[实用新型]一种微分分流离心纺丝法制备纳米纤维的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用微分分流离心纺丝法制备纳米纤维的装置，属于纺丝成型领域。 

背景技术

随着纳米技术的快速发展，对于批量制备纳米纤维的装置及工艺的需求愈来愈迫切，应用研究越来越繁荣。研究者提出了模板法、自组装法、相分离法、静电纺丝法等几种纳米纤维制备的方法和工艺，其中静电纺丝法由于其简易的设备和制备工艺备受关注，并逐渐发展出了批量化设备，但是溶液静电纺丝法的效率及纤维强度仍有待提高，熔体静电纺丝批量化技术仍处于发展和完善阶段，而其他方法处于实验室水平，批量化制备较难。 

近期人们又将目光转向了传统的离心纺丝技术，即将某些聚合物熔体借助高速旋转的装置所产生的离心力和剪切力由细孔甩出而成纤的方法。早在1972年，美国专利“Centrifugal spinning device”(专利号3696904)就提出了以离心方式制造纤维的方法；1986年欧洲专利EP-A-168817指出在离心纺丝中，离心作为充当压力泵的作用，物料熔体被挤压通过孔洞，形成纤维；在此之后美国、欧洲有大量专利对离心纺丝方法进行了改进描述，美国专利2008年“Method of producing carbon nanomaterials and centrifugal melt spinning apparatus”(US20080050304a1)提出了利用离心方法制备纳米级碳纤维的构想；中国科学院长春应化所专利“熔体溶液离心纺丝制备非织造物的装置”（20071030660.2）提出一种利用带孔环的隔片，引导出多根丝的离心纺丝技术；2012年中国专利公开了水平盘式旋转离心纺丝法（CN102373513A），提出通过旋转盘离心作用，铺展于盘面的熔体膜逐渐变薄直至破裂，最终变成细丝冷凝成纤维，这些专利大部分提出的装置及工艺只能制备出微米级纤维，水平盘式纺丝装置熔体破裂具有随机性，可控性差，熔体膜厚不易控制。 

近期美国专利“Method and apparatus making superfine fibers”(20090280325A1)提出一系列制备超细纤维的离心纺丝设备，并通过专利US20090280207 A1、US20090269429 A1、US20090232920 A1描述了装置所用喷丝头的结构和使用方式，提出的喷头都是通过多个微孔实现纺丝的量化，微孔加工和安装都有一定的复杂性。基于上述专利及配套喷头的系列专利的提出，Rieter OFT公司与德国一家研究所共同开发了一种称为“Forcespinning^TM”的离心纺丝装置，并通过文章“Electrospinning to forcespinning”对其装置和工艺进行了描述。目前离心纺丝设备的产量每分钟每孔可达1g，效率已经很可观，制备的纤维细度在300nm左右，纤维分布较窄。 

尽管如此，上述提出的喷头都是通过多个微孔实现纺丝的量化和细化，水平盘式存在纤维粗细不均一、流体层较厚的问题，要进一步提高产量获得更细的纤维，必须通过更多更细的微孔加工和更快的旋转速度相配合，带来了加工的复杂性和旋转速度提升引起的能耗和安全问题。 

发明内容

本实用新型提出了一种微分分流离心纺丝法制备纳米纤维的装置，通过对旋转结构上锥面的设计，使得旋转结构上的熔体或溶液的减薄和离心力更加可控，梳齿状熔体或溶液分流结构使得熔体破裂更加均匀一致；其中扇叶结构在高速旋转下形成高速气流，使得形成的纤维得到进一步拉伸并快速附着于接收部位；周向或双侧面连续运输辊子可以满足纤维的连续接收；电磁加热系统和红外温度检测装置的配合可以在不影响旋转结构的情况下实现对熔体或溶液的精确控温；通过偏心安置的外部螺杆挤出或者泵体的连续间接供料可以使该装置实现纳米纤维的连续制备。 

本实用新型一种微分分流离心纺丝法制备纳米纤维的装置，主要包括电机支架、高速电机、联轴器、旋转体、连续供料装置、红外温度传感器、输送带辊子组、电磁加热器、辊子轴承座、旋转体轴承、纺丝箱体、运输帘布、滚压装置、收卷装置，其中电机支架固定在纺丝箱体下仓用于固定高速电机，高速电机通过联轴器和旋转体轴承带动旋转体高速旋转，连续供料装置固定在纺丝箱体顶端，出料口以偏心的方式置于旋转体上端并保持微小间距，红外温度传感器固定连接在连续供料装置上，电磁加热器围绕旋转体并保持一定间隙固定在纺丝箱体上，输送带辊子组通过辊子轴承座周向安置在纺丝箱体上，在辊子组上包覆运输帘布，在纺丝箱体上部开一个狭缝，在狭缝外安装收卷装置。