CN114411336B - 原位驻极纤维膜的生产方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原位驻极纤维膜的生产方法和装置，采用气动将聚丙烯熔融料从喷丝孔喷出，形成熔体细丝；所述熔体细丝先穿过高压静电场，再被收集为聚丙烯非织布纤维膜。本方法在喷丝与收集之间建立一定强度的静电场，当聚丙烯等可极化材料的熔体经过喷丝孔进入静电场被极化后，由于熔体中聚合物分子链所带电荷相同，在极化空间内运动时熔体射流会不断发生劈裂，最终到达收集时即可得到比喷丝孔直径小很多的纤维，因此不再需要孔径极小的喷丝孔；同时，在熔体喷丝过程中既已完成了极化，因此无需再进行二次极化；本发明不仅降低了对喷丝板的要求，而且由于喷丝孔的孔径增大，生产过程中的喷孔堵塞现象极大程度降低，同时简化了工艺步骤。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维膜生产方法，尤其是一种原位驻极纤维膜的生产方法和装置。
背景技术
空气过滤对于比滤料孔径大的颗粒物的捕集主要是利用筛分作用，对于较小颗粒的捕集主要是通过内部过滤和表面过滤。小颗粒的内部/表面过滤以综合拦截效应、惯性效应、扩散效应、重力效应和静电效应多种作用得以实现。0.5μm以下粒径的微粒主要通过滤料的静电效应结合扩散实现在纤维表面的吸附沉积。聚丙烯熔喷非织布由直径2～5μm的超细纤维组成，纤维无序分布形成大量微小空隙。经过驻极处理后，纤维带有大量电荷，在纤维间形成大量电极，极间场强可达十多MV/m，等效面电荷密度甚至高达90Nc/cm2。在静电作用下，大量的小粒径颗粒物被纤维吸附捕获，同时可极化部分未带电颗粒物并吸附。使用驻极处理滤材的医用防护口罩最终综合多种捕集效应可达到GB 19083-2010标准要求的颗粒物过滤效率。
但是，滤材的过滤效果尤其是其对小粒径颗粒的过滤效果受滤材性质和使用环境影响极大，如过滤速度、纤维填充率、纤维直径、表面和空间电荷、容尘量、气流温湿度、颗粒理化性质等。
现有的驻极纤维膜制备技术主要是通过两步法，首先以聚丙烯为原料利用熔喷工艺制备超细纤维膜，然后再利用高压电场对纤维膜进行驻极；制备的驻极聚聚丙烯膜的电荷密度、表面电势以及电荷衰减等主要与驻极电压、时间及材料自身性质有关。现有工艺流程需在熔喷成型后经过高压电场二次处理一定时间才可完成驻极，工艺流程较复杂；同时，为获得较细的纤维直径，熔喷喷丝板孔径极细，不仅加工成本高，且使用寿命较短。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种产品成本低的一种原位驻极纤维膜的生产方法；本发明还提供了一种原位驻极纤维膜的生产装置。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：采用气动将聚丙烯熔融料从喷丝孔喷出，形成熔体细丝；所述熔体细丝先穿过高压静电场，再被收集为聚丙烯非织布纤维膜。
本发明所述高压静电场为8～25kV。
本发明所述喷丝孔(35)的直径为0.6～1.2mm。
本发明装置包括聚丙烯熔融进料组件、驻极喷丝板组件、压缩气体组件、纤维膜收集组件和高压静电场组件；所述聚丙烯熔融进料组件连通驻极喷丝板组件，并为驻极喷丝板组件供料；所述驻极喷丝板组件正对纤维膜收集组件，并将熔体细丝喷到纤维膜收集组件；所述压缩气体组件为驻极喷丝板组件提供压缩空气；所述高压静电场组件包括静电发生器、高压负极接线柱和高压正极接线柱；所述高压正极接线柱位于驻极喷丝板组件的位置，高压负极接线柱位于纤维膜收集组件的位置；所述驻极喷丝板组件包括喷丝板和喷丝头，喷丝板上设有喷丝孔。
本发明装置所述所述喷丝头的前端正对喷丝板，后端连通聚丙烯熔融进料组件；所述喷丝板的后侧部连通压缩气体组件并通过压缩气体气路连通喷丝孔。
本发明装置所述喷丝孔的直径为0.6～1.2mm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明在喷丝与收集之间建立一定强度的静电场，当聚丙烯等可极化材料的熔体经过喷丝孔进入静电场被极化后，由于熔体中聚合物分子链所带电荷相同，在极化空间内运动时熔体射流会不断发生劈裂，最终到达收集时即可得到比喷丝孔直径小很多的纤维，因此不再需要孔径极小的喷丝孔。同时，在熔体喷丝过程中既已完成了极化，因此无需再进行二次极化。这样，本发明不仅降低了对喷丝板的要求，而且由于喷丝孔的孔径增大，生产过程中的喷孔堵塞现象极大程度降低，同时简化了工艺步骤，可加速生产。
本发明装置通过向熔体喷丝成型过程中引入高压静电场进行辅助，在制备相同纤维直径非织布膜的前提下，喷丝板的喷丝孔直径可较现有增加1～4倍，对喷丝板加工精度要求显著降低，简化了喷丝过程、降低了熔喷喷丝板损耗，生产成本明显降低、产品使用寿命显著增长。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是本发明装置所述聚丙烯熔融进料组件的结构示意图；
图3是本发明装置所述驻极喷丝板组件的结构示意图；
图4是本发明装置所述纤维膜收集组件的结构示意图。
图中：聚丙烯熔融进料组件1；进料驱动电机11；进料仓12；加热装置13；给料器管壳14；熔融出料口15；螺杆16；压缩气体组件2；储气罐21；输气管22；驻极喷丝板组件3；熔体连接管31；气体连接管32；压缩气体气路33；喷丝板34；喷丝孔35；喷丝头36；纤维膜收集组件4；收集辊41；同步带42；收集驱动电机43；驱动带44；驱动轮45；第一从动轮46；收集带47；第二从动轮48；高压静电场组件5；静电发生器51；高压正极接线柱52；高压负极接线柱53；控制组件6。
具体实施方式
实施例1-4：本原位驻极纤维膜的生产方法采用下述具体工艺。
(1)采用气动将聚丙烯熔融料从喷丝板发喷丝孔喷出，形成熔体细丝；所述喷出的熔体细丝进入高压静电场，并沿高压静电场的正极到负极的方向，穿过高压静电场；穿过高压静电场后的熔体细丝被收集为聚丙烯非织布纤维膜。所述高压静电场为8～25kV；所述喷丝孔的直径为0.6～1.2mm，远大于常规设备中喷丝孔0.1～0.3mm的直径尺寸。所述熔体细丝在高压静电场中不断发生劈裂并被极化，从而得到比喷丝孔直径小很多的纤维。各实施例具体的工艺参数，以及所得纤维膜中纤维的平均直径见表1。
(2)为证明本方法的效果，采用不设置高压静电场的常规喷丝方法进行对比，对比例的工艺参数，以及所得纤维膜中纤维的平均直径见表1。
表1：本方法以及常规方法对比表
| 喷丝孔直径 | 高压静电场 | 纤维平均直径 | |
| 实施例1 | 0.6mm | 25 | 0.1 |
| 实施例2 | 0.8mm | 15 | 0.2 |
| 实施例3 | 1.0mm | 20 | 0.2 |
| 实施例4 | 1.2mm | 8 | 0.3 |
| 对比例1 | 0.1mm | / | 0.1 |
| 对比例2 | 0.2mm | / | 0.2 |
| 对比例3 | 0.3mm | / | 0.3 |
由表1可见，本方法直径0.6～1.2mm喷丝孔喷出的熔体细丝经收集后，所得纤维膜中纤维的平均直径，与常规设备中0.1～0.3mm喷丝孔所得纤维膜中纤维的平均直径基本相同。
图1所示，本原位驻极纤维膜的生产装置包括聚丙烯熔融进料组件1、驻极喷丝板组件3、压缩气体组件2、纤维膜收集组件4和高压静电场组件5。所述聚丙烯熔融进料组件1连通驻极喷丝板组件3，并为驻极喷丝板组件3送入聚丙烯熔融料。所述压缩气体组件2为驻极喷丝板组件3提供压缩空气。所述驻极喷丝板组件3将聚丙烯熔融料在压缩空气的气流带动下拉伸成为熔体细丝，并向前喷出。所述纤维膜收集组件4位于驻极喷丝板组件3前方，并正对驻极喷丝板组件3，用于将熔体细丝收集为原位驻极纤维膜。所述高压静电场组件5在驻极喷丝板组件3和纤维膜收集组件4之间设置高压静电场，熔体细丝在被气流拉伸的同时会在高压电场中同时发生极化；由于聚丙烯的熔体细丝极化后，其中的聚丙烯分子链带有相同的极化电荷，熔体细丝由于电荷相同收到斥力而在电场中发生进一步劈裂，最终到达纤维膜收集组件4的纤维膜时即可得到比喷丝孔直径小很多的原位驻极纤维膜。
图1、图2所示，本原位驻极纤维膜的生产装置所述聚丙烯熔融进料组件包括螺旋给料器、进料仓12、进料驱动电机11和加热装置13；所述螺旋给料器包括给料器管壳14，和位于给料器管壳14内的螺杆16。所述给料器管壳14的后部连通进料仓12，前端设有熔融出料口15；所述螺杆16的后端连接进料驱动电机11，由进料驱动电机11带动进行转动。所述给料器管壳14的外部设有加热装置13，用以给螺旋给料器内的聚丙烯颗粒原料进行加热。采用这样的结构后，聚丙烯颗粒原料通过进料仓12进入螺旋给料器的给料器管壳14内，螺旋给料器中的螺杆16在进料驱动电机11的带动下转动，聚丙烯颗粒原料在螺杆16作用下不断由进料仓12方向向熔融出料口15方向移动，在该移动过程中加热装置13按需求升温，将聚丙烯颗粒原料加热使之逐渐熔融；所述聚丙烯颗粒原料经过加热和螺杆的剪切作用，当其被输送至熔融出料口15时已经达到可喷丝的熔融状态。
图1所示，本原位驻极纤维膜的生产装置所述压缩气体组件2包括储气罐21和输气管22；所述储气罐21通过输气管22连通驻极喷丝板组件3。所述压缩气体组件2还可设有压缩机，由压缩机为储气罐21供气。
图1、图3所示，本原位驻极纤维膜的生产装置所述驻极喷丝板组件3包括喷丝板34和喷丝头36。所述喷丝头36的前端正对喷丝板34，后端通过熔体连接管31连通聚丙烯熔融进料组件1中螺旋给料器的熔融出料口15；所述喷丝板34上设有喷丝孔35，喷丝板34的后侧部通过气体连接管32连通压缩气体组件2的输气管22；所述喷丝板34内设有压缩气体气路33，压缩气体气路33一端连通输气管22、另一端连通喷丝孔35；这样压缩气体组件2输入的压缩气体经压缩气体气路33后从喷丝孔35向前喷出，喷出过程中带动喷丝头36送出的聚丙烯熔融料，从而将聚丙烯熔融料在气流带动下拉伸成为熔体细丝，并向前喷出形成熔体射流。由于所述高压静电场组件5在驻极喷丝板组件3和纤维膜收集组件4之间设置高压静电场，熔体射流会不断发生劈裂，因此所述喷丝孔35的直径为0.6～1.2mm，远大于常规设备中喷丝孔0.1～0.3mm的直径尺寸。
图1、图4所示，本原位驻极纤维膜的生产装置所述纤维膜收集组件包括收集带47、收集辊41、滚轮组和驱动装置。所述滚轮组包括一个驱动轮45和至少两个从动轮，如图4所示，从动轮为两个，分别为第一从动轮46和第二从动轮48；这样驱动轮45和第一从动轮46、第二从动轮48呈三角形设置。所述收集带47套在驱动轮45、第一从动轮46和第二从动轮48形成的滚轮组上，并与滚轮组带连接；其中第一从动轮46或第二从动轮48起到收集带47张紧和调节收集带47角度的作用。所述收集带47位于驻极喷丝板组件3的前端，并正对喷丝孔35，这样喷丝孔35喷出的熔体细丝即可喷到收集带47上。所述收集辊41位于收集带47的前端或前端侧部，用以缠绕收集收集带47上形成的纤维膜。所述驱动装置采用收集驱动电机43，收集驱动电机43通过驱动带44带动驱动轮45转动。所述收集辊41可通过另设的电机通过同步带42驱动，也可采用收集驱动电机43通过同步带42驱动。这样，收集带47在转动过程中，驻极喷丝板组件3的喷丝孔35不断将熔体细丝喷到收集带47上，并在收集带47上凝固；由于收集带47不断转动，从而在收集带47上形成纤维膜；形成的纤维膜缠绕在收集辊41上，并在收集辊41的转动下收集在一起。
图1、图3、图4所示，本原位驻极纤维膜的生产装置所述高压静电场组件5包括静电发生器51、高压负极接线柱53和高压正极接线柱52。所述高压正极接线柱52位于驻极喷丝板组件3中喷丝板34前端的位置，高压负极接线柱53位于纤维膜收集组件4中收集带47后端的位置。所述静电发生器51正极通过导线与高压正极接线柱52连接，负极通过导线与高压负极接线柱53相连；这样，即可在喷丝板34与收集带47之间的空间内形成一定强度的高压电场；所述高压电场为8～25kV。
图1，本原位驻极纤维膜的生产装置还可包括控制组件6；所述控制组件可采用电源系统、通信系统和继电控制系统组成，用于控制全部装置各个组件工作，并按不同原料可以进行相应工艺参数调节的组件。
图1-图4所示，本原位驻极纤维膜的生产装置的使用过程为：(1)所述聚丙烯颗粒原料通过进料仓12进入螺旋给料器的给料器管壳14内，进料驱动电机11驱动螺旋给料器的螺杆16；所述加热装置13将聚丙烯颗粒原料熔融，从而将聚丙烯熔融料从熔融出料口15送入驻极喷丝板组件3的喷丝头36；
(2)所述喷丝头36内的聚丙烯熔融料向前进入喷丝板34的喷丝孔35，在压缩气体的气流带动下向前喷出为熔体射流，聚丙烯熔融料在气流带动下拉伸成为熔体细丝；
(3)由高压静电场组件5施加在喷丝板34与收集带47之间的8～25kV高压电场作用下，熔体细丝在被气流拉伸的同时在高压电场中同时发生极化；由于聚丙烯熔体细丝极化后，其中的聚丙烯分子链带有相同的极化电荷，熔体细丝由于电荷相同收到斥力而在电场中发生进一步劈裂；
(4)在上述极化和劈裂的情况下下，所述熔体细丝最终到达收纤维膜收集组件4的收集带41时，比喷丝孔35的直径会小很多；所述熔体细丝在收集带41上凝固为原位驻极纤维膜，并经收集辊41收集。
Claims (2)
1.一种原位驻极纤维膜的生产方法，其特征在于：采用气动将聚丙烯熔融料从喷丝孔喷出，形成熔体细丝；所述喷出的熔体细丝进入高压静电场，并沿高压静电场的正极到负极的方向穿过高压静电场，熔体细丝在高压静电场中不断发生劈裂并被极化，再被收集为聚丙烯非织布纤维膜；所述高压静电场为8～25kV；所述喷丝孔（35）的直径为0.6～1.2mm；
所述生产方法的生产装置为：其包括聚丙烯熔融进料组件（1）、驻极喷丝板组件（3）、压缩气体组件（2）、纤维膜收集组件（4）和高压静电场组件（5）；所述聚丙烯熔融进料组件（1）连通驻极喷丝板组件（3），并为驻极喷丝板组件（3）供料；所述驻极喷丝板组件（3）正对纤维膜收集组件（4），并将熔体细丝喷到纤维膜收集组件（4）；所述压缩气体组件（2）为驻极喷丝板组件（3）提供压缩空气；所述高压静电场组件（5）包括静电发生器（51）、高压负极接线柱（53）和高压正极接线柱（52）；所述高压正极接线柱（52）位于驻极喷丝板组件（3）的位置，高压负极接线柱（53）位于纤维膜收集组件（4）的位置；所述驻极喷丝板组件（3）包括喷丝板（34）和喷丝头（36），喷丝板（34）上设有喷丝孔（35）；
所述聚丙烯熔融进料组件包括螺旋给料器、进料仓（12）、进料驱动电机（11）和加热装置（13）；所述螺旋给料器包括给料器管壳（14），和位于给料器管壳（14）内的螺杆（16）；所述给料器管壳（14）的后部连通进料仓（12），前端设有熔融出料口（15）；所述螺杆（16）的后端连接进料驱动电机（11），由进料驱动电机（11）带动进行转动；所述给料器管壳（14）的外部设有加热装置（13），用以给螺旋给料器内的聚丙烯颗粒原料进行加热。
2.根据权利要求1所述的原位驻极纤维膜的生产方法，其特征在于：所述喷丝头（36）的前端正对喷丝板（34），后端连通聚丙烯熔融进料组件（1）；所述喷丝板（34）的后侧部连通压缩气体组件（2）并通过压缩气体气路（33）连通喷丝孔（35）。
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- 2021-12-30 CN CN202111647817.4A patent/CN114411336B/zh active Active
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| CN114411336A (zh) | 2022-04-29 |
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