專利名稱：一種多輥實(shí)心針電極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)明涉及ー種靜電紡絲裝置，具體為ー種多輥實(shí)心針電極納米纖維非織造布生
產(chǎn)裝置。
背景技術(shù)：
納米纖維狹義上是指直徑小于IOOnm以下纖維，由于其直徑極細(xì)，使得纖維的比表面積發(fā)生了質(zhì)的飛躍，極大地提高了其表面能，從而賦予了其特殊的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等，在物理(光、熱、電磁等)、化學(xué)等性質(zhì)方面均表現(xiàn)出優(yōu)異特性，成為未來二十一世紀(jì)的研究熱點(diǎn)。納米纖維非織造布在環(huán)保過濾材料、納米復(fù) 合增強(qiáng)材料、組織工程支架、藥物釋放載體、光電器件、催化材料等方面具有廣泛的應(yīng)用前
旦
-5^ O靜電紡絲是目前制備納米纖維非織造布的最有效技術(shù)之一，該技術(shù)于1934年由美國人 Formnals Il 先發(fā)明[A. FORMHALS. Process and apparatus for preparingartifical threads USA, 1975504[P] 1934.],其核心是在高壓靜電場(chǎng)カ的作用下的聚合物溶液或熔體產(chǎn)生噴射射流，噴射狀的紡絲細(xì)流在空氣中將發(fā)生“擾動(dòng)現(xiàn)象”又分裂成許多更微細(xì)的纖維細(xì)流，不斷拉伸變細(xì)，同時(shí)細(xì)流中溶劑揮發(fā)(或熔體細(xì)流冷卻)，纖維固化成形，被收集裝置接受，得到納米纖維非織造布。靜電紡種類包括溶液靜電紡和熔融靜電紡兩大類，其中溶液靜電紡由于其設(shè)備及エ藝簡單而得到快速發(fā)展。溶液靜電紡絲機(jī)或裝置主要包括噴絲頭、紡絲液供給系統(tǒng)、高電壓發(fā)生器和纖維收集板四大主要部分。傳統(tǒng)靜電紡絲機(jī)采用單金屬毛細(xì)針管為噴絲頭，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)。隨著靜電紡納米纖維非織造布受到エ業(yè)界日益重視，傳統(tǒng)單針管靜電紡絲機(jī)由于產(chǎn)率較低，無法滿足大規(guī)模應(yīng)用的需求，已經(jīng)成為制約其進(jìn)ー步發(fā)展的瓶頸問題。提高電紡納米纖維產(chǎn)量已成為專家、學(xué)者共同關(guān)心和面對(duì)的問題。在單針靜電紡裝置的基礎(chǔ)上，許多學(xué)者開發(fā)了多針靜電紡絲裝置，Theron等將多個(gè)金屬針管按照直線排列或矩陣排列的多噴頭靜電紡絲機(jī)[S.A. THERON, A. L. YARIN，E.ZUSSMAN, E.KROLL. Multiple jets in electrospinning !experiment and modeling.Polymer, 2005,46 (9) :2889-2899.]，國際上也出現(xiàn)了很多類似專利，如 TO2005/073441 I、WO 2004/016839 Al、USA6, 382，526、USA，6，616，435B2 等。盡管多針靜電紡絲技術(shù)在產(chǎn)量上有了大幅提高，而且通過合理布置針的位置可以降低多針間的相互干擾等問題。但是在成千上萬個(gè)針頭紡絲過程中，一旦某個(gè)或多個(gè)針頭出現(xiàn)堵塞或滴液現(xiàn)象，將嚴(yán)重影響產(chǎn)品的均勻性、質(zhì)量，而且清理工作繁瑣，影響生產(chǎn)。2004年，由捷克的ELMARC0公司于制造出的旋轉(zhuǎn)輥軸靜電紡絲技術(shù)開創(chuàng)了無針靜電紡絲技術(shù)的先河，并申請(qǐng)了專利(W02005/024101 Al)。該技術(shù)的主要原理是在儲(chǔ)液池中安裝部分浸入溶液的旋轉(zhuǎn)金屬輥軸(或刻有不同花紋)，紡絲液隨著輥軸的旋轉(zhuǎn)帶到輥軸表面,在儲(chǔ)液池內(nèi)或棍軸上施加有一高壓靜電,在電場(chǎng)力作用下棍軸表面的紡絲液形成多股射流，遍布滾筒長度方向，因而可獲得較高的產(chǎn)量，該設(shè)備產(chǎn)量可達(dá)I 15g/min，纖維直徑約100 lOOOnm，為納米纖維エ業(yè)化生產(chǎn)的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由于該紡絲噴絲區(qū)域是在輥軸表面，未使用傳統(tǒng)的毛細(xì)金屬針管，故稱之為無針靜電紡絲機(jī)。與針式靜電紡絲相比，由于其纖維噴射方向朝上，避免了液滴的產(chǎn)生，而且具有較高產(chǎn)量。但該無針輥軸式靜電紡絲設(shè)備在紡絲過程中需要比針式紡絲機(jī)更高的高壓靜電，其啟動(dòng)電壓(紡絲液形成泰勒錐時(shí)的電壓值)通常在40kV以上，其原因在于輥軸表面曲率較大，電場(chǎng)在其表面分布不集中，而且輥軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，其表面帶液量較多，因此需要更高的電壓來克服紡絲液的表面張カ而形成泰勒錐；此外，輥軸式無針頭靜電紡制的纖維直徑較針式電紡纖維粗，一般在300nm以上，有的甚至超過I μπι;再則過高的電壓值會(huì)導(dǎo)致?lián)舸?、漏電現(xiàn)象，對(duì)設(shè)備絕緣要求更高，紡絲能耗相應(yīng)増加。涉及可無針頭輥軸式靜電紡絲裝置專利還有中國專利
200410025622.6,200610036635.2,200710036447.4,200810032247.6等。從紡絲エ藝角度來講，增大紡絲液濃度也在一定程度上有助于提高靜電紡納米纖維的產(chǎn)量，而且可減少溶劑使用量，降低生產(chǎn)成本和環(huán)境污染。然而，紡絲液溶度越大，其粘 性也越大，高濃度紡絲液在毛細(xì)針管中擠出困難，將加速噴射頭堵塞；在無針輥軸表面帶液量過多而導(dǎo)致紡絲困難，甚至無法進(jìn)行靜電紡絲。迄今為止，鮮有適于高濃度紡絲液的靜電紡絲裝置文獻(xiàn)及專利報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供ー種多輥實(shí)心針電極納米纖維非織造布エ業(yè)化生產(chǎn)裝置。該生產(chǎn)裝置特別設(shè)計(jì)了實(shí)心針電極噴絲輥，很好地解決了現(xiàn)有在毛細(xì)針管電紡絲過程中堵塞、滴液現(xiàn)象和無針輥軸紡絲過程中紡絲電壓高、纖維直徑粗的問題，攻克了高濃度紡絲溶液的電紡納米纖維技術(shù)難點(diǎn)。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(jì)ー種多輥實(shí)心針電極納米纖維非織造布エ業(yè)化生產(chǎn)裝置，該生產(chǎn)裝置主要包括儲(chǔ)液池I、轉(zhuǎn)液輥2、實(shí)心針電極噴絲輥3、接收裝置4、高壓靜電發(fā)生器5。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的帶液輥2，其特征在于其材質(zhì)為塑料或橡膠輥中的ー種。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的實(shí)心針電極噴絲輥3，其特征在于該噴絲輥由金屬軸31和實(shí)心針電極32組成；所述實(shí)心針電極32，特征在于其針形結(jié)構(gòu)為叉形、圓柱形、棱柱形、圓錐形、棱錐形等中的ー種；所述實(shí)心針電極32與金屬軸31緊密連接。與現(xiàn)有靜電紡裝置相比，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的多輥實(shí)心針電極納米纖維非織造布エ業(yè)化生產(chǎn)裝置是利用轉(zhuǎn)液輥2將儲(chǔ)液池中的紡絲液均勻轉(zhuǎn)移至其表面，然后再轉(zhuǎn)移至實(shí)心針電極噴絲輥3的實(shí)心針電極32的針尖外表，有效解決了現(xiàn)有毛細(xì)管針式靜電紡針孔堵塞現(xiàn)象；同吋，由于紡絲溶液經(jīng)由轉(zhuǎn)液輥2的過渡作用，可使實(shí)心針電極32的針尖外表帶液量均勻，更為突出的是，該電紡裝置中針尖處電場(chǎng)最為集中，電場(chǎng)強(qiáng)度最大，有助于形成穩(wěn)定的泰勒錐射流，極大降到了紡絲電壓，可滿足高濃度紡絲液的電紡納米纖維批量制備。此外，該生產(chǎn)裝置亦可適用低溶度的紡絲液。


圖I是本發(fā)明雙輥實(shí)心針電極納米纖維生產(chǎn)裝置一種實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明三輥實(shí)心針電極納米纖維生產(chǎn)裝置一種實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)心針電極納米纖維生產(chǎn)裝置一種實(shí)施例的實(shí)心電極噴絲輥的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明叉形實(shí)心針電極示意圖；圖5是本發(fā)明圓柱形實(shí)心針電極示意圖；圖6是本發(fā)明圓錐形實(shí)心針電極示意圖；圖7是本發(fā)明三棱錐形實(shí)心針電極示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一歩敘述本發(fā)明，但本發(fā)明的權(quán)利要求范圍不受具體實(shí)施例的限制。本發(fā)明設(shè)計(jì)的多輥實(shí)心針電極納米纖維非織造布生產(chǎn)裝置(簡稱裝置，參見圖I、
2)包括儲(chǔ)液池1，儲(chǔ)液池I上裝有轉(zhuǎn)液輥2，轉(zhuǎn)液輥2的表面設(shè)有ー個(gè)或多個(gè)實(shí)心針電極噴絲輥3，實(shí)心針電極噴絲輥3的正上方安裝有接收裝置4 ;所述實(shí)心針電極噴絲輥3由金屬軸31和實(shí)心針電極32組成；所述實(shí)心針電極噴絲輥3通過金屬軸31與高壓靜電發(fā)生器5的正極51連接；所述接收裝置4包括無孔網(wǎng)簾41和接地極板42等組成，所述高壓靜電發(fā)生器5的負(fù)極52與接收裝置4中的接地極板42與地線連接。所述儲(chǔ)液池I材質(zhì)為超過分子量聚こ烯樹脂，該樹脂具有極高的強(qiáng)度和模量，同時(shí)兼?zhèn)淞己秒娊^緣性，耐有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿以及極佳的熔接加工特性；所述儲(chǔ)液池I設(shè)計(jì)了進(jìn)液ロ 11和出液ロ 12，電紡過程中紡絲液不斷從進(jìn)液ロ 11補(bǔ)充，以保證紡絲液面與出液ロ 12平齊，其作用是為了控制轉(zhuǎn)液輥2旋轉(zhuǎn)過程中帶液量穩(wěn)定。所述轉(zhuǎn)液輥2材質(zhì)為聚丙烯樹脂，外表包纏有氟橡膠。聚丙烯樹脂和氟橡膠均具有優(yōu)良的耐酸堿、耐有機(jī)溶劑和良好的電絕緣性等；所述帶液輥2尺寸可設(shè)計(jì)，幅寬范圍為20 200cm，優(yōu)選100 150cm，半徑范圍為5 50cm，優(yōu)選20 30cm。本發(fā)明特別設(shè)計(jì)一種實(shí)心針電極噴絲輥3，所述實(shí)心電極噴絲輥3由金屬軸31和實(shí)心針電極32組成(參照?qǐng)D3);所述金屬軸可為空心軸，亦可為實(shí)心軸，優(yōu)先選擇空心軸，空心軸更有助于高壓靜電發(fā)生器5發(fā)生的高壓直流電傳遞至實(shí)心針電極32及其表面紡絲液；金屬軸31和實(shí)心針電極32材質(zhì)可為金、銅、鐵等導(dǎo)電金屬,優(yōu)選銅。所述實(shí)心針電極噴絲輥3幅寬與帶液輥一致，半徑(實(shí)心針針尖距軸心距離)范圍為3 20cm，優(yōu)選5 IOcm ;所述的實(shí)心針電極22植針密度為I 16針/cm2，優(yōu)選4 8針/cm2。噴絲輥3半徑越大，植針密度越高，射流形成數(shù)量越多，產(chǎn)量越高，但所需電壓也相對(duì)較高。所述實(shí)心針電極32，特征在于針形結(jié)構(gòu)為叉形、圓柱形、圓錐形、棱錐形等中的一種(參照?qǐng)D4、5、6)，優(yōu)先選擇叉形結(jié)構(gòu)；所述實(shí)心針電極32，其特征在于針長I 4cm，優(yōu)選2 3cm，實(shí)心針針尖與轉(zhuǎn)液輥表面距離為O. I 1mm。針尖與轉(zhuǎn)液輥表面距離越近，實(shí)心針電極針尖所攜帯的紡絲液量也越多，其生產(chǎn)效率會(huì)略有増加，同樣需要的電壓也高。所述接收裝置4包括無孔網(wǎng)簾41和接地極板42等組成，所述無孔網(wǎng)簾41表面鍍有致密金屬銀薄膜層，鍍層作用是加速納米纖維中表面電荷逸散；所述接地極板42接地。
所述高壓靜電發(fā)生器5為公知市售高壓直流電源，電壓范圍為O IOOkV ;所述高壓靜電發(fā)生器5的正極51與實(shí)心針電極噴絲輥3的金屬軸31與相連，負(fù)極52接地；所述高壓靜電發(fā)生器作用是使實(shí)心針表面紡絲液帶上高壓電，并與接地極板42形成高壓靜電場(chǎng)，以使紡絲液在高壓電場(chǎng)作用下牽伸細(xì)化成納米纖維。本發(fā)明裝置的基本工作原理是紡絲液通過進(jìn)液ロ 11注入儲(chǔ)液池I中，安裝在儲(chǔ)液池上的轉(zhuǎn)液輥2在外カ驅(qū)動(dòng)下以I 30r/min速度轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著轉(zhuǎn)液輥2的旋轉(zhuǎn)而使得其氟橡膠表面帶上一定量的紡絲液，此時(shí)，實(shí)心針電極噴絲輥3也按照一定速率旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度為I 10r/min，實(shí)心針電極32與轉(zhuǎn)液輥2表面紡絲液接觸后而使得其針尖帶上均勻的紡絲液；實(shí)心針電極32通過金屬軸31與高壓靜電發(fā)生器5的正極51相連，由高壓靜電發(fā)生器所產(chǎn)生的直流高壓電(15 60kV)通過金屬軸傳遞到實(shí)心針電極32針尖表面的液滴，并與接收裝置4中的接地極板42形成高壓電場(chǎng)(二者之間距離10 25cm可調(diào))，這樣，實(shí)心針電極32針尖表面液滴在電場(chǎng)作用下形成大量的泰勒錐，進(jìn)而產(chǎn)生大量的纖維射流。在高壓靜電場(chǎng)的作用下，射流經(jīng)歷了加速、擾動(dòng)、分裂等過程后，不斷變細(xì)，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收裝置4上，形成分布均勻、平均直徑在50 500nm，幅寬為20 200cm的納米纖維非織造布。與現(xiàn)有的多針管靜電紡絲機(jī)以及無針輥式靜電紡絲機(jī)相比，本發(fā)明特別設(shè)計(jì)的實(shí)心針電極噴絲輥由于液滴在實(shí)心針電極22針尖表面，可勝任濃度高達(dá)25%以上紡絲液電紡納米纖維生產(chǎn)，且其臨界電壓通常不高于25kV，其生產(chǎn)效率可在20g/min以上，制備的納米纖維直徑范圍為50 500nm，平均直徑小于400nm。
本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。實(shí)施例I如圖I所示的ー種雙輥實(shí)心針電極納米纖維生產(chǎn)裝置，包括儲(chǔ)液池I、轉(zhuǎn)液輥2、實(shí)心針電極噴絲輥3、接收裝置4和高壓靜電發(fā)生器5等。所述轉(zhuǎn)液輥2幅寬為20cm，半徑為5cm，所述實(shí)心針電極噴絲輥3半徑(實(shí)心針針尖距軸心距離)為5cm，選擇如圖4所示的叉形實(shí)心針電極，實(shí)心針電極32針長為1cm，叉ロ寬度為O. 5mm,植針密度為6針/cm2，針尖與帶液輥3氟橡膠表面的距離為O. 5mm。工作吋，將30%的聚こ烯醇/水紡絲液由進(jìn)液ロ11注入儲(chǔ)液池I中，過量紡絲液經(jīng)由出口 12流出，轉(zhuǎn)液輥2在外カ驅(qū)動(dòng)下以15r/min轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)心針電極噴絲輥3轉(zhuǎn)動(dòng)速度為3r/min，待噴絲輥3轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定后打開高壓靜電發(fā)生器5，高壓靜電發(fā)生器5正電極51與實(shí)心針電極噴絲輥3的金屬軸31相連，輸出40kV的直流高壓靜電，在多針噴絲輥3的正上方設(shè)有接收裝置4，設(shè)定二者之間的距離為18cm ；此時(shí)，在多針噴絲輥3與接收裝置4的接地極板42之間形成了一個(gè)高壓靜電場(chǎng)，實(shí)心針31針尖上的紡絲液在在靜電作用下產(chǎn)生大量的噴射射流，射流經(jīng)歷加速、擾動(dòng)、分裂等過程，不斷變細(xì)，并在空氣中冷卻成型，最終以納米纖維的形式沉積在接收裝置4上所生產(chǎn)的納米纖維的平均直徑約為40 160nm，平均直徑約80nm，產(chǎn)率約為30g/min。該溶液體系啟動(dòng)電壓為20kV。實(shí)施例2如圖I所示的ー種雙輥實(shí)心針電極納米纖維生產(chǎn)裝置，包括儲(chǔ)液池I、轉(zhuǎn)液輥2、實(shí)心針電極噴絲輥3、接收裝置4和高壓靜電發(fā)生器5等。所述轉(zhuǎn)液輥2幅寬為200cm，半徑為50cm，所述實(shí)心針電極噴絲輥3半徑(實(shí)心針針尖距軸心距離)為20cm，選擇如圖5所示的圓柱形實(shí)心針電極，實(shí)心針電極32針長為4cm，植針密度為16針/cm2，針尖與轉(zhuǎn)液輥3氟橡膠表面的距離為1mm。工作吋，將6%的聚こ烯吡咯烷酮/こ醇紡絲液由進(jìn)液ロ 11注入儲(chǔ)液池I中，過量紡絲液經(jīng)由出口 12流出，轉(zhuǎn)液輥2在外カ驅(qū)動(dòng)下以30r/min轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)心針電極噴絲輥3轉(zhuǎn)動(dòng)速度為10r/min，待噴絲輥3轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定后打開高壓靜電發(fā)生器5，高壓靜電發(fā)生器5正電極51與實(shí)心針電極噴絲輥3的金屬軸31相連，輸出15kV的直流高壓靜電，在多針噴絲輥3的正上方設(shè)有接地的接收裝置4，設(shè)定二者之間的距離為25cm;此時(shí)，在多針噴絲輥3與接收裝置4的接地極板42之間形成了ー個(gè)高壓靜電場(chǎng)，實(shí)心針31針尖上的紡絲液在在靜電作用下產(chǎn)生大量的噴射射流，射流經(jīng)歷加速、擾動(dòng)、分裂等過程，不斷變細(xì)，并在空氣中冷卻成型，最終以納米纖維的形式沉積在接收裝置4上所生產(chǎn)的納米纖維的平均直徑約為120 380nm，平均直徑約210nm，產(chǎn)率約為180g/min。該溶液體系啟動(dòng)電壓為15kV。實(shí)施例3如圖I所示的ー種雙輥實(shí)心針電極納米纖維生產(chǎn)裝置，包括儲(chǔ)液池I、轉(zhuǎn)液輥2、實(shí)心針電極噴絲輥3、接收裝置4和高壓靜電發(fā)生器5等。所述轉(zhuǎn)液輥2幅寬為IOOcm，半徑為20cm，所述實(shí)心針電極噴絲輥3半徑(實(shí)心針針尖距軸心距離)為10cm，選擇如圖6所示的圓錐形實(shí)心針電極，實(shí)心針電極32針長為2cm，植針密度為16針/cm2，針尖與轉(zhuǎn)液輥2氟橡膠表面的距離為O. 5mm。工作吋，將25%的聚氨酯/N，N-ニ甲基甲酰胺紡絲液由進(jìn)液ロ 11注入儲(chǔ)液池I中，過量紡絲液經(jīng)由出口 12流出，轉(zhuǎn)液輥2在外カ驅(qū)動(dòng)下以25r/min轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)心針電極噴絲輥3轉(zhuǎn)動(dòng)速度為5r/min，待噴絲輥3轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定后打開高壓靜電發(fā)生器5，高壓靜電發(fā)生器5正電極51與實(shí)心針電極噴絲輥3的金屬軸31相連，輸出30kV的直流高壓靜電，在多針噴絲輥3的正上方設(shè)有接收裝置4，設(shè)定二者之間的距離為20cm ；此時(shí)，在多針噴絲輥3與接收裝置4的接地極板42之間形成了ー個(gè)高壓靜電場(chǎng)，實(shí)心針31針尖上的紡絲液在在靜電作用下產(chǎn)生大量的噴射射流，射流經(jīng)歷加速、擾動(dòng)、分裂等過程，不斷變細(xì)，并在空氣中冷卻成型，最終以納米纖維的形式沉積在接收裝置4上所生產(chǎn)的納米纖維的平均直徑約為90 190nm，平均直徑約130nm，產(chǎn)率約為90g/min。該溶液體系啟動(dòng)電壓為15kV。實(shí)施例4如圖2所示的ー種三輥實(shí)心針電極納米纖維生產(chǎn)裝置，包括儲(chǔ)液池I、轉(zhuǎn)液輥2、實(shí)心針電極噴絲輥3、接收裝置4和高壓靜電發(fā)生器5等。所述帶液輥2幅寬為80cm，半徑為10cm，所述實(shí)心針電極噴絲輥3半徑(實(shí)心針針尖距軸心距離)為2cm，選擇如圖7所示的三棱錐形實(shí)心針電極，實(shí)心針電極32針長為3cm，植針密度為8針/cm2，針尖與帶液輥2氟橡膠表面的距離為O. 8mm。工作吋，將30%的聚乳酸/1，2-ニ氯こ烷紡絲液由進(jìn)液ロ 11注入儲(chǔ)液池I中，過量紡絲液經(jīng)由出口 12流出，轉(zhuǎn)液輥2在外カ驅(qū)動(dòng)下以10r/min轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)心針電極噴絲輥3轉(zhuǎn)動(dòng)速度為3r/min，待噴絲輥3轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定后打開高壓靜電發(fā)生器5，高壓靜電發(fā)生器5正電極51與實(shí)心針電極噴絲輥3的金屬軸31相連，輸出35kV的直流高壓靜電，在多針噴絲輥3的正上方設(shè)有接收裝置4，設(shè)定二者之間的距離為15cm ;此時(shí)，在 多針噴絲輥3與接收裝置4的接地極板42之間形成了一個(gè)高壓靜電場(chǎng)，實(shí)心針31針尖上的紡絲液在在靜電作用下產(chǎn)生大量的噴射射流，射流經(jīng)歷加速、擾動(dòng)、分裂等過程，不斷變細(xì)，并在空氣中冷卻成型，最終以納米纖維的形式沉積在接收裝置4上所生產(chǎn)的納米纖維的平均直徑約為180 380nm，平均直徑約230nm，產(chǎn)率約為160g/min。該溶液體系啟動(dòng)電壓為20kV。實(shí)施例5如圖2所示的ー種三輥實(shí)心針電極納米纖維生產(chǎn)裝置，包括儲(chǔ)液池I、轉(zhuǎn)液輥2、實(shí)心針電極噴絲輥3、接收裝置4和高壓靜電發(fā)生器5等。所述轉(zhuǎn)液輥2幅寬為40cm，半徑為20cm，所述實(shí)心針電極噴絲輥3半徑(實(shí)心針針尖距軸心距離)為5cm，選擇如圖4所示的三棱錐形實(shí)心針電極，實(shí)心針電極32針長為1cm，植針密度為3針/cm2，針尖與轉(zhuǎn)液輥2氟橡膠表面的距離為O. 6mm。工作吋，將28%的聚氨酷/聚丙烯腈/N，N-ニ甲基甲酰胺紡絲液由進(jìn)液ロ 11注入儲(chǔ)液池I中，過量紡絲液經(jīng)由出口 12流出，轉(zhuǎn)液輥2在外カ驅(qū)動(dòng)下以16r/min轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)心針電極噴絲輥3轉(zhuǎn)動(dòng)速度為8r/min，待噴絲輥3轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定后打開高壓靜電發(fā)生器5，高壓靜電發(fā)生器5正電極51與實(shí)心針電極噴絲輥3的金屬軸31相 連，輸出35kV的直流高壓靜電，在多針噴絲輥3的正上方設(shè)有接收裝置4，設(shè)定二者之間的距離為18cm ;此時(shí)，在多針噴絲輥3與接收裝置4的接地極板42之間形成了ー個(gè)高壓靜電場(chǎng)，實(shí)心針31針尖上的紡絲液在在靜電作用下產(chǎn)生大量的噴射射流，射流經(jīng)歷加速、擾動(dòng)、分裂等過程，不斷變細(xì)，并在空氣中冷卻成型，最終以納米纖維的形式沉積在接收裝置4上所生產(chǎn)的納米纖維的平均直徑約為180 380nm，平均直徑約230nm，產(chǎn)率約為250g/min。該溶液體系啟動(dòng)電壓為19kV。實(shí)施例6如圖2所示的ー種三輥實(shí)心針電極納米纖維生產(chǎn)裝置，包括儲(chǔ)液池I、轉(zhuǎn)液輥2、實(shí)心針電極噴絲輥3、接收裝置4、高壓靜電發(fā)生器5和接等。所述轉(zhuǎn)液輥2幅寬為120cm，半徑為10cm，所述實(shí)心針電極噴絲輥3半徑(實(shí)心針針尖距軸心距離)為3cm，選擇如3所示的叉形實(shí)心針電極，實(shí)心針電極32針長為1cm，植針密度為I針/cm2，針尖與轉(zhuǎn)液輥2氟橡膠表面的距離為O. 1mm。工作吋，將50%的鋁鹽溶膠凝膠紡絲液由進(jìn)液ロ 11注入儲(chǔ)液池I中，過量紡絲液經(jīng)由出口 12流出，轉(zhuǎn)液輥2在外カ驅(qū)動(dòng)下以lr/min轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)心針電極噴絲輥3轉(zhuǎn)動(dòng)速度為lr/min，待噴絲輥3轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定后打開高壓靜電發(fā)生器5，高壓靜電發(fā)生器5正電極51與實(shí)心針電極噴絲輥3的金屬軸31相連，輸出45kV的直流高壓靜電，在多針噴絲輥3的E方設(shè)有接收裝置4，設(shè)定二者之間的距離為23cm ;此時(shí)，在多針噴絲輥3與接收裝置4的接地極板42之間形成了ー個(gè)高壓靜電場(chǎng)，實(shí)心針31針尖上的紡絲液在在靜電作用下產(chǎn)生大量的噴射射流，射流經(jīng)歷加速、擾動(dòng)、分裂等過程，不斷變細(xì)，并在空氣中冷卻成型，最終以納米纖維的形式沉積在接收裝置4上所生產(chǎn)的納米纖維的平均直徑約為280 480nm，平均直徑約360nm，產(chǎn)率約為40g/min。該溶液體系啟動(dòng)電壓為25kV。實(shí)施例7如圖2所示的ー種三輥實(shí)心針電極納米纖維生產(chǎn)裝置，包括儲(chǔ)液池I、轉(zhuǎn)液輥2、實(shí)心針電極噴絲輥3、接收裝置4和高壓靜電發(fā)生器5等。所述轉(zhuǎn)液輥2幅寬為200cm，半徑為50cm，所述實(shí)心針電極噴絲輥3半徑(實(shí)心針針尖距軸心距離)為3cm，選擇如3所示的叉形實(shí)心針電極，實(shí)心針電極32針長為1cm，植針密度為16針/cm2，針尖與轉(zhuǎn)液輥2氟橡膠表面的距離為O. 1mm。工作吋，將5%的聚こ烯吡咯烷酮/L醇紡絲液由進(jìn)液ロ 11注入儲(chǔ)液池I中，過量紡絲液經(jīng)由出口 12流出，轉(zhuǎn)液輥2在外カ驅(qū)動(dòng)下以15r/min轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)心針電極噴絲輥3轉(zhuǎn)動(dòng)速度為15r/min，待噴絲輥3轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定后打開高壓靜電發(fā)生器5，高壓靜電發(fā)生器5正電極51與實(shí)心針電極噴絲輥3的金屬軸31相連，輸出40kV的直流高壓靜電，在多針噴絲輥3的正上方設(shè)有接收裝置4，設(shè)定二者之間的距離為20cm ;此時(shí)，在多針噴絲輥3與接收裝置4的接地極板42之間形成了ー個(gè)高壓靜電場(chǎng)，實(shí)心針31針尖上的紡絲液在在靜電作用下產(chǎn)生大量的噴射射流，射流經(jīng)歷加速、擾動(dòng)、分裂等過程，不斷變細(xì)，并 在空氣中冷卻成型，最終以納米纖維的形式沉積在接收裝置4上所生產(chǎn)的納米纖維的平均直徑約為60 120nm，平均直徑約90nm，產(chǎn)率約為20g/min。該溶液體系啟動(dòng)電壓為15kV。
權(quán)利要求
1.一種多輥實(shí)心針電極納米纖維非織造布生產(chǎn)裝置，該生產(chǎn)裝置主要包括儲(chǔ)液池、轉(zhuǎn)液輥、實(shí)心針電極噴絲輥、接收裝置、高壓靜電發(fā)生器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述帶液輥材質(zhì)為聚丙烯樹脂，外表包纏有氟橡膠，幅寬為20 200cm,半徑范圍為5 50cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述實(shí)心針電極噴絲輥，其特征在于由金屬軸和實(shí)心針電極組成，幅寬與帶液輥保持一致，半徑為3 20cm ； 所述的實(shí)心針電極植針密度為I 16針/cm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述實(shí)心針電極，特征在于其針形結(jié)構(gòu)為叉形、圓柱形、棱柱形、圓錐形、棱錐形等中的ー種；所述實(shí)心針電極，其特征在于針長I 4cm，針尖與帶液輥氟橡膠表面距離為O. I 1mm。
全文摘要
本發(fā)明公開一種多輥實(shí)心針電極納米纖維非織造布生產(chǎn)裝置，該生產(chǎn)裝置主要包括儲(chǔ)液池、轉(zhuǎn)液輥、實(shí)心針電極噴絲輥、接收裝置、高壓靜電發(fā)生器；所述帶液輥2材質(zhì)為聚丙烯樹脂，外表包纏有氟橡膠，幅寬為20～200cm，半徑范圍為5～50cm；所述實(shí)心針電極噴絲輥3幅寬與帶液輥保持一致，半徑為3～20cm；所述的實(shí)心針電極22植針密度為1～16針/cm2；所述實(shí)心針電極，特征在于其針形結(jié)構(gòu)為叉形、圓柱形、棱柱形、圓錐形、棱錐形等中的一種；所述實(shí)心針電極22，其特征在于針長1～4cm，針尖與帶液輥表面距離為0.1～1mm。本發(fā)明生產(chǎn)裝置可勝任濃度高達(dá)25％以上紡絲液電紡納米纖維生產(chǎn)，且其臨界電壓通常不高于25kV，其生產(chǎn)效率可在20g/min以上，制備的納米纖維直徑范圍為50～500nm，平均直徑小于400nm。
文檔編號(hào)D04H1/728GK102704192SQ20121020912
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者劉亞, 劉雍, 莊旭品, 康衛(wèi)民, 程博聞, 蔡占軍, 趙義俠, 閆靜 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)