一种熔融静电纺丝装置
阅读：429发布：2020-05-13
专利汇可以提供一种熔融静电纺丝装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种熔融 静电纺丝 装置，包括纺丝 喷嘴 、纺丝喷嘴套件、喷头套筒、 柱塞 、 配重 盘、加热装置、 温度 传感器 及弹性 密封圈 。在熔融静电纺丝组件的与熔融 聚合物 相 接触 的部件的表面上都设置有凹凸防粘连结构，可以实现聚合物熔体在纺丝组件中的防粘附作用；该凹凸防粘连机构的作用机理为：凹凸防粘连结构中包括凹陷部分和凸起部分，凸起部分高出部件表面设置，利用点与点之间的 支撑 作用减少高 粘度 的聚合物熔体与部件表面之间的直接接触，并且在高温高压熔体的作用下形成气体悬浮作用，起到自分离式防粘连。，下面是一种熔融静电纺丝装置专利的具体信息内容。
1.一种熔融静电纺丝装置，包括纺丝喷嘴、纺丝喷嘴套件、喷头套筒、柱塞、配重盘、加热装置、温度传感器及弹性密封圈，纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件及喷嘴套件上部分与喷头套筒之间均通过螺纹连接，柱塞置于喷头套筒内部，其上端与配重盘通过螺纹连接，喷头套筒通过均布的螺栓孔固定于纺丝机架上，加热装置置于喷头套筒外围，温度传感器置于喷头套筒内部，加热装置及温度传感器与温控箱相连，弹性密封圈置于纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间；其特征在于，在柱塞、喷头套筒、纺丝喷嘴、纺丝喷嘴套件的与聚合物熔体相接触的表面上均设置有凹凸防粘连机构；该凹凸防粘连结构为均匀分布的凹陷和凸起。
2.如权利要求1所述的熔融静电纺丝装置，其特征在于：所述凹凸防粘连结构中的凹陷和凸起相互间隔均匀分布；凸起的表面积为0.5-2平方毫米，凹陷的表面积为1-3平方毫米。
3.根据权利要求2所述的熔融静电纺丝装置，其特征在于：纺丝喷嘴底部中央有十字槽。
4.根据权利要求3所述的熔融静电纺丝装置，其特征在于：纺丝喷嘴外表面和纺丝喷嘴套件内表面均为锥面，且相互平行。
5.根据权利要求4所述的熔融静电纺丝装置，其特征在于：纺丝喷嘴套件顶端采用凸起设计。
6.根据权利要求5所述的熔融静电纺丝装置，其特征在于：纺丝喷嘴套件上部有一圆形排列的圆柱形导流孔，导流孔直径为1-3mm。
一种熔融静电纺丝装置
技术领域
[0001] 本发明涉及纺织技术领域，具体涉及一种熔融静电纺丝装置。
背景技术
[0002] 熔体纺丝工序最早的记载出自1845年的英国专利。1939年熔体纺丝作为制造尼龙66纤维的生产工艺获工业化应用。熔体纺丝基本过程包括物料熔融、从喷丝板微孔中挤出、熔体细流冷却固化成形。制成的长丝可使用筒子卷绕成型或进行其他加工。在熔融纺丝的过程中，聚合物喂入挤出机，经过螺杆输送、塑化、熔融后再向前送到计量累:计量聚通过精确计量确保聚合物的熔体能够稳定均匀地流入到关键部件纺丝组件中，在纺丝组件中熔体经过过滤介质的过滤，除去了杂质和气泡后被高压压入开有多孔的喷丝板中成为细流；细流在被横吹风快速冷却(骤冷)的同时，由于下面卷绕轴的作用还产生高倍拉伸，使得直径变细；初生纤维被卷绕成一定的卷装。
通常情况下纺丝组件主要是由上层过流盖、金属网和过滤砂组成的过滤层、分配板及多孔喷丝板构成。纺丝熔体从上层入口流入纺丝组件后，经由砂腔上的倒锥形卿趴型的过流盖扩散地进入组件的内腔中，在上层压力的作用下巧入过滤组合层。过滤层通常有多层过滤网和金属过滤砂组成。在过滤层的最上层常安放一片不诱钢丝编成的粗网，成为盖网或罩网，目的是阻挡大块的杂物和防止下部的砂层移动。当使用滤砂过滤时，原则上按砂粒粒度由粗而细顺序布置。放置多层滤网时，也是按网孔尺寸由大到小的原则。在过滤组合层的最底层安放了一层支撑网，它通常是由一片或者两片粗网组成，目的是支撑上层过滤层，增加总刚性，达到不被压陷的作用，有时它也能防止破碎的滤砂下漏到喷丝孔的作用。经过精细过滤后的熔体流进分配板的孔中。分配板的作用一方面是起着支撑上层过滤层，另一方面是将聚合物熔体尽可能均匀地分配到喷丝板板前，使得每孔的流量均匀，还替喷丝板分担了部分的熔体压力，使得喷丝板面不至于超压而发生变形。聚合物熔体被挤入喷丝板的导孔之后，微孔赋于熔体一定的形状挤出成为丝条，就这样结束了炫体在纺丝组件内部流动的纺丝组件的设计主要需确定它的结构和尺寸。其中组件外部结构和尺寸主要需要考虑自身的强度和抗腐蚀性等问题，也涉及到安装拆卸和密封性的问题。纺丝组件的内部元件才真正承担着主要的纺丝功能，应该怎么选择过滤组合元件、混合元件、分配元件和喷丝板元件等，必须综合性的从流体力学、熔体流变学和热传导学等多角度去充分计算和考虑。
当然设计的同时也不能忽略各元件的内部密封和强刚度的问题。熔融纺丝是在高温下进行的，聚合物熔体如果长期处于高湿状态，会发生降解影响原丝的品质，所W在设计组件内部通道时，应尽可能使熔体均匀地分配到喷丝板各微孔中，通道阻力应相等，组件内不能存在死角，以免熔体停留时间过长而发生分解。与熔体接触的王件表面应加工得光滑，不能使物料由于壁面阻力而滞留。纺丝组件中流体运动均匀性主要包括流体运动速度、压力、停留时间、出料分配等内容。理想的纺丝组件应该能够同时保证上述参数都相同，送样才能确保聚合物熔体以相同的质均匀分配到喷丝板每个喷丝孔中，最终纺制出结构性能均匀的高质量纤维。然而，影响纺丝组件中流场均匀性的因素众多，其中主要有物料性质、工艺条件、设备结构参数等。在前两者控制相同时，设备结构又是其最主要的影响因素。
聚合物熔体的流动行为比起小分子溶液来说要复杂得多。在外力作用下，熔体不仅表现出不可逆的粘性变形，而且还表现出可逆的弹性变形。这是因为聚合物的流动并不是高分子链之间简单的相对滑移，而是运动单元依次跃迁的总结果。在外力作用下，高分子链不可避免地要顺着外力方向伸展，除去外力，高分子链又将自发地卷曲起来。这种构象变化所致的弹性形变的发展和回复过程均为松弛过程，该过程取决于聚合物分子量、外力作用时间、温度等。在成型加工过程中，弹性变形及其随后的松弛对纤维的外观、尺寸稳定性、内应力等有密切关系。
通常情况下纺丝组件主要是由上层过流盖、金属网和过滤砂组成的过滤层、分配板及多孔喷丝板构成。纺丝熔体从上层入口流入纺丝组件后，经由砂腔上的倒锥形卿趴型的过流盖扩散地进入组件的内腔中，在上层压力的作用下巧入过滤组合层。过滤层通常有多层过滤网和金属过滤砂组成。在过滤层的最上层常安放一片不诱钢丝编成的粗网，成为盖网或罩网，目的是阻挡大块的杂物和防止下部的砂层移动。当使用滤砂过滤时，原则上按砂粒粒度由粗而细顺序布置。放置多层滤网时，也是按网孔尺寸由大到小的原则。在过滤组合层的最底层安放了一层支撑网，它通常是由一片或者两片粗网组成，目的是支撑上层过滤层，增加总刚性，达到不被压陷的作用，有时它也能防止破碎的滤砂下漏到喷丝孔的作用。经过精细过滤后的熔体流进分配板的孔中。分配板的作用一方面是起着支撑上层过滤层，另一方面是将聚合物熔体尽可能均匀地分配到喷丝板板前，使得每孔的流量均匀，还替喷丝板分担了部分的熔体压力，使得喷丝板面不至于超压而发生变形。聚合物熔体被挤入喷丝板的导孔之后，微孔赋于熔体一定的形状挤出成为丝条，就这样结束了炫体在纺丝组件内部流动的纺丝组件的设计主要需确定它的结构和尺寸。其中组件外部结构和尺寸主要需要考虑自身的强度和抗腐蚀性等问题，也涉及到安装拆卸和密封性的问题。纺丝组件的内部元件才真正承担着主要的纺丝功能，应该怎么选择过滤组合元件、混合元件、分配元件和喷丝板元件等，必须综合性的从流体力学、熔体流变学和热传导学等多角度去充分计算和考虑。
当然设计的同时也不能忽略各元件的内部密封和强刚度的问题。熔融纺丝是在高温下进行的，聚合物熔体如果长期处于高湿状态，会发生降解影响原丝的品质，所W在设计组件内部通道时，应尽可能使熔体均匀地分配到喷丝板各微孔中，通道阻力应相等，组件内不能存在死角，以免熔体停留时间过长而发生分解。与熔体接触的王件表面应加工得光滑，不能使物料由于壁面阻力而滞留。纺丝组件中流体运动均匀性主要包括流体运动速度、压力、停留时间、出料分配等内容。理想的纺丝组件应该能够同时保证上述参数都相同，送样才能确保聚合物熔体以相同的质均匀分配到喷丝板每个喷丝孔中，最终纺制出结构性能均匀的高质量纤维。然而，影响纺丝组件中流场均匀性的因素众多，其中主要有物料性质、工艺条件、设备结构参数等。在前两者控制相同时，设备结构又是其最主要的影响因素。
聚合物熔体的流动行为比起小分子溶液来说要复杂得多。在外力作用下，熔体不仅表现出不可逆的粘性变形，而且还表现出可逆的弹性变形。这是因为聚合物的流动并不是高分子链之间简单的相对滑移，而是运动单元依次跃迁的总结果。在外力作用下，高分子链不可避免地要顺着外力方向伸展，除去外力，高分子链又将自发地卷曲起来。这种构象变化所致的弹性形变的发展和回复过程均为松弛过程，该过程取决于聚合物分子量、外力作用时间、温度等。在成型加工过程中，弹性变形及其随后的松弛对纤维的外观、尺寸稳定性、内应力等有密切关系。
[0003] 高聚物熔体粘性切流动主要特点为:切粘度非常高；切粘度强烈依赖切边速率，绝大多数高聚物熔体都属于假塑性流体；假塑性高聚物熔体在圆管内的流速分布不呈抛物线线形，而是接近于柱塞流动，速度梯度集中在管壁附近，在有些情况下可能有管壁滑动移，在流动中还可能有分子量分级效应，使低分子量级分在管壁附近多于管轴。
[0004] 实际生产过程中，并非是等温过程，而且是不稳态的，但上述的"可纺性"理论，对化学纤维的成型过程还是有较好的借鉴和指导意义，从"可纺性"理论中得出的主要因素都是控制纺丝顺利进行的因素。例如对毛细机理主要影响因素是粘度和表面张力，对内聚能破裂机理影响的主要因素是形变快慢和粘弹性大小等。了解熔体的可纺性原理有助于我们在调节纺丝工艺时，有针对性的选择最佳的条件，从而避免纺丝中出现不稳定现象。改变纺丝王艺参数及原料的流变性能可能使得稳定纺丝的可变参数范围充分増加，方便与工艺的调整。由于熔融的高温聚合物熔体需要在纺丝组件中转移和流动，因此，高温熔体与纺丝组件质检不可避免地会存在有接触，也就不可避免地会在纺丝组件的表面上存在粘附，虽然目前在制备纺丝组件时已经可以将其表面加工的足够光滑，已经在很大程度上降低了由于表面表面问题而造成的聚合物粘附，但是，由于加工精度和加工技术的限制，很难做到表面完全光滑，这样还是会产生聚合物的粘附；现有技术中还有在纺丝过程中在聚合物和纺丝组件的表面之间添加润滑剂的方案，这样会起到一定的防粘附效果，但是这些添加进来的润滑剂势必会进入到聚合物中，进而聚合物的性质以及后续纺丝的性质产生不可预料的影响，也是不可取的。由于在纺丝过程中聚合物的粘附，在没完成一个批次的生产计划后都需要对纺丝组件进行彻底的清洗，对纺丝组件的清洗会导致时间和成本极大的消耗，而且还会存在有一些死角很难被清洗干净，又会对后续的生产造成不利的影响。因此，亟需开发一种新的纺丝组件防粘附或者防粘连技术，以克服现有技术中的缺点。
发明内容
[0005] 针对现有技术存在上述技术问题，本发明提供一种可以有效降低聚合物在熔融静电纺纺丝组件上粘附的新型熔融静电纺丝装置。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种熔融静电纺丝装置，包括纺丝喷嘴、纺丝喷嘴套件、喷头套筒、柱塞、配重盘、加热装置、温度传感器及弹性密封圈，纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件及喷嘴套件上部分与喷头套筒之间均通过螺纹连接，柱塞置于喷头套筒内部，其上端与配重盘通过螺纹连接，喷头套筒通过均布的螺栓孔固定于纺丝机架上，加热装置置于喷头套筒外围，温度传感器置于喷头套筒内部，加热装置及温度传感器与温控箱相连，弹性密封圈置于纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间；在柱塞、喷头套筒、纺丝喷嘴、纺丝喷嘴套件的与聚合物熔体相接触的表面上均设置有凹凸防粘连机构；该凹凸防粘连结构为均匀分布的凹陷和凸起。
[0007] 优选的，所述凹凸防粘连结构中的凹陷和凸起相互间隔均匀分布；凸起的表面积为0.5-2平方毫米，凹陷的表面积为1-3平方毫米。
[0008] 优选的，纺丝喷嘴底部中央有十字槽。
[0009] 优选的，纺丝喷嘴外表面和纺丝喷嘴套件内表面均为锥面，且相互平行。
[0010] 优选的，纺丝喷嘴套件顶端采用凸起设计。
[0011] 优选的，纺丝喷嘴套件上部有一圆形排列的圆柱形导流孔，导流孔直径为1-3mm。
[0012] 本发明的有益效果：一种熔融静电纺丝装置，包括纺丝喷嘴、纺丝喷嘴套件、喷头套筒、柱塞、配重盘、加热装置、温度传感器及弹性密封圈。与传统的熔融静电纺丝组件相比，具有以下优点：由于在熔融静电纺丝组件的与熔融聚合物相接触的部件的表面上都设置有凹凸防粘连结构，可以实现聚合物熔体在纺丝组件中的防粘附作用；该凹凸防粘连机构的作用机理为：凹凸防粘连结构中包括凹陷部分和凸起部分，凸起部分高出部件表面设置，利用点与点之间的支撑作用减少高粘度的聚合物熔体与部件表面之间的直接接触，并且在高温高压熔体的作用下形成气体悬浮作用，起到自分离式防粘连；凹陷结构起到容纳悬浮气体的作用，与凸起部分相互配合；凸起的表面积为0.5-2平方毫米，凹陷的表面积为1-3平方毫米，优选地，凸起的表面积为1平方毫米，凹陷的表面积为2平方毫米，凹陷部分和凸起部分点点相连形成精密的蜂窝状保护网格，将部件表面与聚合物熔体分离开，增加防粘连的效果。凸起部分和凹陷部分的面积不宜过大，如果面积过大，则并不能起到很好的防粘连效果，其和聚合物熔体直接与部件表面相接触的情况无二；其二者的面积也不宜过小，如果面积过小，其也不能起到预计的防粘连效果，而且加工难度也会很大。凹凸防粘连结构可以在制备纺丝组件的各个部分时分别在这些部件上施加，可以采用将具有凹凸防粘连机构的衬垫物直接帖服在部件的表面的形式进行，也可以采用车床精密加工的形式进行，其具体加工方法均为现有技术中的常用的零部件加工手段，在此不再描述。
[0013] 图1为本发明的结构的示意图。附图标记：
1——纺丝喷嘴；
2——纺丝喷嘴套件；
3——喷头套筒；
4——柱塞；
5——配重盘；
6——加热装置；
7——温度传感器；
8——弹性密封圈；
2-1——导流孔；
2-2——喷嘴套件尖端；
3-1——螺栓孔。
1——纺丝喷嘴；
2——纺丝喷嘴套件；
3——喷头套筒；
4——柱塞；
5——配重盘；
6——加热装置；
7——温度传感器；
8——弹性密封圈；
2-1——导流孔；
2-2——喷嘴套件尖端；
3-1——螺栓孔。
[0014]
[0015]
[0016]
[0017] 附图标记：1——纺丝喷嘴；
2——纺丝喷嘴套件；
3——喷头套筒；
4——柱塞；
5——配重盘；
6——加热装置；
7——温度传感器；
8——弹性密封圈；
1-1——十字槽；
2-1——导流孔；
2-2——喷嘴套件尖端；
3-1——螺栓孔。
2——纺丝喷嘴套件；
3——喷头套筒；
4——柱塞；
5——配重盘；
6——加热装置；
7——温度传感器；
8——弹性密封圈；
1-1——十字槽；
2-1——导流孔；
2-2——喷嘴套件尖端；
3-1——螺栓孔。
具体实施方式
[0018]以下结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。
[0019] 实施例1该纺丝装置主要包括纺丝喷嘴1、纺丝喷嘴套件2、喷头套筒 3、柱塞4、配重盘5、加热装置6、温度传感器7、弹性密封圈8。纺丝喷 嘴1与纺丝喷嘴套件2及喷嘴套件2上部分与喷头套筒3之间均通过螺纹 连接，且安装时可通过同心实现自动对中，柱塞4置于喷头套筒3内部， 其上端与配重盘5通过螺纹连接，用来对套筒内的熔体施加压力，喷头套 筒3通过均布的螺栓孔3-1固定于纺丝机架上，加热装置6置于喷头套筒3 外围，可以方便的拆卸，温度传感器7置于喷头套筒内部，加热装置6与 和温度传感器7与温控箱相连，弹性密封圈8置于纺丝喷嘴1与纺丝喷嘴 套件2之间，可随纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间的间隙大小发生变形，防 止物料在纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间的空白部分堆积。纺丝喷嘴底部中 央有十字槽
1-1，通过此十字槽进行纺丝喷头1与喷头套件2的螺纹配合， 纺丝喷嘴1外表面和纺丝喷嘴套件2内表面均为锥面，且相互平行，通过 调节可实现缝隙的大小，以此调节流量大小，纺丝喷嘴套件上部有一圆形 排列的圆柱形导流孔2-1，套筒内的熔体通过此导流孔进入纺丝喷嘴与纺丝 喷嘴套件之间的缝隙中，且纺丝喷嘴套件顶端2-2中部采用凸起，可对套筒 内熔体进行分流引导，同时可防止物料进入纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间的螺纹部分。在柱塞、喷头套筒、纺丝喷嘴、纺丝喷嘴套件的与聚合物熔体相接触的表面上均设置有凹凸防粘连机构；该凹凸防粘连结构为均匀分布的凹陷和凸起。
1-1，通过此十字槽进行纺丝喷头1与喷头套件2的螺纹配合， 纺丝喷嘴1外表面和纺丝喷嘴套件2内表面均为锥面，且相互平行，通过 调节可实现缝隙的大小，以此调节流量大小，纺丝喷嘴套件上部有一圆形 排列的圆柱形导流孔2-1，套筒内的熔体通过此导流孔进入纺丝喷嘴与纺丝 喷嘴套件之间的缝隙中，且纺丝喷嘴套件顶端2-2中部采用凸起，可对套筒 内熔体进行分流引导，同时可防止物料进入纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间的螺纹部分。在柱塞、喷头套筒、纺丝喷嘴、纺丝喷嘴套件的与聚合物熔体相接触的表面上均设置有凹凸防粘连机构；该凹凸防粘连结构为均匀分布的凹陷和凸起。
[0020] 其中，所述凹凸防粘连结构中的凹陷和凸起相互间隔均匀分布；凸起的表面积为0.5-2平方毫米，凹陷的表面积为1-3平方毫米。
[0021] 纺丝喷嘴底部中央有十字槽，纺丝喷嘴外表面和纺丝喷嘴套件内表面均为锥面，且相互平行，纺丝喷嘴套件顶端采用凸起设计，纺丝喷嘴套件上部有一圆形排列的圆柱形导流孔，导流孔直径为1-3mm。
[0022] 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
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