[发明专利]一种金属网带式熔体静电纺丝装置及工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属网带式熔体静电纺丝装置及工艺，属静电纺丝领域。 

背景技术

当前制备纳米纤维的方法很多，其中纺丝法主要有熔喷法、静电纺丝法、离心纺丝法、拉伸法和双组分复合纺丝法，各方法均有优缺点。熔喷法的主要原理是利用高速热气流对聚合物熔体细流进行牵伸，其作为纺丝最成熟的产业化技术之一，具有很高的纺丝效率，但其制备纤维直径较粗，一般为2-5μm，且不能纺制连续长纤维；静电纺丝作为制备纳米纤维最具前景的工艺方法，是利用高压静电力对聚合物溶液或熔体进行拉伸，虽然其溶液静电纺丝制备的纤维可达十几到几百纳米，但其溶剂挥发易造成环境污染且纺丝产量很低，而熔体静电纺丝方法克服了溶液静电纺丝方法溶剂挥发、某些材料找不到合适溶剂等问题。然而由于该法制备的纤维直径相对溶液静电纺丝制备的纤维较粗，研究进展及产业化发展缓慢。 

无论是熔喷技术还是静电纺丝技术，研究人员从未停止过技术的研发和改进，但多数都是对原装置的不断改进，始终无法从根本上解决问题。捷克的“纳米蜘蛛”（PCT/CZ2004/000056）采用辊筒式喷丝，解决了针头式喷头堵塞及产量低等问题，一定程度上满足了部分产品产业化需求，但其纺丝装置结构比较复杂，对纺丝工艺要求很高，且无法避免有机溶剂挥发等根本性问题。为此科研工作者尝试很多新的思路，将不同工艺相结合，中国专利（专利号：201310147463.6）将离心纺丝装置与电场结合，但该装置只是电场与离心装置的简单附加。美国专利（专利号US2004/030901）将熔喷与溶液静电纺 丝相结合，利用高速气流对溶液静电纺丝进行辅助，该装置可在熔喷纺丝和静电纺丝条件下单独工作，适应更多的工作条件，但它还是以单根针头为喷头主体，且只适用于溶液。 

如何突破常规思路，将不同的工艺相结合以达到最佳的纺丝效果是一个难点，本发明将利用网带上的辅助气流实现自由表面熔体凸起的产生，从而通过静电纺丝原理应用，实现熔体静电纺丝的无喷针式纺丝，采用了更加简单的无喷头式设计，形成一种新型无喷头式熔体静电纺丝批量化生产装置，为技术的创新开辟了新思路。 

发明内容

本发明一种金属网带式熔体静电纺丝装置及工艺，通过宽幅膜或者板机头直接涂覆均匀薄层熔体至金属网带表面，熔体在辅助气流的扰动下在每个细网孔上形成凸起，并在较低的高压电场力牵伸下形成射流，并固化成丝沉积在接收装置上，该装置及方法避免了传统毛细管式纺丝法的难加工、易堵塞的难题，同时避免了无喷针滚筒式溶液静电纺丝超高电压的危险和局限，使得热塑性聚合物的超细纤维连续批量化熔体静电纺丝成为现实，为我国聚合物超细纤维工业提供发展动力。 

实现上述目的的技术方案是：一种金属网带式熔体静电纺丝装置，主要包括挤出机、滤网、熔体计量泵、进料机头、红外加热器、气刀、气流调节阀、空压机、金属网带、带孔电极板、高压静电发生器、铺网带、抽风箱、抽风机、热轧装置、收卷装置，挤出机与熔体计量泵之间安置过滤网，熔体计量泵与进料机头相连，金属网带置于进料机头下方，其左端与进料机头位置对应，红外加热器和气刀均安置于金属网带内部并紧贴上层金属网带，多 个气刀在金属网带后半段平行均布排列，并分别通过气流调节阀与空压机气流出口相连，铺网带在金属网带上方并正对于气刀，带孔电极板在铺网带内部并紧贴其下表面，带孔电极板与高压静电发生器高压输出端子相连，抽风箱紧挨电极板上部，通过调节阀与抽风机连接。 

本发明一种金属网带式熔体静电纺丝装置，其中金属网带采用网格结构，其目数一般在10-300目，材质为金属材质，金属网带接大地，可以是铜、铁、银等良导体，当气流吹送到网格结构的空隙处，利于覆盖在其上的熔体形成熔体凸起，从而降低了纺丝电压阈值。 

本发明一种金属网带式熔体静电纺丝装置，其中气刀由一个或多个独立气刀平行排列组成，气刀在金属网带后半段均布排列，每个气刀平行间距50-400mm，气刀同进料机头水平间距大于100-200mm，防止进料机头对电场的干扰，通过气流调节阀分别调节各气刀气流大小，气流速度在1-100m/s可调。 

本发明一种金属网带式熔体静电纺丝装置，进料机头可以通过连接挤出机、滤网、熔体泵连续挤出聚合物熔体层至金属网带，这种情况下，进料机头可以是衣架型或其他用于宽幅板材或宽幅膜挤出机头的形式。