本發(fā)明屬于紡絲，涉及一種氣流輔助滾筒式收集熔融離心紡絲機及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、在材料科學(xué)領(lǐng)域，離心紡絲技術(shù)憑借獨特優(yōu)勢，在制備高性能纖維材料方面得到廣泛應(yīng)用，尤其在生物醫(yī)學(xué)、過濾分離、復(fù)合材料等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。隨著對高性能纖維材料需求的不斷增長，對離心紡絲設(shè)備的性能和適用性也提出了更高要求。
2、目前，市場上的離心紡絲設(shè)備存在諸多局限性。以專利申請cn110257934a所涉及的技術(shù)為例，其在處理高黏度材料時面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。當(dāng)處理聚酯等具有高黏度特性的材料時，由于熔體流動性不足，極易導(dǎo)致紡絲出口堵塞，使得設(shè)備無法持續(xù)穩(wěn)定運行，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；同時，該技術(shù)在紡絲過程中還會出現(xiàn)纖維斷裂的問題，這不僅造成材料浪費，還增加了生產(chǎn)成本和工藝控制難度。此外，該技術(shù)僅僅依靠離心力進行紡絲，致使制備出的纖維直徑較粗，難以穩(wěn)定制備出納米級纖維。而納米級纖維在眾多前沿領(lǐng)域具有不可替代的優(yōu)異性能，現(xiàn)有技術(shù)的這一缺陷極大限制了高性能纖維材料在高端領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。因此，亟需開發(fā)一種新型離心紡絲設(shè)備，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種氣流輔助滾筒式收集熔融離心紡絲機及其應(yīng)用。
2、為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
3、一種氣流輔助滾筒式收集熔融離心紡絲機，包括熔體輸送裝置、離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器、第一驅(qū)動裝置、滾筒、第二驅(qū)動裝置；
4、熔體輸送裝置用于將熔體輸送至離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的空腔內(nèi)；
5、離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的中心軸平行于豎直方向，離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器分為上下段，上段的周面上設(shè)有多個熔體出口，下段的外周面上設(shè)有多個環(huán)繞離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的中心軸分布的扇葉；
6、第一驅(qū)動裝置用于驅(qū)動離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器繞自身中心軸轉(zhuǎn)動，離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器繞自身中心軸轉(zhuǎn)動時，扇葉推動空氣，形成向上的氣流，纖維很輕，輕微的風(fēng)力就足以吹動纖維向上運動；
7、滾筒水平布置在離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的上方，用于接收熔體在空氣中固化形成的纖維；
8、第二驅(qū)動裝置用于驅(qū)動滾筒繞自身中心軸轉(zhuǎn)動。
9、本發(fā)明可解決專利申請cn110257934a存在的對高黏度材料的適配性差，在處理高黏度材料（如聚酯）時，熔體流動性不足可能導(dǎo)致紡絲出口堵塞或纖維斷裂的問題，因為本發(fā)明采取無針嘴式設(shè)計，因此能夠避免此問題。
10、本發(fā)明可解決專利申請cn110257934a存在的缺乏輔助纖維細化裝置，僅僅依靠離心力，纖維直徑較粗，難以穩(wěn)定制備納米級纖維的問題，因為本發(fā)明的纖維卷繞在滾動的滾筒時，滾筒對纖維起到拉伸作用，纖維細度更小。
11、作為優(yōu)選的技術(shù)方案：
12、如上所述的一種氣流輔助滾筒式收集熔融離心紡絲機，離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器為中空圓柱狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑為8-12cm，壁厚為0.1-0.3cm，高度為5.5-7cm；離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器繞自身中心軸轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)速為1500-8000rpm，轉(zhuǎn)速越高，對于纖維拉伸時所給到的離心力大，纖維更細，轉(zhuǎn)速應(yīng)在合理的范圍內(nèi)，否則容易因為過大離心力導(dǎo)致射流斷裂。
13、如上所述的一種氣流輔助滾筒式收集熔融離心紡絲機，熔體出口呈圓形，直徑為0.1-1mm；
14、熔體出口環(huán)繞離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的中心軸分布，相鄰兩個熔體出口沿離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的周向的距離為3-5cm；
15、熔體出口與離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的上端的距離為1-3cm。
16、如上所述的一種氣流輔助滾筒式收集熔融離心紡絲機，扇葉為板形葉片，板形葉片的長度a為2.7cm，寬度b為1cm，板形葉片與離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的中心軸的夾角為15-45°；
17、扇葉的數(shù)量不超過6個，扇葉與下段的外周面通過連接板可拆卸地連接，如此便于調(diào)整扇葉的數(shù)量，進而調(diào)整風(fēng)力大?。?/p>
18、扇葉與離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的上端的距離比熔體出口與離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的上端的距離大1-4cm。
19、如上所述的一種氣流輔助滾筒式收集熔融離心紡絲機，滾筒的長度為25-35cm，直徑為2.5-3.5cm；滾筒與離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的上端的距離可調(diào)，取值范圍為15-20cm，由于風(fēng)力大小的不同，導(dǎo)致纖維上升時的高度不一樣，因此本發(fā)明設(shè)計滾筒與離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的上端的距離可調(diào)；
20、滾筒繞自身中心軸轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)速為200-3000rpm。
21、如上所述的一種氣流輔助滾筒式收集熔融離心紡絲機，第二驅(qū)動裝置還用于驅(qū)動滾筒沿自身中心軸勻速往復(fù)運動，往復(fù)運動的速度為0.2-1cm/s，行程（從一個極限位置移動到另一個極限位置的距離）為10-25cm，單次往復(fù)運動開始時滾筒的中心與離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的中心軸的距離為0-10cm。
22、如上所述的一種氣流輔助滾筒式收集熔融離心紡絲機，第二驅(qū)動裝置包括滾珠絲杠運動機構(gòu)、自轉(zhuǎn)伺服電機、軸向移動伺服電機和兩根伸縮桿；滾珠絲杠運動機構(gòu)包括絲杠和螺母；絲杠位于滾筒的上方且平行于滾筒；螺母套在絲杠上，自轉(zhuǎn)伺服電機與螺母固定連接，自轉(zhuǎn)伺服電機的輸出軸與滾筒的一端固定連接；絲杠的一端與軸向移動伺服電機的輸出軸固定連接，軸向移動伺服電機固定在一根豎直布置的伸縮桿的上端，絲杠的另一端由另一根伸縮桿的上端支撐；其中，滾珠絲杠運動機構(gòu)、軸向移動伺服電機共同構(gòu)成往復(fù)傳動裝置，其可以被其它往復(fù)傳動裝置替代，如齒輪齒條傳動裝置、曲柄連桿傳動裝置、凸輪傳動裝置等；滾筒的自轉(zhuǎn)促使未完全固化的纖維進一步拉伸，形成微納米纖維；滾筒的軸向往復(fù)運動，則確保纖維均勻分布在滾筒表面，避免局部堆積。
23、本發(fā)明還提供了一種微納米纖維的制備方法，采用如上任一項所述的一種氣流輔助滾筒式收集熔融離心紡絲機。
24、作為優(yōu)選的技術(shù)方案：
25、如上所述的一種微納米纖維的制備方法，原料為pp（聚丙烯）、pet（聚對苯二甲酸乙二醇酯）或tpu（聚氨酯），微納米纖維的平均直徑為0.2-2.5μm，連續(xù)紡絲時間不低于2min，由此可知本發(fā)明的微納米纖維的直徑較小，紡絲連續(xù)性好。
26、有益效果：
27、（1）本發(fā)明可以有效避免傳統(tǒng)紡絲設(shè)備處理高黏度材料（如聚酯）時因熔體流動性不足導(dǎo)致的紡絲出口堵塞、纖維斷裂問題，提升對高黏度材料的適配性，拓寬適用材料范圍。
28、（2）本發(fā)明中，離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的扇葉高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生向上氣流，使纖維均勻搭覆滾筒表面，避免收集過程局部堆積。
29、（3）本發(fā)明中，滾筒轉(zhuǎn)動對纖維產(chǎn)生拉伸作用，結(jié)合向上氣流的輔助，實現(xiàn)纖維高效細化，穩(wěn)定制備微納米纖維。
30、（4）本發(fā)明無需額外的后處理工序，顯著簡化了工藝流程，提高了生產(chǎn)效率，降低了綜合生產(chǎn)成本。
1.一種氣流輔助滾筒式收集熔融離心紡絲機，其特征在于，包括熔體輸送裝置、離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器、第一驅(qū)動裝置、滾筒、第二驅(qū)動裝置；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣流輔助滾筒式收集熔融離心紡絲機，其特征在于，離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器為中空圓柱狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑為8-12cm，壁厚為0.1-0.3cm，高度為5.5-7cm；離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器繞自身中心軸轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)速為1500-8000rpm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氣流輔助滾筒式收集熔融離心紡絲機，其特征在于，熔體出口呈圓形，直徑為0.1-1mm；
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氣流輔助滾筒式收集熔融離心紡絲機，其特征在于，扇葉為板形葉片，板形葉片的長度a為2.7cm，寬度b為1cm，板形葉片與離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的中心軸的夾角為15-45°；
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氣流輔助滾筒式收集熔融離心紡絲機，其特征在于，滾筒的長度為25-35cm，直徑為2.5-3.5cm；滾筒與離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的上端的距離可調(diào)，取值范圍為15-20cm；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種氣流輔助滾筒式收集熔融離心紡絲機，其特征在于，第二驅(qū)動裝置還用于驅(qū)動滾筒沿自身中心軸勻速往復(fù)運動，往復(fù)運動的速度為0.2-1cm/s，行程為10-25cm，單次往復(fù)運動開始時滾筒的中心與離心旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的中心軸的距離為0-10cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種氣流輔助滾筒式收集熔融離心紡絲機，其特征在于，第二驅(qū)動裝置包括滾珠絲杠運動機構(gòu)、自轉(zhuǎn)伺服電機、軸向移動伺服電機和兩根伸縮桿；滾珠絲杠運動機構(gòu)包括絲杠和螺母；絲杠位于滾筒的上方且平行于滾筒；螺母套在絲杠上，自轉(zhuǎn)伺服電機與螺母固定連接，自轉(zhuǎn)伺服電機的輸出軸與滾筒的一端固定連接；絲杠的一端與軸向移動伺服電機的輸出軸固定連接，軸向移動伺服電機固定在一根豎直布置的伸縮桿的上端，絲杠的另一端由另一根伸縮桿的上端支撐。
8.一種微納米纖維的制備方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1~7任一項所述的一種氣流輔助滾筒式收集熔融離心紡絲機。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種微納米纖維的制備方法，其特征在于，原料為pp、pet或tpu，微納米纖維的平均直徑為0.2-2.5μm，連續(xù)紡絲時間不低于2min。