[实用新型]超离心-旋流高粘度纺丝制备纳米纤维的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及高分子材料纺丝技术领域，特别涉及一种超离心-旋流高粘度纺丝制备纳米纤维的装置。

背景技术

纳米纤维与其它纤维相比较，由于具有超大比表面积、超细孔隙度和良好的机械特性等独特优势而广泛用于过滤介质、伤口敷料、纳米传感器、血管工程及组织工程等领域。制备纳米纤维的方法有许多种，如熔体吹丝、模板合成、自组装、拉伸法、静电纺丝等。目前，静电纺丝是应用最为广泛的纳米纤维制备方法。但是在实际生产中，静电纺丝由于存在以下固有缺陷而被限制商业使用：（1）需要高压电场；（2）聚合物溶液需要具有一定导电率；（3）成本高、环境污染；（4）生产效率低。为了减少静电纺丝过程的缺陷限制，国内外研究人员在改进静电纺丝过程方面开展了相当多的工作。

为了克服静电纺丝制备纳米纤维的种种缺陷，开发不需要施加高压电场，能够无污染、高效率制备纳米纤维的方法，已成为研究重点。目前也有采用离心装置进行纺丝的，但都还存在以下三方面的问题：（1）连续供料的问题，尤其是对于高粘度的聚合物熔体，他们都是采用聚合物颗粒在离心机中直接熔融，这种形式一方面是塑化效率低，降低生产速率，另一方面是塑化效果不好，容易阻塞流道；（2）喷射问题，对于一些聚合物含量比较大的溶液或者熔体，由于粘度很大，导致需要超高的离心力迫使物料从喷嘴中喷射而出，而且离心力会随着物料的不断挤出而逐渐减少，这就会导致挤出纤维直径不均匀；（3）纤维直径衰减问题，由于物料粘度比较大，单纯依靠离心力，难以形成纳米纤维，或者纳米纤维含量较低。因此，利用离心力进行纺丝还有待进一步开发。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超离心-旋流高粘度纺丝制备纳米纤维的装置，该装置可实现利用高粘度聚合物高效高速制备直径均匀的纳米纤维。

本实用新型的技术方案为：一种超离心-旋流高粘度纺丝制备纳米纤维的装置，包括储料缸、纤维接收器、旋转驱动机构和送料机构，纤维接收器设于储料缸下方，旋转驱动机构设于储料缸外周，送料机构设于储料缸外侧，储料缸的侧壁上设有进料口，进料口处与送料机构连接；储料缸内设有柱塞杆，柱塞杆沿着储料缸的内壁上下运动；储料缸底部设有挡板，挡板上方设有进料板，进料板与挡板之间设有喷嘴板，喷嘴板上的喷射口位于纤维接收器内；纤维接收器上方设有空气旋流板，空气旋流板固定于储料缸外周。其中，当送料机构向储料缸中输送物料时，柱塞杆位于进料口上方；当储料缸高速旋转喷射物料时，柱塞杆在储料缸内逐渐向下运动，挤压物料喷射；储料缸的旋转带动空气旋流板旋转，可加速空气旋流，增大旋流空气压力。

所述旋转驱动机构包括超高速电机、第一带轮、传送带和第二带轮，超高速电机的输出端与第一带轮连接，第一带轮通过传送带与第二带轮连接，第二带轮与储料缸外周连接。超高速电机转动时，带动第一带轮转动，第一带轮通过传送带带动第二带轮转动，从而驱动储料缸高速旋转。

所述送料机构可采用以下结构形式：

（1）所述送料机构包括送料筒和往复式螺杆，往复式螺杆设于送料筒内，送料筒与储料缸上的进料口相接。该送料机构适用于高粘度的聚合物熔体纺丝，通过往复式螺杆输送熔体，其输送力较大，塑化效果也较好。

（2）所述送料机构包括送料筒和送料柱塞，送料柱塞设于送料筒内，送料筒与储料缸上的进料口相接。该送料机构适用于粘度较低的溶液纺丝。

所述储料缸外周设有红外加热器。通过红外加热器对储料缸内的熔体进行保温，可使储料缸高速旋转时，旋流空气压力辅助超离心力克服纤维的表面张力，使得纤维直径不断衰减，制备出性能优良、直径更均匀的纳米纤维。

所述喷嘴板中部设置喷射口，喷射口呈“十”字形，喷射口中心为圆形通孔。

所述进料板中部设有进料通孔，进料通孔的直径小于储料缸的直径；进料通孔由上至下带有锥度。

本实用新型根据上述装置可实现一种超离心-旋流高粘度纺丝制备纳米纤维的方法，利用强制挤压作用将物料输送至喷嘴板处；在强挤压力和超离心力的耦合作用下，物料克服毛细管压力后从喷射口喷射而出，初步形成纤维；超离心力和旋流空气压力进一步作用于纤维，迫使纤维直径不断衰减，直至抵达纤维接收器时，形成纳米纤维。

其中，所述强挤压力由柱塞杆在储料缸内的运动产生；超离心力由储料缸的旋转运动产生；旋流空气压力由空气旋流板的旋转运动产生。

超离心-旋流高粘度纺丝制备纳米纤维的具体过程为：