[发明专利]一种生产微纳米纤维的液喷非织造纺丝的装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳米纤维的制作领域，尤其是涉及一种生产微纳米纤维的液喷非织造纺丝的装置和方法。

背景技术

液喷非织造纺丝成网技术是一种新型纺丝成网技术。该技术以聚合物溶液为原料，运用高速空气射流对从喷丝孔挤出的聚合物溶液细流进行冲击，使溶液细流直径迅速减小，同时溶剂快速挥发，成为微纳米纤维，凝聚在接收装置上形成纤维网。液喷非织造纺丝成网技术产生于2009年，是介于熔喷非织造纺丝成网技术和静电纺丝成网技术之间的技术。对于一些不能用熔喷技术纺丝的聚合物，如熔点较高或高温下容易降解的聚合物，液喷技术可以进行纺丝；液喷纺丝技术可以根据产量的要求增加纺丝头的数量，容易进行产业化推广。目前，液喷非织造纺丝成网技术所制得的最终纤维直径为微纳米级，介于熔喷技术纤维和静电纺丝技术纤维直径之间。在液喷非织造纺丝成网技术中，按照空气射流的特点，分为两种技术形式，环形射流作用形式和双槽气流作用形式。环形气流作用形式，是指高速空气射流只有一股，该股射流环绕着聚合物细流；双槽气流作用形式，是指高速空气射流分为两股，对称分布在聚合物细流的两边。在双槽气流的液喷非织造纺丝成网技术中，由于高速空气射流的非稳定特性，使得两股空气射流冲击聚合物溶液细流时不完全稳定，而使溶液细流产生一定的不稳定性鞭动。液喷技术实践表明，溶液细流的一定程度的不稳定性鞭动，有利于溶液细流的进一步细化。如果将两股空气射流形式设计成非连续交替变化形式，通过改变空气射流交替变化频率来控制溶液细流的鞭动程度，当空气射流的交变频率和溶液细流鞭动的固有频率相近或相同时，达到共振作用，空气射流冲击拉伸细化溶液细流的程度达到最大，从而得到符合设计要求的进一步细化的最终纤维。交变射流与连续稳定气流最大的区别是气流方向交替变化，这种变化气流具有节约空气动力能源、改变气流作用形式和提高气流作用效果的优点。目前，还没有交变射流的方法来细化液喷技术最终纤维的方法和装置。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种生产微纳米纤维的液喷非织造纺丝的装置和方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种生产微纳米纤维的液喷非织造纺丝的装置，包括聚合物溶液输入单元、气流输入单元、交变射流发生单元和液喷非织造纺丝单元，所述液喷非织造纺丝单元分别与聚合物溶液输入单元和交变射流发生单元相连接，所述的交变射流发生单元还与气流输入单元相连接，所述的液喷非织造纺丝单元包括溶液压力推动装置、溶液储存腔、空气射流槽及纺丝接收成网装置，所述的溶液储存腔与聚合物溶液输入单元连接，所述的溶液储存腔下方开设喷丝孔，所述的溶液压力推动装置与溶液储存腔连接，推动溶液储存腔内溶液由喷丝孔喷出，所述的空气射流槽设置在喷丝孔周围，且与交变射流发生单元连接，所述的纺丝接收成网装置设置在喷丝孔下方，溶液细流从喷丝孔被挤出，喷出的溶液细流在交变射流冲击拉伸下，凝聚到纺丝接收成网装置上形成纤维网。

所述的交变射流发生单元包括交变射流发生器及与交变射流发生器连接并控制交变射流发生器的控制器。交变射流发生单元作用是将连续和常压的空气射流分成两股(也可以设计分成多股)输出，这输出的两股(或多股)呈一定的频率交替改变方向。

所述的交变射流发生器为电磁换向阀，通过电磁换向阀控制空气射流槽空气通道的规律性开启与闭合，实现空气射流的交替换向变化。

所述的交变射流发生器为管状组合件，包括空管和芯子，所述的空管上设有多个交变射流的输出口，所述的芯子套设在空管内，芯子的上部转动时堵住部分交变射流的输出口，所述的空管上端连接气流输入单元，多个交变射流的输出口分别连接空气射流槽；所述的芯子连接变频调速马达，变频调速马达与PC控制器连接，通过变频调速马达带动芯子转动，实现空气射流的交替换向变化。

所述的芯子，可以是实心的，也可以是空心的，其结构可以是上部半圆柱体、下部完整圆柱体的结构，也可以是整个的半圆柱体结构，还可以是斜面圆柱体结构。

所述的交变射流的输出口与空气射流槽的个数均为两个。

所述的聚合物溶液输入单元为容纳聚合物溶液的溶液容器，其作用是提供液喷纺丝的溶液原料，所述的气流输入单元包括空气源和压力表，作用是提供持续一定压力的空气射流源。

本发明装置实际操作过程如下(交变射流发生单元以交变射流发生器为管状组合件为例)：

(1)溶液配置和参数设定

根据设计要求将聚合物材料溶于一定溶剂中，制成一定浓度的溶液，注入纺纱装置中，然后，根据交变频率需要设计变频调速马达的转速，将速度值输入PC控制机。