[发明专利]一种熔体磁纺丝装置及利用该装置制备微纳米纤维的方法

权利要求书

1.一种熔体磁纺丝装置，其特征在于，包括可控制给料速率可加热的给料装置，纺丝喷头，喷头驱动机构和纺丝接收装置，所述给料装置设置有加热熔融高分子材料的加热部件，所述纺丝接收装置包括水平设置的收集圆盘，所述收集圆盘的底部圆心处与直流无刷电机的输出轴对接联动，直流无刷电机电连接电源和控制电机转速的电机控制器，所述收集圆盘上表面以圆盘中心轴线为对称轴对称设置多个竖直支柱，所述竖直支柱至少为3个，竖直支柱中1个为永磁铁，其余为金属细针，所述纺丝喷头水平设置，纺丝喷头的喷射口指向纺丝接收装置的永磁铁，所述纺丝喷头连接可带动其在竖直方向上做往复运动的喷头驱动机构，所述纺丝喷头与供给纺丝液的给料装置相连。

2.如权利要求1所述的一种熔体磁纺丝装置，其特征在于，所述给料装置为单螺杆挤出机，所述单螺杆挤出机通过三段加热，喂料段温度为80℃～200℃、塑化段温度在85℃～205℃、均化段温度在90℃～210℃，所述单螺杆挤出机的机头通过输液管连接纺丝喷头。

3.如权利要求1所述的一种熔体磁纺丝装置，其特征在于，所述竖直支柱为4个，其中1个为永磁铁，3个为金属细针。

4.如权利要求1所述的一种熔体磁纺丝装置，其特征在于，所述喷头驱动机构为直线电机及其控制器。

5.利用权利要求1至4中任一种熔体磁纺丝装置制备微纳米纤维的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)物料混合：将磁性纳米颗粒和高分子聚合物充分搅拌混合，得混合物；

(2)微纳米纤维的制备：将步骤(1)所得混合物加入给料装置中，开启给料装置，设置加热部件的加热温度，磁性纳米颗粒和高分子聚合物在高温作用下熔融成磁流体纺丝液，调整给料装置的给料速率，磁流体纺丝液进入纺丝喷头，在纺丝喷头喷射口处形成液滴，纺丝喷头喷射口处的磁流体纺丝液液滴在磁场力的作用下形成射流与永磁铁搭连成桥，此时打开喷头驱动机构开关和直流无刷电机的电机控制器开关，调节电机转速，直流无刷电机带动收集圆盘旋转，在磁场力作用下铁磁流体射流不断被拉出，在拉伸细化过程中伴随着溶剂挥发，在收集圆盘的竖直支柱间缠绕形成有序磁性微纳米纤维。

6.如权利要求5所述的利用熔体磁纺丝装置制备微纳米纤维的方法，其特征在于，步骤(1)所述的所述的高分子聚合物是聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚己内酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或多种；步骤(1)所述的磁性纳米颗粒是γ-Fe₂O₃、Fe₃O₄、钴、镍中的一种，或者为多种磁性元素的复合磁性纳米颗粒。

7.如权利要求5所述的利用熔体磁纺丝装置制备微纳米纤维的方法，其特征在于，步骤(2)中使用的给料装置为单螺杆挤出机，将步骤(1)所得的混合物从料斗加入单螺杆挤出机中，启动单螺杆挤出机，设定喂料段温度、塑化段温度、均化段温度和螺杆转速，磁性纳米颗粒和高分子聚合物在三段加热的过程中熔融成磁流体纺丝液，在单螺杆的挤出推动作用下混匀形成磁流体纺丝液并从机头挤出，并通过与机头相连的输液管进入纺丝喷头在纺丝喷头喷射口处形成液滴，纺丝喷头喷射口处的磁流体纺丝液液滴在磁场力的作用下形成射流与永磁铁搭连成桥，此时打开喷头驱动机构开关和直流无刷电机的电机控制器开关，调节电机转速，直流无刷电机带动收集圆盘旋转，在磁场力作用下铁磁流体射流不断被拉出，在拉伸细化过程中伴随着溶剂挥发，在收集圆盘的竖直支柱间缠绕形成有序磁性微纳米纤维。

8.如权利要求7所述的利用熔体磁纺丝装置制备微纳米纤维的方法，其特征在于，所述步骤(1)物料混合为将质量比为43:57的Fe₃O₄磁性纳米颗粒和聚己内酯充分搅拌混合，所述Fe₃O₄磁性纳米颗粒的直径为20纳米，所述聚己内酯的分子量为100000；步骤(2)中使用的单螺杆挤出机中单螺杆直径为20毫米，其长径比为25，设定单螺杆挤出机的喂料段温度为80℃、塑化段温度为85℃、均化段温度为90℃，螺杆转速为50转/分钟，调节纺丝喷头喷射口与永磁铁间距为6.5毫米，直流无刷电机转速为300转/分钟，纺丝时间为20分钟。