本發(fā)明涉及一種多針旋轉(zhuǎn)加捻的熔體電紡納米捻線制備裝置，屬于靜電紡絲領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

當(dāng)今已經(jīng)進(jìn)入納米科技時(shí)代，靜電紡絲法已被公認(rèn)為是制備納米纖維最簡(jiǎn)單最有效的方法，目前阻礙熔體靜電紡絲工業(yè)化的關(guān)鍵問(wèn)題是纖維的產(chǎn)量、纖維直徑的進(jìn)一步減小和纖維直徑的均勻性。

納米纖維捻線是目前除了納米纖維氈之外，納米纖維集合體的另一種主要表現(xiàn)形式，在很多重要領(lǐng)域都有潛在的應(yīng)用價(jià)值。Varabhas等設(shè)計(jì)了一個(gè)多孔管靜電紡裝置，該方法采用兩端密封的多孔中空硬管，電極置入管中，管內(nèi)置電極接觸面積較小，不易形成均勻電場(chǎng)，甚至?xí)蓴_流體流動(dòng)特性，另外也存在小孔易堵塞的問(wèn)題。中國(guó)專利(專利號(hào)：201210554168.8)一種玻璃纖維捻線工藝，雖然能夠達(dá)到加捻的效果，但其加捻穩(wěn)定性低，取向性和均勻性差，無(wú)法控制捻度。

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種多針旋轉(zhuǎn)加捻的熔體電紡納米捻線制備裝置及方法。該裝置制備的納米捻線規(guī)整，捻度可控，纖維根數(shù)可控，纖維直徑均勻，提高了納米捻線的適用性和力學(xué)性能，增加了其二次加工性，擴(kuò)大了納米纖維的應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種多針旋轉(zhuǎn)加捻的熔體電紡納米捻線制備裝置，中心軸與分流板之間形成從上到下依次變窄的流道，保證進(jìn)料的均勻性。針頭上部與流道之間布置銅環(huán)作為密封裝置。多個(gè)單針噴頭環(huán)形均布提高紡絲效率和產(chǎn)量，避免了加捻過(guò)程中機(jī)械粘連的問(wèn)題。單針噴頭通過(guò)螺紋連接在容器底板上，便于更換和清洗，并且采用針頭塞替換單針噴頭可控制纖維根數(shù)。單針噴頭作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，射流在空氣中急速振蕩和鞭動(dòng)，纖維進(jìn)一步拉伸細(xì)化。中空的環(huán)形電極板與單針噴頭之間形成均勻電場(chǎng)，確保纖維直徑均勻一致性。調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以控制捻度，制備高度有序的納米捻線，提高了納米纖維的力學(xué)性能。整個(gè)過(guò)程制備的納米捻線規(guī)整，捻度可控，纖維根數(shù)可控，纖維直徑均勻，提高了納米捻線的適用性，滿足不同領(lǐng)域的需求。

實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：一種多針旋轉(zhuǎn)加捻的熔體電紡納米捻線制備裝置，主要包括：加熱棒、中心軸、流道、拐角機(jī)頭、擠出機(jī)、分流板、滾珠、蝸桿、薄壁容器、銅環(huán)、錐形導(dǎo)流器、單針噴頭、蝸輪、帶孔亞克力板、電極板、高壓靜電發(fā)生器、接收輥等。擠出機(jī)和拐角機(jī)頭相連，拐角機(jī)頭下端伸入流道內(nèi)。錐形導(dǎo)流器與中心軸采用螺紋連接，且與薄壁容器同軸布置。薄壁容器側(cè)壁下端部位加厚制成蝸輪，與蝸桿電機(jī)組成傳動(dòng)裝置，底部通過(guò)螺紋連接環(huán)形布置的單針噴頭。在分流板和薄壁容器的配合部分采用滾珠，變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦，較小旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力。環(huán)形電極板與高壓靜電發(fā)生器相連，置于帶孔的亞克力板上，與接受輥形成高壓靜電場(chǎng)。熔體由多個(gè)單針噴頭同時(shí)流出，在電場(chǎng)力作用下，纖維落到電極板上，同時(shí)，蝸輪蝸桿帶動(dòng)針頭旋轉(zhuǎn)，使得纖維達(dá)到牽伸和集束的效果。將纖維纏繞到絕緣棒上，穿過(guò)電極板的中孔，纏繞到接收輥上。接受輥置于電極板正下方，通過(guò)帶傳動(dòng)，由電機(jī)帶動(dòng)繞中心軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，收集到有取向的捻線。

本發(fā)明涉及一種多針旋轉(zhuǎn)加捻的熔體電紡納米捻線制備裝置，擠出機(jī)對(duì)物料加熱擠出，熔體進(jìn)入分流板和中心軸之間的流道，流道從上到下逐漸變窄，熔體經(jīng)錐形導(dǎo)流器，均勻流入各個(gè)單針噴頭內(nèi)，保證了進(jìn)料的均勻性。

本發(fā)明涉及一種多針旋轉(zhuǎn)加捻的熔體電紡納米捻線制備裝置，滾珠置于分流板和薄壁容器的配合部分，變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦，減小了薄壁容器作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力。

本發(fā)明涉及一種多針旋轉(zhuǎn)加捻的熔體電紡納米捻線制備裝置，蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置帶動(dòng)噴頭作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，射流在空氣中急速振蕩和鞭動(dòng)，使得纖維進(jìn)一步拉伸細(xì)化。

本發(fā)明一種多針旋轉(zhuǎn)加捻的熔體電紡納米捻線制備裝置，蝸桿帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)，同時(shí)靠螺紋連接在薄壁容器底面的單針噴頭隨之作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，針頭可以根據(jù)需要進(jìn)行拆卸安裝，便于清洗。通過(guò)針頭塞替換單針噴頭可減少纖維數(shù)量，達(dá)到控制纖維根數(shù)的目的。

本發(fā)明一種多針旋轉(zhuǎn)加捻的熔體電紡納米捻線制備裝置，環(huán)形均布的單針噴頭作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維束的聚攏作用，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以控制納米纖維的捻度。

本發(fā)明一種多針旋轉(zhuǎn)加捻的熔體電紡納米捻線制備裝置，接收輥的高速旋轉(zhuǎn)有利于聚攏纖維在下落過(guò)程中取向，最終收集在接收輥上的纖維為取向納米捻線。

本發(fā)明涉及一種多針旋轉(zhuǎn)加捻的熔體電紡納米捻線制備方法為：熔融物料進(jìn)入分流板和中心軸之間的流道，流道從上到下逐漸變窄，熔體經(jīng)錐形導(dǎo)流器，均勻流入各個(gè)單針噴頭內(nèi)。加熱棒插入分流板進(jìn)行加熱。單針噴頭與電極板之間形成高壓靜電場(chǎng)，蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置帶動(dòng)環(huán)向均布的單針噴頭旋轉(zhuǎn)，在電場(chǎng)力作用下，纖維被拉伸細(xì)化。將纖維束纏繞到一根絕緣棒上，穿過(guò)電極板的中孔，繞到接收輥上。接收輥由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)纖維進(jìn)行接收，其轉(zhuǎn)速與纖維下落速度相當(dāng)有利于纖維的規(guī)整收集，同時(shí)纖維進(jìn)一步拉伸細(xì)化。通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制環(huán)形均布的單針噴頭的旋轉(zhuǎn)速度，隨著單針噴頭的旋轉(zhuǎn)，在噴頭與接收輥之間的纖維會(huì)進(jìn)行加捻，加捻角度可以通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制納米纖維的捻度。

由上面的技術(shù)方案的介紹，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)勢(shì)有：

1.傳動(dòng)裝置帶動(dòng)環(huán)形均布的單針噴頭作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米纖維束的加捻，通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以控制纖維的捻度，提高了納米纖維的力學(xué)性能。

2.接收輥位于電極板正下方，其高速旋轉(zhuǎn)有利于聚攏纖維在下落過(guò)程中取向，其轉(zhuǎn)速與纖維下落速度相當(dāng)有利于纖維的規(guī)整收集，有利于纖維直徑的細(xì)化和聚攏長(zhǎng)纖的形成。

3.通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制環(huán)形均布的單針噴頭的旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)而來(lái)控制纖維的加捻角度，獲得不同捻度的納米捻線。

4.通過(guò)使用針頭塞替換單針噴頭可以獲得不同纖維根數(shù)的納米捻線，提高了納米捻線的適用性。

5.環(huán)形布置的單針噴頭和薄壁容器底面采用螺紋連接，便于針頭的拆卸更換和清洗。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明一種多針旋轉(zhuǎn)加捻的熔體電紡納米捻線制備裝置示意圖。

圖2為圖1所示結(jié)構(gòu)的多針排布方案的仰視剖面示意圖。

圖3為圖1所示結(jié)構(gòu)的中心軸和錐形導(dǎo)流器局部剖面示意圖。

圖4為圖1所示結(jié)構(gòu)的針頭剖面示意圖。

圖5為圖1所示結(jié)構(gòu)的針頭塞剖面示意圖。

圖中：1-加熱棒；2-中心軸；3-流道；4-拐角機(jī)頭；5-擠出機(jī)；6-分流板；7-滾珠；8-蝸桿；9-薄壁容器；10-銅環(huán)；11-錐形導(dǎo)流器；12-單針噴頭；13-蝸輪；14-帶孔亞克力板；15-電極板；16-高壓靜電發(fā)生器；17-接收輥。

具體實(shí)施方法

本發(fā)明一種多針旋轉(zhuǎn)加捻的熔體電紡納米捻線制備裝置，如圖1所示，其主要包括：加熱棒1，中心軸2，流道3，拐角機(jī)頭4，擠出機(jī)5，分流板6，滾珠7，蝸桿8，薄壁容器9，銅環(huán)10，錐形導(dǎo)流器11，單針噴頭12，蝸輪13，帶孔亞克力板14，電極板15，高壓靜電發(fā)生器16，接收輥17。擠出機(jī)5末端出口與拐角機(jī)頭4的進(jìn)口相連接。分流板6和中心軸2組成流道3，流道3從上到下逐漸變窄，與拐角機(jī)頭4出口相接。針頭12上部與流道3之間布置銅環(huán)10作為密封裝置。熔體經(jīng)流道3和錐形導(dǎo)流器11，均勻流入各個(gè)單針噴頭12內(nèi)，保證了進(jìn)料的均勻性。中心軸2與分流板6采用軸肩定位，下端與錐形導(dǎo)流器11采用螺紋連接。加熱棒1插入分流板6進(jìn)行加熱。薄壁容器9側(cè)面下端部蝸輪13與蝸桿8組成傳動(dòng)裝置(此處傳動(dòng)裝置還可選用帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)等實(shí)現(xiàn)多針旋轉(zhuǎn)加捻，在此以蝸輪蝸桿傳動(dòng)為例)，底部均布單針噴頭12。滾珠7置于分流板6和薄壁容器9的配合部分，變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦，減小了薄壁容器9作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力。電極板15與高壓靜電發(fā)生器16相連接，固定在帶孔亞克力板14上，與單針噴頭12之間形成高壓靜電場(chǎng)，且電極板15的中孔與單針噴頭12和錐形導(dǎo)流器11的中心共軸。接收輥17置于電極板15正下方，通過(guò)帶傳動(dòng)和電動(dòng)機(jī)相連接，用于收集捻線。

本發(fā)明一種多針旋轉(zhuǎn)加捻的熔體電紡納米捻線制備裝置。蝸桿8、蝸輪13、薄壁容器9和單針噴頭12構(gòu)成多針旋轉(zhuǎn)加捻裝置的主要部件。薄壁容器9側(cè)壁下端部分加厚制成蝸輪13與蝸桿8組成傳動(dòng)裝置，底部環(huán)形均勻布置多個(gè)單針噴頭12，如圖2所示。單針噴頭12與薄壁容器9采用螺紋連接，如圖4所示，便于更換和清洗單針噴頭，并且可以通過(guò)采用針頭塞，如圖5所示，替換單針噴頭達(dá)到控制纖維根數(shù)的目的。

本發(fā)明一種多針旋轉(zhuǎn)加捻的熔體電紡納米捻線制備裝置。中心軸2與分流板6采用軸肩定位，下端與錐形導(dǎo)流器11采用螺紋連接。流道3從上到下逐漸變窄，如圖3所示。熔體經(jīng)錐形導(dǎo)流器11，均勻流入各個(gè)單針噴頭內(nèi)，保證了進(jìn)料的均勻性。

本發(fā)明一種多針旋轉(zhuǎn)加捻的熔體電紡納米捻線制備方法，料筒的溫度為180℃，機(jī)頭中熔體流道拐角的溫度為220℃，進(jìn)入錐形導(dǎo)流器后流入單針噴頭溫度為240℃。單針噴頭與電極板的距離為10cm，在料筒中加入聚丙烯(PP6820)固體顆粒后，調(diào)節(jié)高壓靜電發(fā)生器14電壓示數(shù)到50kV，單針噴頭與電極板之間形成高壓靜電場(chǎng)，單針噴頭處形成射流并拉伸形成超細(xì)纖維。同時(shí)，蝸輪蝸桿帶動(dòng)多個(gè)單針噴頭旋轉(zhuǎn)，使得纖維達(dá)到牽伸和集束的效果。將纖維纏繞到絕緣棒上，穿過(guò)電極板的中孔，纏繞到接收輥上。接收輥通過(guò)帶傳動(dòng)和電動(dòng)機(jī)相連接作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，收集有取向的納米捻線。通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)單針噴頭的旋轉(zhuǎn)速度可實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維捻度的控制作用，同時(shí)接收輥的自轉(zhuǎn)能夠?qū)ο侣涞睦w維取向，使纖維在加捻的時(shí)候更加均勻。當(dāng)接收輥收集速度為2500r/min，收集的纖維平行取向度為0.95，纖維取向度很好，纖維直徑為400nm，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速以改變單針噴頭的旋轉(zhuǎn)速度，從而可以獲得不同捻度的納米捻線。當(dāng)圓盤的旋轉(zhuǎn)速度為1000r/min時(shí)，收集的纖維加捻角度為35°-40°，極大地提高了纖維的力學(xué)性能。