的聚合物納米纖維非織造布最大的不足在于需要采用毒性或低毒性的揮發(fā)性有機溶劑，有機溶劑的揮發(fā)及其在非織造布中的殘余會造成人身健康和環(huán)境污染等問題。熔融法靜電紡絲技術(shù)不需使用有機溶劑，而是直接對聚合物熔融后進行紡絲，不存在有機溶劑污染問題。自1981年被Larrondo等首次用烙融法靜電紡絲法來制備聚合物纖維以來[LarrondoL,JohnM.Electrostaticfiberspinningfrompolymermelts(聚合物熔體靜電紡纖維).JPolymSci:PolymPhys,1981，19:909-940.]，引起了人們的注意。但20多年來熔融法靜電紡絲技術(shù)并沒有取得顯著進步，特別是在其設(shè)備上，基本是采用柱塞式單噴頭紡絲設(shè)備，生產(chǎn)速率極低，迄今為止，國內(nèi)外均未見適合于靜電紡批量生產(chǎn)裝備，主要是由于熔融靜電紡儲液容器須增加熔體加熱裝置，其絕緣性控制較難，特別是批量生產(chǎn)設(shè)備安全性未找到較好的解決方案。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種熔融法靜電紡納米纖維非織造布生產(chǎn)裝置。該生產(chǎn)裝置特別設(shè)計了三明治結(jié)構(gòu)熔融池，很好的解決了設(shè)備絕緣性問題；同時設(shè)計了一個螺旋式金屬滾筒，大大提高了聚合物熔體的熔融效果；該設(shè)備既能滿足熔融法，同時也可適用于溶液法批量靜電紡生產(chǎn)納米纖維非織造布。本發(fā)明解決所述生產(chǎn)裝置技術(shù)問題的技術(shù)方案是設(shè)計一種靜電紡納米纖維非織造布批量生產(chǎn)裝置，該生產(chǎn)裝置包括熔融池l、金屬滾筒2、接收網(wǎng)簾3、高壓靜電發(fā)生器4、主動導輥51和被動導輥52、滾筒同步電機61、網(wǎng)簾同步電機62、滾筒減速器71、滾筒皮帶輪72、網(wǎng)簾減速器81、網(wǎng)簾皮帶輪82、接地金屬極板9等。本發(fā)明所設(shè)計的熔融池1的四壁和底面由陶瓷外壁13、中間加熱層12和陶瓷內(nèi)壁ll所組成，該三明治設(shè)計結(jié)構(gòu)具有良好的絕緣效果，解決了聚合物熔體的加熱問題；金屬滾筒2的圓周上設(shè)有錐形螺紋21，有利于聚合物熔融、混合均勻。與現(xiàn)有靜電紡絲批量生產(chǎn)裝置相比，該裝置即可滿足熔融靜電紡絲需要，亦可用于溶液靜電紡絲，實現(xiàn)一機多用。圖1是本發(fā)明靜電紡納米纖維非織造布生產(chǎn)裝置一種實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明靜電紡納米纖維非織造布生產(chǎn)裝置一種實施例的熔融池和金屬滾筒剖視結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施例方式下面結(jié)合實施例及其附圖進一步敘述本發(fā)明，但本發(fā)明的權(quán)利要求范圍不受具體實施例的限制。本發(fā)明設(shè)計的熔融法靜電紡納米纖維非織造布生產(chǎn)裝置(簡稱裝置，參見圖1、2)包括熔融池1，熔融池1上裝有金屬滾筒2，金屬滾筒2的正上方安裝有接收網(wǎng)簾3;所述熔融池1的四壁和底面由陶瓷外壁層13、中間加熱層12和陶瓷內(nèi)壁層11所組成；所述金屬滾筒2的圓周外表鑄有錐形螺紋21;所述金屬滾筒2的中心傳動軸22由工程塑料制成；所述金屬滾筒2內(nèi)壁與金屬銅棒23焊接相連；所述接收網(wǎng)簾3套裝在主動導輥51和被動導輥52之間滾筒；所述的金屬滾筒2依次通過中心傳動軸24、滾筒皮帶輪81、滾筒減速器71與同步電機61機械連接。所述接收網(wǎng)簾依次通過主動導輥51、網(wǎng)簾皮帶輪82、網(wǎng)簾減速器72與網(wǎng)簾同步電機62機械連接；所述高壓靜電發(fā)生器4的正極41與依次通過軸承24、金屬銅棒23和金屬滾筒2的內(nèi)腔壁連接，接地(負)電極41與介于接收網(wǎng)簾上下簾間的接地金屬極板9相連，與金屬滾筒2之間構(gòu)成高壓靜電場。所述熔融池1的四壁和底面由陶瓷外壁層13、中間加熱層12和陶瓷內(nèi)壁層11所組成。陶瓷內(nèi)壁11和陶瓷外壁13具有良好的絕緣作用。實施例的陶瓷內(nèi)外壁厚均為13cm，優(yōu)先壁厚為2cm。實施例的中間加熱層為鑄鋁加熱板，表面熱負荷為2.54.5w/cm2，最高工作溫度500。C。熔融池1作用主要是儲放紡絲液，用于熔融靜電紡絲時，使聚合物受熱熔融。所述金屬滾筒2的圓周外表鑄有錐形螺紋21，其內(nèi)部為空腔，金屬滾筒2內(nèi)壁依次通過金屬銅棒23、軸承24與高壓靜電發(fā)生器4的正極41連接。5所述金屬滾筒2安裝在所述熔融池1上后，應當使所述的錐形螺紋21部分浸沒在熔融池1內(nèi)的聚合物熔體中。這需要所述熔融池1和金屬滾筒2配套或一并設(shè)計。滾筒同步電機61經(jīng)滾筒減速器71減速后以滾筒皮帶81輪驅(qū)動金屬滾筒2轉(zhuǎn)動。本發(fā)明金屬滾筒2圓周外表設(shè)計的錐形螺紋21作用有兩個方面一是攪拌器作用，即通過金屬滾筒2的錐形螺紋21在熔融池1內(nèi)轉(zhuǎn)動，有助于提高熔融池1內(nèi)聚合物的混合均勻及熔融效果；二是噴絲頭作用，即在紡絲過程中錐形螺紋21的齒形表面(頂端及側(cè)面)帶有的熔體在高壓靜電作用下高速牽伸或射流紡制出納米纖維。所述高壓靜電發(fā)生器4的正極41與依次通過軸承24、金屬銅棒23和金屬滾筒2的內(nèi)腔壁連接，接地(負)電極41與介于接收網(wǎng)簾上下簾間的接地金屬極板9相連，通過接地金屬極板9與金屬滾筒2之間構(gòu)成高壓靜電場。高壓靜電發(fā)生器4可輸出060kV的直流高壓靜電，使金屬滾筒2上的錐形螺紋21的表面熔體產(chǎn)生大量射流。所述接收網(wǎng)簾3設(shè)置在金屬滾筒2的正上方，主要作用是收集聚合物納米纖維。所述金屬滾筒2與接收網(wǎng)簾3兩者之間的距離為可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，實施例設(shè)計可調(diào)節(jié)距離為1040cm，用以改變高壓靜電場強的大小，進而改變^t流運動距離的遠近。'所述的滾筒同步電機61、網(wǎng)簾同步電機62的轉(zhuǎn)速范圍為60轉(zhuǎn)/min1200轉(zhuǎn)/min，優(yōu)選600轉(zhuǎn)/min，所述的滾筒減速器71、網(wǎng)簾的減速器72減速比設(shè)計為1/51/240。本發(fā)明裝置可適用于聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、聚乳酸等熱塑性聚合物及其共混物原料來制造熔融靜電紡納米纖維非織造布，同時還可滿足各種聚合物溶液靜電紡絲需要。本發(fā)明裝置的基本工作原理是位于熔融池1上的金屬滾筒2在滾筒同步電機61的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，使其上的錐形螺紋21頂端及側(cè)表面布滿聚合物熔體或溶液。熔體或溶液在一定的直流高壓電場的作用下會形成大量的帶電射流。帶電射流在高壓靜電場中經(jīng)歷了加速、鞭動不穩(wěn)定性和劈裂等過程，不斷變細，并在空氣中冷卻或溶劑揮發(fā)成型，最終以納米纖維的形式沉積在接地的金屬接收網(wǎng)簾3上，形成納米纖維非織造布。本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。實施例l如圖1所示的一種可批量生產(chǎn)納米纖維的靜電紡絲裝置，包括熔融池1、金屬滾筒2、接長網(wǎng)簾3、高壓靜電發(fā)生器4、導輥5、同步電機6及減速器7、皮帶輪8、接地金屬極板9等。工作時，聚合物切片盛放在熔融池l中，接通熔融池中間加熱板12，根據(jù)不同聚合物原料設(shè)定不同加熱溫度，同時打開驅(qū)動直流電機61及減速器71，同步電機61轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/min，減速器71減速比設(shè)為1/51/240，使金屬滾筒2轉(zhuǎn)動，金屬滾筒2外表刻有錐形螺紋21，內(nèi)部為空腔；待聚合物熔融完全且混合均勻后，打開高壓靜電發(fā)生器4，其正極41依次通過軸承24、金屬銅棒23與金屬滾筒2內(nèi)腔相連，輸出060kV的直流高壓靜電，此時，在金屬滾筒螺紋21表面熔體產(chǎn)生大量射流；在金屬滾筒2正上方設(shè)有金屬接收網(wǎng)簾3，接地(負)電極42與金屬接地極板9相連，在金屬滾筒2與金屬接地極板9之間高壓靜電場，通過調(diào)節(jié)兩者之間距離(1040cm)改變場強大小和射流運動距離，射流靜電場中經(jīng)歷了加速、鞭動不穩(wěn)定性和劈裂等過程不斷變細，并在空氣中冷卻成型，最終以納米纖維的形式沉積在接收網(wǎng)簾3上，接收網(wǎng)簾3在驅(qū)動直流電機62、減速器72和皮帶輪82作用下連續(xù)運轉(zhuǎn)，同步電機62轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/min，減速器72減速比設(shè)為1/51/240，形成批量的納米纖維非織造布。不同聚合物熔融靜電紡絲具體實施工藝如表1所示。如圖1所示的一種可批量生產(chǎn)納米纖維的靜電紡絲裝置，包括熔融池1、金屬滾筒2、接收網(wǎng)簾3、高壓靜電發(fā)生器4、導輥5、同步電機6及減速器7、皮帶輪8、接地金屬極板9等。工作時，聚合物切片盛放在熔融池l中，按一定比例加入溶劑，接通熔融池中間加熱板12，根據(jù)不同聚合物原料設(shè)定不同溶解溫度，同時打開驅(qū)動直流電機61及減速器71，同步電機61轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/min,減速器71減速比設(shè)為60120，使金屬滾筒2轉(zhuǎn)動，金屬滾筒2外表刻有錐形螺紋21，內(nèi)部為空腔；待聚合物溶解完全且混合均勻后，打開高壓靜電發(fā)生器4，其正極41依次通過軸承24、金屬銅棒23與金屬滾筒2內(nèi)腔相連，輸出060kV的直流高壓靜電，此時，在金屬滾筒螺紋21表面溶體產(chǎn)生大量射流；在金屬滾筒2正上方設(shè)有接收網(wǎng)簾3，接地(負)電極42與金屬接地極板9相連，在金屬滾筒2與金屬接地極板9之間高壓靜電場，通過調(diào)節(jié)兩者之間距離(540cm)改變場強大小和射流運動距離，射流靜電場中經(jīng)歷了加速、鞭動不穩(wěn)定性和劈裂等過程不斷變細，通過溶劑揮發(fā)成型，最終以納米纖維的形式沉積在接收網(wǎng)簾3上，接收網(wǎng)簾3在驅(qū)動直流電機62、減速器72和皮帶輪82作用下連續(xù)運轉(zhuǎn)，同步電機62轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/min，減速器72減速比設(shè)為1/51/240，形成批量的納米纖維非織造布。不同聚合物溶液靜電紡絲具體實施工藝如表2所示。表1幾種聚合物熔融靜電紡具體實施例工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2幾種聚合物溶液靜電紡具體實施例工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1.一種靜電紡納米纖維非織造布批量生產(chǎn)裝置，其特征在于包括熔融池、金屬滾筒、接收網(wǎng)簾、高壓靜電發(fā)生器、主動導輥和被動導輥、滾筒同步電機、網(wǎng)簾同步電機、滾筒減速器、滾筒皮帶輪、網(wǎng)簾減速器、網(wǎng)簾皮帶輪、接地金屬極板等。所述熔融池的四壁和底面由陶瓷外壁層、中間加熱層和陶瓷內(nèi)壁層所組成；所述金屬滾筒的圓周外表鑄有錐形螺紋；所述金屬滾筒的中心傳動軸由工程塑料制成；所述金屬滾筒內(nèi)壁與金屬銅棒焊接相連；所述接收網(wǎng)簾套裝在主動導輥和被動導輥之間滾筒；所述的金屬滾筒依次通過中心傳動軸、滾筒皮帶輪、滾筒減速器與同步電機機械連接。所述接收網(wǎng)簾依次通過主動導輥、網(wǎng)簾皮帶輪、網(wǎng)簾減速器與網(wǎng)簾同步電機機械連接；所述高壓靜電發(fā)生器的正極與依次通過軸承、金屬銅棒和金屬滾筒的內(nèi)腔壁連接，接地(負)電極與介于接收網(wǎng)簾上下簾間的接地金屬極板相連，與金屬滾筒之間構(gòu)成高壓靜電場。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融靜電紡絲裝置可適用于聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、聚乳酸等熱塑性聚合物及其共混物原料來制造熔融靜電紡納米纖維非織造布，同時還可滿足各種聚合物溶液靜電紡絲納米纖維非織造布制備需要。全文摘要本發(fā)明公開一種靜電紡納米纖維非織造布批量生產(chǎn)裝置，該生產(chǎn)裝置包括熔融池1、金屬滾筒2、接收網(wǎng)簾3、高壓靜電發(fā)生器4、主動導輥51和被動導輥52、滾筒同步電機61、網(wǎng)簾同步電機62、滾筒減速器71、滾筒皮帶輪72、網(wǎng)簾減速器81、網(wǎng)簾皮帶輪82、接地金屬極板9等。本發(fā)明所設(shè)計的熔融池1的四壁和底面由陶瓷外壁13、中間加熱層12和陶瓷內(nèi)壁11所組成，該三明治設(shè)計結(jié)構(gòu)具有良好的絕緣效果，解決了聚合物熔體的加熱問題。與現(xiàn)有靜電紡絲批量生產(chǎn)裝置相比，該裝置既可滿足熔融靜電紡絲需要，亦可用于溶液靜電紡絲，實現(xiàn)一機多用。文檔編號D01D5/00GK101476167SQ20081015389公開日2009年7月8日申請日期2008年12月10日優(yōu)先權(quán)日2008年12月10日發(fā)明者莊旭品,康衛(wèi)民,李全祥,焦曉寧,程博聞,阮艷麗申請人:天津工業(yè)大學