無針靜電紡聚酰亞胺納米纖維的大規模連續化制造系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種無針靜電紡聚酰亞胺納米纖維非織造布的大規模快速連續化制造設備，更具體是是一種無針靜電紡聚酰亞胺納米纖維的大規模連續化制造系統。
【背景技術】
[0002]隨著靜電紡聚合物納米纖維的應用不斷擴展，市場上出現了一系列靜電紡絲制備聚合物納米纖維及其非織造布的設備。這些設備分為高壓靜電針紡設備和無針紡設備兩大類，前者主要關注于聚合物納米纖維實驗用品的制備，即實驗室小用品的制備，不能用來大規模連續化生產自支撐電紡聚合物納米纖維非織造布；后者紡絲速度較快，可用于大規模生產納米纖維與傳統粗纖維非織造布復合的濾材，每平方米這種復合材料中的納米纖維克重低于2.0克。這種無針紡的技術大部分都是敞開體系，即紡絲液與空氣大面積接觸，長時間紡絲會由于紡絲液吸水或溶劑揮發而導致紡絲液特性變化，影響紡絲質量，甚至導致紡絲加工中斷；另一方面，這種無針紡速度很快，單位空間內產生的納米纖維量大，同時散發的溶劑蒸汽量也高。若希望獲得每平米克重較大(如大于8.0克納米纖維，厚度大于20微米)的納米纖維非織造布時，輸送帶必須以較慢的速度運轉，導致所形成的納米纖維或其非織造布長時間接觸濃密的溶劑蒸汽，結果將導致所形成的納米纖維非織造布的二次溶解成為實體膜，或形成大穿孔密集的膜。因此，現有的有針和無針靜電紡設備都不能用來大規模連續化生產有較大厚度和較高單位面積克重的自支撐聚合物納米纖維非織造布，更不能用來生產自支撐的聚酰亞胺納米纖維非織造布，因為這種連續化生產聚酰亞胺納米纖維非織造布的設備還必須配備高溫亞胺化設備。
【發明內容】
[0003]本發明提供一種大規模快速連續化生產聚酰亞胺納米纖維或其非織造布的無針靜電紡制造系統。更具體是是一種無針靜電紡聚酰亞胺納米纖維的大規模連續化制造系統。
[0004]該制造系統適用于通過向上收集納米纖維的方式進行無針靜電紡絲制備各類聚合物納米纖維及其非織造布。本發明針對聚酰亞胺纖維產品的生產過程進行系統設計，將無針靜電紡制備聚酰亞胺預聚體(聚酰胺酸PAA)納米纖維或其非織造布的設備、聚酰胺酸高溫轉化(亞胺化)和非織造布產品收卷設備，形成大規模快速連續化生產聚酰亞胺納米纖維或其非織造布的無針靜電紡絲制造系統。
[0005]本發明將溶液通過平行環繞連續運行的鋼絲在高壓靜電場中，并采用多段封閉式供液方式(保證紡絲頭鋼絲上的紡絲液穩定供給)進行溶液電紡形成聚合物納米纖維；細鋼絲上所生產的密集的納米纖維射流在高速氣吹風干的作用下，干燥蓬松地富集在收集器上形成聚合物納米纖維非織造布。
[0006]解決了規模化制備一定厚度的納米纖維非織造布及紡絲液穩定供給的問題，并在此基礎上配合高速氣吹風干，有效地降低聚合物納米纖維中的溶劑含量，解決了所形成的納米纖維在高密度溶劑蒸汽中的二次溶解成膜問題，有效地提高聚合物納米纖維非織造布的品質；加大了本發明紡絲裝置制作納米纖維的高分子材料可選范圍大。
[0007]本發明的技術方案如下:
[0008]一種無針靜電紡聚酰亞胺納米纖維的大規模連續化制造系統，該系統包括無針紡絲部分、熱致纖維粘連部分，高溫處理部分，產品輸送系統、非織造布收卷系統、溶劑蒸汽回收系統、恒溫恒濕系統；所述的無針紡絲部分包括無針紡絲裝置；
[0009]所述的產品輸送系統包括產品輸送帶、傳動系統、脹緊系統和糾偏系統；其中，所述的產品輸送帶在垂直面內呈環形布置，并在所述的傳動系統帶動下呈連續、環繞式移動，其依次通過無針紡絲部分、熱致纖維粘連部分、高溫處理部分和非織造布收卷系統，然后回頭呈環形循環運轉；
[0010]所述的無針紡絲裝置位于在下方運轉的所述產品輸送帶的下方，所述的產品輸送帶為所述的無針紡絲裝置的納米纖維接收器；所述的熱致纖維粘連部分包括電熱爐、溫控系統和抽風送風系統；所述的高溫處理部分包括電熱爐、溫控系統和抽風送風系統；
[0011]所述的產品輸送帶從所述的無針紡絲裝置上方接收納米纖維，繼續向上方移動，到上方后，先穿過所述的熱致纖維粘連部分的電熱爐，之后穿過所述的高溫處理部分，之后到達所述的非織造布收卷系統，再返回到所述的無針紡絲裝置，形成一周循環，并連續循環下去。
[0012]所述的無針紡絲裝置是由多個紡絲模塊和溶液供給系統組成；所述的溶液供給系統包括儲液罐和流量控制系統、物料供給泵、物料供給管道及浸潤管。
[0013]所述的紡絲模塊為8-12個；所述的紡絲模塊包括細鋼絲(2g)、細鋼絲清洗裝置(2c)、紡絲液浸潤管(2d)、氣吹管道(2f)、紡絲液導管(2h)、高壓電源(2a)和自動力引導輥(2b);所述的紡絲液浸潤管由絕緣材料制成，浸潤管之間呈等距、直線排列成浸潤管排；所述的細鋼絲呈直線穿過所述的浸潤管、浸潤管排，所述的細鋼絲上設置有所述的鋼絲清洗裝置(2c);所述的物料供給管道分布在所述的浸潤管排底部，其上連通多個支管從底部朝上穿入所述的浸潤管并接近細鋼絲，所述支管在頂部設置出液口 ；所述的物料供給管道連接紡絲液導管(2h)、物料供給泵，使所述出液口不斷滲出紡絲液，使所述細鋼絲在經過浸潤管后其表面上能夠均勻涂覆一薄層紡絲液；所述的細鋼絲為各類不銹鋼導電材質；所述的細鋼絲連接高壓電源。
[0014]所述的細鋼絲在自動力引導輥(2b)帶動下呈連續環繞移動狀態且所述的不同方向的細鋼絲位于同一水平面內，所述的細鋼絲作矩形環繞運動；所述的浸潤管排設置為相互平行的兩排，所述的兩排浸潤管布置在所述矩形的長邊方向上。
[0015]所述的氣吹管道位于浸潤管排兩側分布平行于所述的細鋼絲設置，其上均布朝上的噴氣孔；所述的氣吹管道連接氣體管道和氣源。
[0016]纖維接收器為所述的產品輸送帶，其設置在所述細鋼絲上方接收纖維，其與高壓靜電發生器的負極或與大地連接；該纖維接收器與紡絲模塊中的細鋼絲之間的靜電壓為15-80kV 之間。
[0017]所述的儲液罐容積在200-600L之間；所述的流量控制系統包括齒輪流量泵和塑料管線，供液流量在100-2000ml/min之間。
[0018]所述的熱致纖維粘連部分的電熱爐內腔的長高寬為3X0.2X1.3-6X0.2X2.0m3、工作溫度在 100-200°C之間、抽送風量在 500_3000L/min 之間；
[0019]所述的溶劑蒸汽回收系統包括水淋吸收塔和抽風送風系統，其中，抽送風量在3000-15000L/min 之間可調；
[0020]所述的高溫處理部分，包括高溫電熱爐和抽送風系統；其中，所述的高溫電熱爐內腔的長高寬為12X0.2X1.3-18X0.2X2.0m3，工作溫度在300-500°C之間，抽送風量在1000-5000L/min 之間；
[0021]所述的恒溫恒濕系統包括空氣調節系統、空氣壓縮系統、抽送風系統和溫度濕度探測系統；空調溫度在18-30°C之間、相對濕度在40-85%之間、抽送風量在5000-20000L/min之間。
[0022]所述的產品輸送帶是寬度為1.0-2.0米的不銹鋼網帶或鋼帶。
[0023]所述的非織造布收卷系統，由一個沒有自動力的氣漲軸及其固定支架組成。氣漲軸通過兩端可上下移動的軸承固定在安裝板上，安裝板固定在高溫爐后的支架上；安裝板上的彈簧壓迫氣漲軸緊貼在傳送帶的表面上。
[0024]本發明的技術效果于:(I)帶自清潔裝置的環形運轉的細鋼絲作為紡絲加工中的一極，保證紡絲加工能持久連續化工作，長時間的生產過程中不需要更換鋼絲，也不需要人工清潔鋼絲；(2)氣吹系統既能為紡絲射流定向飛落到納米纖維接收器上，更能高效地將紡絲過程中產生的大量溶劑蒸汽吹散，配合抽風送風系統使所形成的納米纖維及時得到干燥，而不至于在高密度的溶劑蒸汽中