專利名稱：一種熔體靜電紡絲生產(chǎn)復(fù)合纖維的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)復(fù)合纖維的裝置，屬于靜電紡絲領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著人們對納米纖維需求量的不斷增加，各國的科研工作者探索了多種制備納米 纖維的方法，其中靜電紡絲方法被認(rèn)為是制備納米纖維最簡單有效的方法，目前已有三十 多種聚合物通過此方法成功制得超細(xì)纖維，直徑最小可以達(dá)到幾十納米。靜電紡絲包括溶 液靜電紡絲和熔體靜電紡絲兩類。關(guān)于靜電紡絲的研究大多都集中在溶液靜電紡絲上，而 對于聚合物熔體靜電紡絲的研究則很少。為了滿足強(qiáng)力拉伸、電導(dǎo)、光傳導(dǎo)、吸濕等功能性要求，人們研制了多組分復(fù)合纖 維。復(fù)合纖維中最常見的是雙組分纖維(BicomponentFiber)，它可定義為在同一根纖維上， 沿纖維軸向同時(shí)存在著兩種不同聚合物的復(fù)合纖維，亦稱共軛纖維(Conjugated Fiber) 0 生產(chǎn)雙組分纖維的主要目的是復(fù)合兩種聚合物的性能，使復(fù)合材料能夠表現(xiàn)出單一組分所 不能得到的力學(xué)性能、功能、風(fēng)格和質(zhì)感。靜電紡絲是最簡單的直接制備連續(xù)纖維的方法， 目前，生產(chǎn)復(fù)合纖維的方法有很多，但用熔體靜電紡絲法生產(chǎn)復(fù)合纖維的公開報(bào)道尚未見 到。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種熔體靜電紡絲生產(chǎn)復(fù)合纖維的裝置。本發(fā)明由于不需要借助溶 劑就能順利進(jìn)行紡絲，因而可以解決溶液靜電紡絲由于使用溶劑而出現(xiàn)的一系列問題。本 發(fā)明把靜電紡絲的方法和生產(chǎn)復(fù)合纖維的方法結(jié)合起來，可以同時(shí)對兩種或多種聚合物進(jìn) 行熔體紡絲，以制得并列型或皮芯型或其它結(jié)構(gòu)類型的復(fù)合纖維，滿足人們對纖維各種性 能的要求。本發(fā)明提供的一種熔體靜電紡絲生產(chǎn)復(fù)合纖維的裝置的技術(shù)方案，采用了由接收 裝置、匯集裝置、毛細(xì)管、噴嘴、加熱圈、料筒、活塞軸、加壓裝置、端蓋、溫度傳感器、高壓靜 電發(fā)生器等組成的熔體靜電紡絲裝置。接收裝置位于毛細(xì)管正下方，接收裝置連接高壓靜 電發(fā)生器的正極輸出端，高壓靜電發(fā)生器的另一電極接地。匯集裝置能將來自不同料筒的 聚合物熔體匯集在一起，經(jīng)毛細(xì)管均勻流出。毛細(xì)管與匯集裝置采取錐面緊配合，毛細(xì)管通 過引出導(dǎo)線與大地相接。噴嘴與匯集裝置采用螺釘連接。噴嘴與料筒通過4個(gè)在圓周方 向均布的螺釘連接，噴嘴與料筒也可以直接通過螺紋連接等其它連接方式或兩者加工成一 體。用于加熱聚合物熔體的電加熱圈包覆在料筒表面。溫度傳感器與料筒采用螺紋連接。 端蓋與活塞軸采用螺紋連接，或兩者加工成一體。活塞軸可在料筒內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。加壓 裝置放在端蓋正上方。本發(fā)明適合于兩種或多種聚合物熔體同時(shí)進(jìn)行靜電紡絲，以制備復(fù)合纖維。聚合 物可以是聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚等熱塑性材料，紡絲原料可以是聚合 物顆粒料或粉料或切片或熔體。接收裝置可以采取多種形式如導(dǎo)電平板、導(dǎo)電網(wǎng)、卷筒等。毛細(xì)管采用金屬等導(dǎo)電材料制成，其內(nèi)徑小于1mm。加壓裝置可以通過加砝碼的方式施壓或采用微量推進(jìn)器施壓。高壓靜電發(fā)生器的輸出極為正極。本發(fā)明根據(jù)匯集裝置的結(jié)構(gòu)可以制備并列型、皮芯型或其它不同結(jié)構(gòu)形式的復(fù)合 纖維。匯集裝置由上下兩部分組成，上下兩部分采用螺釘連接。皮芯型復(fù)合纖維紡絲匯集 裝置的上部分與導(dǎo)管之間采用緊配合連接。本發(fā)明提出的熔體靜電紡絲生產(chǎn)復(fù)合纖維的方法可以制備出表面光滑的超細(xì)復(fù) 合纖維，并且使生產(chǎn)工藝得到最大的簡化。


圖1是本發(fā)明的裝置示意圖。圖2是并列型復(fù)合纖維紡絲匯集裝置示意圖。圖3是皮芯型復(fù)合纖維紡絲匯集裝置示意圖。圖4是皮芯型復(fù)合纖維紡絲匯集裝置下半部分的俯視示意圖。圖中1-接收裝置；2-匯集裝置；3-毛細(xì)管；4-噴嘴；5-加熱圈；6_料筒；7_活塞 軸；8-加壓裝置；9-端蓋；10-溫度傳感器；11-高壓靜電發(fā)生器；12-導(dǎo)管。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采取的是一種熔體靜電紡絲生產(chǎn)復(fù)合纖維的裝置，裝置的示意圖如圖1所 示，它主要包括接收裝置(1)、匯集裝置(2)、與匯集裝置(2)采取錐面緊配合的毛細(xì)管(3)、 與料筒(6)采取螺釘連接可方便拆卸的噴嘴(4)、用于加熱聚合物熔體的加熱圈(5)、鋼結(jié) 構(gòu)的料筒(6)、可在料筒(6)內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)又不會(huì)產(chǎn)生漏料的活塞軸(7)、加壓裝置(8)、承載 加壓裝置⑶的端蓋(9)、溫度傳感器(10)、輸出極為正極的高壓靜電發(fā)生器(11)。毛細(xì)管 (3)的熔體出口與接收裝置(1)的距離大于2cm。圖2所示匯集裝置用于生產(chǎn)并列型復(fù)合 絲，圖3和圖4所示的匯集裝置用于生產(chǎn)皮芯型復(fù)合絲，導(dǎo)管(12)內(nèi)與外分別流過不同的 聚合物。紡絲步驟首先把料筒(6)加熱到預(yù)設(shè)溫度。各種聚合物的熔融溫度都不一樣，由 于聚合物粘度是靜電紡絲是否可以順利進(jìn)行的一個(gè)關(guān)鍵因素，所以需要把加熱圈(5)的加 熱溫度設(shè)置在聚合物的成型加工溫度以上，盡可能降低聚合物的粘度，但又不至于使聚合 物產(chǎn)生分解。其次往料筒里添加紡絲原料，紡絲原料可以為聚合物顆粒或粉料或切片或熔 體，原料達(dá)到設(shè)定溫度后，再往端蓋(9)上施加壓力，施加的壓力應(yīng)使毛細(xì)管(3)末端出現(xiàn) 熔體滴但還不能脫落為宜。最后再打開高壓靜電發(fā)生器(11)的電源開關(guān)，電源的輸出電壓 從0開始往上調(diào)，一直到毛細(xì)管末端的熔體滴變成錐形并噴射出來形成細(xì)絲為止。噴射流 在電場中會(huì)以螺旋線的方式運(yùn)動(dòng)，熔體絲在運(yùn)動(dòng)過程中冷卻，匯集到接收裝置。從毛細(xì)管噴 射出來的熔體細(xì)流，經(jīng)過電場的強(qiáng)力拉伸，最后可以形成超細(xì)的纖維。通過本發(fā)明紡制出來的復(fù)合纖維，由于沒有使用溶劑，不存在溶劑的蒸發(fā)現(xiàn)象，因 而可以得到表面光滑均勻的超細(xì)纖維，其力學(xué)性能要比溶液靜電紡絲制得的纖維好。本發(fā) 明紡制的復(fù)合纖維由于是在熔融狀態(tài)下混合的，分子鏈運(yùn)動(dòng)劇烈，兩相界面模糊，兩種聚合 物結(jié)合的十分緊密。本發(fā)明兩個(gè)料筒采用獨(dú)立的溫度控制，可以將熔融溫度相差較大的兩 種聚合物進(jìn)行復(fù)合紡絲。本發(fā)明采用多級加熱，可以減少物料在高溫段的停留時(shí)間，減少物料熱降解。 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例紡絲原料低密度聚乙烯(LDPE)顆粒料，料筒末端溫度2800C ；另一料筒中紡絲原料為聚丙烯(PP)，熔指為1500g/10min，料筒末端溫度250°C，毛 細(xì)管內(nèi)徑0.6mm。另外，紡絲電壓為0 50kv，接收方式為導(dǎo)電網(wǎng)，毛細(xì)管的熔體出口與接 收裝置的距離15cm。根據(jù)上述工藝過程，收集到的并列型纖維直徑在Iym 50 μπι范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
一種熔體靜電紡絲生產(chǎn)復(fù)合纖維的裝置，其特征在于它主要包括接收裝置、匯集裝置、毛細(xì)管、噴嘴、加熱圈、料筒、活塞軸、加壓裝置、端蓋、溫度傳感器、高壓靜電發(fā)生器等，接收裝置位于毛細(xì)管正下方，接收裝置連接高壓靜電發(fā)生器的正極輸出端，高壓靜電發(fā)生器的另一電極接地，毛細(xì)管與匯集裝置采取錐面緊配合，毛細(xì)管通過引出導(dǎo)線與大地相接，噴嘴與匯集裝置采用螺釘連接，噴嘴與料筒通過螺釘連接，加熱圈包覆在料筒表面，溫度傳感器與料筒采用螺紋連接，端蓋與活塞軸采用螺紋連接，活塞軸可在料筒內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，加壓裝置位于端蓋正上方，毛細(xì)管的熔體出口與接收裝置的距離大于2cm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔體靜電紡絲生產(chǎn)復(fù)合纖維的裝置，其特征在于，紡絲 原料是聚合物顆粒料或粉料或切片或熔體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔體靜電紡絲生產(chǎn)復(fù)合纖維的裝置，其特征在于，接收 裝置(1)可以是導(dǎo)電平板、導(dǎo)電網(wǎng)、卷筒等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔體靜電紡絲生產(chǎn)復(fù)合纖維的裝置，其特征在于，聚合 物熔融裝置有兩套或多套，兩種或多種聚合物通過一套匯集裝置(2)后進(jìn)行靜電紡絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔體靜電紡絲生產(chǎn)復(fù)合纖維的裝置，其特征在于，毛細(xì) 管⑶采用金屬等導(dǎo)電材料制成，其內(nèi)徑小于1mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔體靜電紡絲生產(chǎn)復(fù)合纖維的裝置，其特征在于，加壓 裝置(8)可以通過加砝碼的方式或采用微量推進(jìn)器實(shí)現(xiàn)對聚合物料加壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔體靜電紡絲生產(chǎn)復(fù)合纖維的裝置，其特征在于，噴嘴 與料筒也可以直接通過螺紋連接或兩者加工成一體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔體靜電紡絲生產(chǎn)復(fù)合纖維的裝置，其特征在于，端蓋 與活塞軸可以加工成一體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔體靜電紡絲生產(chǎn)復(fù)合纖維的裝置，其特征在于，聚合 物可以是聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚等熱塑性材料。
全文摘要
本發(fā)明一種熔體靜電紡絲生產(chǎn)復(fù)合纖維的裝置，屬于靜電紡絲領(lǐng)域。它主要包括接收裝置、匯集裝置、毛細(xì)管、噴嘴、加熱圈、料筒、活塞軸、加壓裝置、端蓋、溫度傳感器、高壓靜電發(fā)生器等，接收裝置位于毛細(xì)管正下方，接收裝置連接高壓靜電發(fā)生器的正極，高壓靜電發(fā)生器的另一電極接地，毛細(xì)管與匯集裝置采取錐面緊配合，毛細(xì)管通過引出導(dǎo)線與大地相接，噴嘴與匯集裝置及噴嘴與料筒通過螺釘連接，加熱圈包覆在料筒表面，溫度傳感器與料筒采用螺紋連接，端蓋與活塞軸采用螺紋連接，加壓裝置位于端蓋上方，毛細(xì)管的熔體出口與接收裝置的距離大于2cm。本發(fā)明可以同時(shí)對兩種或多種聚合物進(jìn)行熔體紡絲，以制得并列型或皮芯型等類型的復(fù)合纖維。
文檔編號(hào)D01D5/34GK101812734SQ20091007850
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者丁玉梅, 劉勇, 楊衛(wèi)民, 鄧榮堅(jiān) 申請人:北京化工大學(xué)