无纺布过滤效率优化方法及优化装置
技术领域
本发明属于静电纺丝技术领域，具体涉及一种无纺布过滤效率优化方法及优化装置。
背景技术
静电纺丝是一种近年来发展较快的纳米纤维制备方法，通过该方法获得的纳米纤维具有一系列优良的性能，例如超高的比表面积、良好的灵敏度、生物相溶性等，可用于制造传感器、药物载体、人造血管、过滤材料等产品，在化工、医疗、环保、快速消费品等领域发挥巨大的作用。
静电纺丝通常使用按配方混合好的聚合物溶液和熔体作为原材料，在特定的装置中进行，该装置一般由原料注入设备、高压电源、喷射装置和接收装置几部分组成。喷射装置和接收装置分别接高压电源正负极。原料以液滴形式注入喷射装置，在高压电场作用下于喷射装置出口处形成泰勒锥，当电场力作用大于泰勒锥表面张力时，泰勒锥尖端形成喷射细流。带电细流在电场力作用下落向接收装置，同时溶剂蒸发，最终在接收装置上缠绕，形成纳米纤维毡。
尽管纳米纤维性能优良，但静电纺丝低下的生产效率严重制约了这一技术在市场上的推广。目前静电纺丝喷头主要分为有针和无针两类。使用针头作为喷射装置可以获得形状良好的泰勒锥，但针头易堵塞；多针头有利于提高效率，但多针头间电场互相干扰，影响纳米纤维质量。无针喷头是静电纺丝设备发展的方向，通过一次性产生多个泰勒锥或微液滴来提高纳米纤维生产效率，然而自由液面无针喷头生成的纳米纤维不易控制方向。
目前使用的气动马达式静电纺丝喷头的结构，包括一个锥形外壳、一个锥螺杆、一个外壳封盖、一个螺杆密封圈、一套气动马达驱动装置、一套推进装置、一套供气装置、一套高压电源、一个接收装置。所述锥形外壳侧面开有孔，与所述推进装置连接；所述推进装置中装有配置好的溶液；所述锥形外壳底端为开口圆柱体，便于控制出丝方向；所述锥形外壳顶端开有六个螺纹孔；所述外壳封盖为台阶形，下边沿处开有六个孔，通过螺钉将所述外壳封盖安装到所述锥形外壳上；所述外壳封盖顶端开有六个气孔，气孔通过管路连接到所述供气装置上；外壳封盖顶端还开有所述锥螺杆安装孔及所述螺杆密封圈安装孔；所述锥螺杆上端为圆柱体安装杆，中间为台阶面，下端为带叶片的锥螺杆；所述锥螺杆的圆柱体安装杆穿过所述外壳封盖上的锥螺杆安装孔与所述驱动装置连接；所述锥螺杆在所述驱动装置带动下高速转动；所述螺杆密封圈安装在所述外壳封盖上，确保所述锥螺杆旋转时密封；所述高压电源正极与所述锥形外壳连接，负极与所述接收装置连接。通过锥螺杆旋转产生类似于龙卷风的气流，促使液滴发生反复旋转、碰撞、破碎，被雾化，再在高压气体、高压电场作用下喷出形成纳米纤维。但是液滴形成速率会直接影响电纺丝效率，同一时刻微液滴越多，形成的纤维也越多。以往研究中，用目筛或网孔等结构来获取微液滴，容易堵塞，清洗不方便。
旋杯静电喷枪是喷丝行业的常用装置，由气体旋转马达、雾化喷杯、雾化成形推送器、纺丝料供给系统、静电发生器、控制系统组成，通过供油泵与输送管道将油漆或纺丝料送达雾化喷杯的内腔，利用空气马达联动雾化喷杯高速旋转的重力离心力，使纺丝料由喷杯内腔的多个分流口向喷杯外腔均匀甩出分散，同时纺丝料与喷杯外腔的侧面杯壁高速摩擦完成杯内提前雾化，使纺丝料变薄变细，当纺丝料流出喷杯口部时因为细薄的特性，再通过喷杯外侧的雾化推送器利用气体压力将纺丝料吹化的同时并朝工件方向推送。雾化喷杯的雾化技术如图1、图2所示，雾化喷杯一般有三种安装方式：固定、往复机、机器人，纺丝料从中心输送到高速旋转杯头，杯头被充电并将80KV的高电压传递给纺丝料。当纺丝料接触到杯头时，即被充高压负电荷，因为这些电荷相互排斥，当纺丝料离开杯头时，纺丝料微纳丝被电荷分裂成更小更均匀的颗粒，直到纺丝料的表面张力与电荷相斥相平衡为止。
静电作用与高速旋转的离心力相结合，产生的更好、更均匀的纺丝料微纳丝，这些带高压电荷的颗粒被吸引到接地良好的工件上，带来出色的表面质量和极高的纺丝料传递效率。
在喷丝过程中借助静电磁场同性相斥、异性相吸的原理，在旋杯喷枪端连接静电负极（电压60-120KV），通过负电将油漆相互排斥并均匀分散，同时利用工件正极相吸的原理将工件周围一定距离内的雾化纺丝料微纳丝吸附在工件表面形成漆膜。
风刀指寒风，锋利如刀之风。工业切水吹干、除屑等工艺专用。风刀在工业领域中存在大量吹风除水、吹风除尘等应用，如吹除钢板、铝合金型材等平面上的灰尘、水分、吹除饮料瓶、包装罐等瓶体表面的水分，吹除产品表面的杂质灰尘、残液，外包装上的水分，以及传动带清理等，在有压缩空气供应的条件下，风刀可完美的满足这些应用。风刀是可以采用涡流风机或高压离心风机驱动（代替高能耗的压缩空气），它使用不同的风机与风力配合，可及时把物体表面的尘屑及水分吹干。风刀尚未见用于无纺布生产领域，更未见其与旋杯静电喷枪结合使用以提高无纺布过滤效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无纺布过滤效率优化方法及优化装置，添加风刀将雾化的微丝二次分配，均匀的吹到无纺布上，防止落到无纺布的外围，通过无纺布吸风的作用造成局部风压不同，无纺布空隙大的部分可以吸附更多的微纳丝，从而有效的提高无纺布尤其是熔喷无纺布的过滤效率。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种无纺布过滤效率优化方法，纺丝料由旋杯静电喷丝系统的雾化喷杯雾化成微纳丝后吹至待喷丝无纺布上。
其中，所述雾化喷杯、风刀和待喷丝无纺布从上往下依次设置。
喷丝方向也可以如下述：所述雾化喷杯、风刀和待喷丝无纺布沿左右方向依次设置。
本发明还提供一种上述的无纺布过滤效率优化方法使用的优化装置，包括机架、网带传动系统、无纺布传送装置、旋杯静电喷丝系统和旋风系统，所述网带传动系统包括传送网带、网带传动电机和4根网带传送轴，4根所述网带传送轴呈2*2阵列分布于机架上，其中一根网带转动轴与网带传动电机的输出轴传动连接，所述传送网带卷绕于4根网带传送轴上成方形环带；
所述无纺布传送装置包括放卷轴和收卷轴，所述放卷轴和收卷轴分置于网带传送装置的两侧，待喷丝无纺布由放卷轴放布后随传送网带传送至收卷轴处收卷；
所述旋杯静电喷丝系统包括雾化喷杯，所述雾化喷杯内设有雾化喷腔，所述雾化喷杯的杯头面上设有多个分流口，所述分流口面向待喷丝无纺布设置；
所述旋风系统包括抽风机、抽风箱体和风刀，所述抽风箱体与抽风机相连，所述抽风箱体位于传送网带的环口内，所述抽风箱体的抽风口与待喷丝无纺布分置于其中两根网带传送轴之间的一段传送网带的两侧，所述待喷丝无纺布与传送网带的侧面贴合；所述风刀位于雾化旋杯和待喷丝无纺布之间；
所述雾化喷杯、风刀、待喷丝无纺布、传送网带和抽风箱体的抽风口沿同一直线依次设置，其中，雾化喷杯可以根据无纺布面积和效率的要求可以是一个，一组或者多个。
其中，所述放卷轴与传送网带之间的无纺布外侧设有烘干箱，优选热风干燥箱。
其中，所述风刀为标准型风刀、小风刀、弯曲型风刀、弧形组合风刀、环形风刀、热风刀和离子风刀中的一种或多种组合。
进一步，所述风刀上设有螺旋形排列的出气孔，通过调节风量形成旋风，从而将雾化的微丝二次分配，均匀的吹到无纺布上，防止落到无纺布的外围。
其中，所述抽风箱体的抽风口处设有吸风网板，所述吸风网板包括网板本体和围设于网板本体四周的翻折边，无纺布覆盖在上面，用于密封，保证风量都是从无纺布上面吸入，从而可以有效的起到了雾化后的微丝粘附在无纺布不同大小的空隙上，从而有效的提高了无纺布的过滤效率。
优选的，所述网板本体为金属网格板，网眼为圆形、菱形或长方形，所述翻折边为柱形或方形非金属边。
其中，所述风刀由涡流电机或高压离心风机驱动，代替高能耗的压缩空气。
其中，所述旋杯静电喷丝系统还包括气体旋转马达、雾化成形推送器、纺丝料供给装置、静电发生器和控制系统，可以接正高压，也可以接负高压。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：本发明将旋杯静电喷丝系统与旋风系统结合使用，风刀设于雾化喷杯与待喷丝无纺布之间，风刀的出气孔设计为螺旋形排列，通过调节风量形成旋风，从而将雾化的微丝二次分配，均匀的吹到无纺布上，由于无纺布至于负压吸风腔体上，无纺布上的微孔大小不一形成了不同的压差，空隙大的可以吸附更多的微纳丝，从而有效提高无纺布的过滤效率。
附图说明
图1为本发明背景技术中现有的雾化喷杯的雾化技术图；
图2为图1中A处的结构放大图；
图3为本发明实施例一的结构框图；
图4为实施例一中吸风网板的结构示意图；
图5为实施例一中吸风网板处的剖视图的放大图；
图6为实施例一中风刀的结构图；
图7为本发明实施例二的结构框图。
附图标记说明：
1、放卷轴；2、烘干箱；3、待喷丝无纺布；4、抽风箱体；5、收卷轴；6、网带传送轴；7、吸风网板；8、传送网带；9、雾化喷杯；10、风刀；101、出气孔；102、压缩空气管接口；11、网板本体；12、翻折边。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种无纺布过滤效率优化方法，纺丝料由旋杯静电喷丝系统的雾化喷杯雾化成纺丝料微纳丝后由风刀将雾化的纺丝料微纳丝二次分配至待喷丝无纺布上，提高无纺布过滤效率。
其中，所述雾化喷杯、风刀和待喷丝无纺布从上往下依次设置，如图5所示。
喷丝方向还可以采用下述：所述雾化喷杯、风刀和待喷丝无纺布沿左右方向依次设置，如图3所示。
实施例1
如图3所示，一种上述的无纺布过滤效率优化方法使用的优化装置，包括机架、网带传动系统、无纺布传送装置、旋杯静电喷丝系统和旋风系统，所述网带传动系统包括传送网带8、网带传动电机和4根网带传送轴6，4根所述网带传送轴6呈2*2阵列分布于机架上，其中一根网带转动轴6与网带传动电机的输出轴通过传送链条和传动链齿轮传动连接，所述传送网带8卷绕于4根网带传送轴6上成方形环带。
所述无纺布传送装置包括放卷轴1和收卷轴5，所述放卷轴1和收卷轴5分置于网带传送装置的两侧，待喷丝无纺布3由放卷轴1放布后随传送网带8传送至收卷轴5处收卷，所述放卷轴1与传送网带8之间的待喷丝无纺布3外侧设有烘干箱2，优选热风干燥箱。
所述旋杯静电喷丝系统包括雾化喷杯9，所述雾化喷杯9内设有雾化喷腔，所述雾化喷杯9的杯头面上设有多个分流口，所述分流口面向待喷丝无纺布3设置。
所述旋风系统包括抽风机（图中未示出）、抽风箱体4和风刀10，所述抽风箱体4与抽风机相连，所述抽风箱体4位于传送网带8的环口内，所述待喷丝无纺布3和抽风箱体4的抽风口分置于其中两根网带传送轴6之间的一段传送网带8的前、后侧，所述抽风箱体4的抽风口处设有吸风网板7，位于传送网带8的后侧，传送网带8可选用塑料编织网带。所述吸风网板包括网板本体11和围设于网板本体四周的翻折边12（如图4所示）。优选的，所述网板本体11为金属网格板（网板本体采用金属材质，为电源正极或者负极，需要接地），网眼为圆形、菱形或长方形，所述翻折边12为柱形或方形非金属边，无纺布覆盖在上面，用于密封，保证风量都是从无纺布上面吸入，从而可以有效的起到了雾化后的微丝粘附在无纺布不同大小的空隙上，从而有效的提高了无纺布的过滤效率。
所述待喷丝无纺布3与传送网带8的侧面贴合；所述风刀10位于雾化旋杯9和待喷丝无纺布3之间。
所述风刀由涡流电机或高压离心风机驱动。所述风刀10为标准型风刀、小风刀、弯曲型风刀、弧形组合风刀、环形风刀、热风刀和离子风刀中的一种或多种组合，所述风刀上设有螺旋形排列的出气孔。本实施例中所用风刀为方形环箱，结构如图6所示，为比风箱稍大的方环形结构。风刀为空气风布旋风装置，由夹心材料制成，风刀外侧通过压缩空气管接口102与外设的压缩空气设备连接，内部有多个出气孔101组成，出气孔由大小不同的孔依次排开，靠近旋杯的部分出气孔大(直径)，靠近无纺布的部分出气孔小，形成旋风结构的微纳丝风布。出气孔的设置不限于上述结构，只要能在风刀内侧形成旋风的设计均可采用，通过旋风将密度有高有低的风块打散，使其密度均匀。
风刀位置：优选距离无纺布5-10cm的距离。
图5所示为自风刀处向风箱处的剖视图，风刀、待喷丝无纺布、传送网带、吸风网板和抽风箱体从前往后依次设置。
所述旋杯静电喷丝系统还包括气体旋转马达、雾化成形推送器、纺丝料供给装置、静电发生器和控制系统。旋杯静电喷丝系统为常规技术，可选用市售可购的全自动静电喷丝机，比如博达BSD-1500A DISK自动喷丝机，水油两用自动喷漆旋碟。
如图3所示，本实施例中，所述雾化喷杯、风刀、待喷丝无纺布、传送网带和抽风箱体的抽风口沿左右方向上依次设置，即喷丝方向为侧向。采用侧喷模式，增加旋风系统和不增加旋风系统对过滤效率的影响结果如下表1所示。
表1
由表1中数据可知：不加旋风系统，得到的无纺布油性过滤效率达不到FFP3的标准，分析原因，可能是喷出的丝不能均匀的分布在无纺布上，造成无纺布上的空隙不能均匀备丝交织覆盖，从而过滤效率下降。
实施例2
本实施例的结构与实施例1的结构基本相同，区别在于：所述雾化喷杯、风刀、待喷丝无纺布、传送网带和抽风箱体的抽风口从上往下依次设置，即喷丝方向为向下直喷，如图7所示。
向下直喷模式和侧喷模式对产品质量的影响如表2所示。
表2：
从表2的检测数据可知：直喷阻力高于侧喷，由于侧喷的过程中，大的液滴会因为重力原因而落下，落在无纺布上的丝较为均匀，与基布相比，过滤效率达到了FFP2（DOP大于94%）和FFP3（DOP大于99%）的标准，阻力增加不多，是优选设计。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
