專利名稱：一種利用爬桿效應促進高黏度聚合物熔體靜電紡絲的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于高黏度聚合物熔體的靜電紡絲裝置，屬于靜電紡絲領域。
背景技術：
1944年Walsenburg在英國倫敦帝國學院公開表演了一個十分有趣的實驗，在一只有黏彈性流體(非牛頓流體的一種)的燒杯里旋轉一實驗桿。對于牛頓流體，由于離心力的作用，液面將呈凹形；而對于粘彈性流體，卻向杯中心運動，并沿桿向上爬，液面變成凸形，甚至在試驗桿的旋轉速度很低時，也可以觀察到這一現(xiàn)象，這就是著名的爬桿效應。熔體靜電紡絲的基本原理是熔體通過噴絲孔后在高壓靜電場的作用下逐漸發(fā)生形變，當電場力大于熔體的表面張力時，噴絲孔末端的熔體就會掙脫其表面形成高速的熔體噴射流飛向接收板，最終形成超細纖維。對于工業(yè)上常用的典型材料如聚丙烯、聚乙烯，用熔體靜電紡絲法均能順利紡制出超細纖維，但對于黏度較大、分解溫度較低的材料如聚乳酸(PLA)、聚己內酯，在熔體靜電紡絲時很容易因紡絲溫度高而產生熱降解，這就要求一種可以在較低溫度下使得高黏度熔體能連續(xù)不斷地聚集到噴嘴口的方法及裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提出利用爬桿效應促進高黏度聚合物熔體進行靜電紡絲的裝置，通過增加轉針機構，在較低溫度下實現(xiàn)高黏度聚合物的紡絲，尤其是解決那些在高溫下才能達到適當流動性且易高溫降解的高聚物的紡絲難題。本發(fā)明的技術方案是，一種利用爬桿效應促進高黏度聚合物熔體靜電紡絲的裝置，主要包括接收裝置、溫度傳感器、彎料筒、直料筒、加熱圈、活塞軸、端蓋、加壓裝置、電機架、電機、轉針、密封圈、紡絲頭、高壓靜電發(fā)生器組成；接收裝置位于紡絲頭正下方，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；紡絲頭與彎料筒內的熔體物料通道出口采取錐面緊配合，紡絲頭通過引出導線接地；直料筒與彎料筒通過螺栓連接或加工成一體；用于加熱聚合物熔體的電加熱圈包覆在直料筒和彎料筒表面；溫度傳感器與直料筒和彎料筒采用螺紋連接；端蓋與活塞軸采用螺紋連接，或兩者加工成一體；活塞軸可在直料筒內上下往復運動；加壓裝置放在端蓋正上方，壓力可調；轉針和電機通過聯(lián)軸器或直接連接；轉針在電機的帶動下完成順時針或逆時針的旋轉運動，根據(jù)爬桿效應，熔體會向著開放端(紡絲頭方向)爬行；電機可以調節(jié)速度，對于不同材料不同溫度的熔體提供不同的轉速，以達到不同的攀爬效果；電機支架固定在直料筒或彎料筒上，用來固定電機；密封圈位于轉針和彎料筒筒壁之間，用來防止熔體從轉針和彎料筒筒壁間流出； 直料筒和彎料筒的下端安裝溫度傳感器。本發(fā)明適合于一種高黏度熔體進行靜電紡絲，尤其適合于高溫易降解的高黏度聚合物進行靜電紡絲。聚合物可以是熔體流動速率小于lOg/min的高聚物或合金聚合物。紡絲原料可以是聚合物顆粒料、粉料、料棒、切片或熔體。接收裝置可以采取多種形式如導電平板、導電網(wǎng)、卷筒等。紡絲頭采用金屬等導電材料制成。加壓裝置可以通過加砝碼的方式施壓或采用閉環(huán)控制的微量推進器施壓。對于高溫下才達到適當流動性且易高溫降解的高聚物，采用本發(fā)明可以有效減少高聚物降解并節(jié)約能源。


圖1是本發(fā)明一種利用爬桿效應促進高黏度聚合物熔體靜電紡絲的裝置的示意圖。圖中1-接收裝置；2-溫度傳感器；3-彎料筒；4-直料筒；5-加熱圈；6_活塞軸； 7-端蓋；8-加壓裝置；9-電機架；10-電機；11-轉針；12-密封圈；13-紡絲頭；14-高壓靜電發(fā)生器。
具體實施例方式本發(fā)明提出了一種利用爬桿效應促進高黏度聚合物熔體靜電紡絲的裝置。裝置的示意圖如圖1所示，主要包括接收裝置1、溫度傳感器2、彎料筒3、直料筒4、加熱圈5、活塞軸6、端蓋7、加壓裝置8、電機架9、電機10、轉針11、密封圈12、紡絲頭13、高壓靜電發(fā)生器 14組成；接收裝置1位于紡絲頭正下方，接收裝置1連接高壓靜電發(fā)生器14的正極輸出端， 高壓靜電發(fā)生器14的另一電極接地；紡絲頭13與彎料筒3內的熔體物料通道出口采取錐面緊配合，紡絲頭13通過弓I出導線接地；直料筒4與彎料筒3通過螺栓連接或加工成一體； 用于加熱聚合物熔體的加熱圈5包覆在直料筒4和彎料筒3表面；溫度傳感器2與料筒采用螺紋連接；端蓋7與活塞軸6采用螺紋連接，或兩者加工成一體；活塞軸6可在直料筒4 內上下往復運動；加壓裝置8放在端蓋7正上方；轉針11和電機10通過聯(lián)軸器或直接連接；轉針11在電機10的帶動下完成順時針或逆時針的旋轉運動，根據(jù)爬桿效應，熔體會向著開放端(紡絲頭13的熔體出口方向)爬行；電機10可以調節(jié)速度，對于不同材料不同溫度的熔體提供不同的轉速，以達到不同的攀爬效果；電機架9固定在直料筒4或彎料筒3 上，用來固定電機10 ；密封圈12位于轉針11和彎料筒3筒壁之間，用來防止熔體從轉針和彎料筒3筒壁間流出；直料筒4和彎料筒3的下端安裝溫度傳感器2，以檢測聚合物熔體的溫度。紡絲步驟先通過實驗確定紡絲材料對應的熔體溫度、壓力以及電機10轉速的最佳匹配值，熔體溫度在分解溫度以下，壓力及轉速設置在使得紡絲頭13剛好能形成泰勒錐為宜，對相應的控制裝置進行預設。接著對直料筒4進行預熱，然后加入料粒，保溫一定時間確保物料熔化后，開始在端蓋7上加以設定壓力，并且啟動電機10，將其調到預設轉速， 這時可以觀察到紡絲頭13末端出現(xiàn)熔滴，但尚未脫落。此時打開靜電發(fā)生器14，從0開始往上調節(jié)電壓，一直到紡絲頭13末端的熔滴變成錐形并噴射出來形成細絲為止。噴射流在電場中會以螺旋線的方式運動，熔體絲在運動過程中冷卻，匯集到接收裝置1。從紡絲頭13 噴射出來的熔體細流，經(jīng)過電場的強力拉伸，最后可以形成超細的纖維。通過本發(fā)明紡制出來的纖維，由于沒有使用添加劑，不存在添加劑對紡絲纖維的污染問題。本發(fā)明可以降低紡絲溫度，對于高黏度聚合物可以減少其降解，提高了紡絲質量，得到表面細致且纖維較長的制品，同時對流動性好的物料，可以降低紡絲溫度，在較大粘度下紡絲，具有節(jié)能效果。本發(fā)明兩個料筒采用閉環(huán)的溫度控制，壓力控制也可以做成閉
4環(huán)控制，轉針速度無級可調。
權利要求
1.一種利用爬桿效應促進高黏度聚合物熔體靜電紡絲的裝置，其特征在于，主要包括接收裝置、溫度傳感器、彎料筒、直料筒、加熱圈、活塞軸、端蓋、加壓裝置、電機架、電機、轉針、密封圈、紡絲頭、高壓靜電發(fā)生器組成；接收裝置位于紡絲頭正下方，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；紡絲頭與彎料筒內的熔體物料通道出口采取錐面緊配合，紡絲頭通過引出導線接地；直料筒與彎料筒通過螺栓連接或加工成一體；加熱圈包覆在直料筒和彎料筒表面；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；活塞軸可在直料筒內上下往復運動；加壓裝置放在端蓋正上方；轉針和電機通過聯(lián)軸器或直接連接；轉針在電機的帶動下完成順時針或逆時針的旋轉運動；電機可以調節(jié)速度；電機架固定在直料筒或彎料筒上；密封圈位于轉針和彎料筒筒壁之間；溫度傳感器安置在直料筒和彎料筒的下端。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種利用爬桿效應促進高黏度聚合物熔體靜電紡絲的裝置， 其特征在于，紡絲原料是聚合物顆粒料或粉料或料棒或切片或熔體。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種利用爬桿效應促進高黏度聚合物熔體靜電紡絲的裝置， 其特征在于，接收裝置可以是導電平板或導電網(wǎng)或卷筒。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種利用爬桿效應促進高黏度聚合物熔體靜電紡絲的裝置， 其特征在于，加壓裝置可以通過加砝碼的方式或采用微量推進器實現(xiàn)對聚合物料加壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用爬桿效應促進高黏度聚合物熔體靜電紡絲的裝置，屬于靜電紡絲領域。主要包括接收裝置、溫度傳感器、彎料筒、直料筒、加熱圈、活塞軸、端蓋、加壓裝置、電機架、電機、轉針、密封圈、紡絲頭、高壓靜電發(fā)生器組成。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電平板、導電網(wǎng)、卷筒等。紡絲頭采用金屬等導電材料制成，其內徑小于1mm。加壓裝置可以通過加砝碼的方式實現(xiàn)或采用微量推進器。利用爬桿原理解決了黏度較大且高溫易降解的聚合物材料紡絲效果差的問題，可以在較低溫度下實現(xiàn)高黏度熔體通過靜電紡絲制備超細纖維。
文檔編號D01D13/02GK102191568SQ201010125099
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權日2010年3月16日
發(fā)明者丁玉梅, 何雪濤, 劉勇, 李好義, 楊衛(wèi)民 申請人:北京化工大學