基本介紹
- 中文名：離心紡絲
- 外文名：centrifugal spinning
- 學科：材料工程
- 領域：工程技術
簡介,舉例,粘膠長絲,離心紡絲的基本原理,離心紡絲設備的發展,
簡介
離心紡絲是指以高速旋轉的噴絲板、靠離心力的作用將成纖聚合物的溶液或熔體成纖的方法，既可以製備長絲，也可製備短纖維，既可以紡制各向同性的普通聚合物溶液或熔體，也可紡制各向異性的聚合物液晶溶液或熔體。
舉例
例如，各向同性的通用級瀝青或各向異性的中間相瀝青，均可通過離心紡絲法成纖，並靠高速氣流將初生絲適當牽引拉伸而得長短不一的瀝青纖維，直接鋪成一定厚度的堆積層後，可連續進行穩定化、碳化或石墨化，而製得不同檔次的瀝青萃碳纖維又如聚對苯二甲醯對苯二胺的濃硫酸液晶溶液，可通過離心紡絲而製取漿粕等。
粘膠長絲
粘膠長絲也可通過離心紡絲法製取，紡出的絲條因受離心力的作用被甩向離心罐壁，同時對絲條進行加捻，並靠紡絲漏斗的上下移動而堆集成絲餅。
離心紡絲的基本原理
離心紡絲是聚合物熔體或溶液從噴絲孔甩出後在離心力作用下拉伸成纖維。在此過程中，離心力起著重要作用，它對聚合物熔體或溶液有一定的壓實作用。聚合物熔體或溶液被擠出後，高速旋轉所產生的離心力是聚合物拉伸的主要作用力之一，同時還造成了纖維的曲線運動軌跡。
離心紡絲設備的發展
1967年，Chisholm等人發表了美國專利US3358323，據查這是將離心力用於聚合物加工的最早文獻。這個專利設備可以提供造粒所需的擠出壓力而不需要傳統的擠出設備，並且該設備的結構比較簡單。此後Chisholm等人對其進行了多方面研究與改進，並申請了美國專利，為離心紡絲技術的進一步研究奠定了基礎。
1986年，歐洲專利EP0220727指出，離心紡絲時利用離心力代替壓力泵，聚合物熔體經過擠壓通過噴絲孔形成纖維。1999年，Jan和Aleksi利用旋轉圓盤進行紡絲，研究了紡絲工藝參數以及溶液黏度等因素對所紡纖維直徑的影響。
2007年，中國科學院長春套用化學研究所在專利“熔體和溶液離心紡絲製備非織造物的裝置”中，提出了一種利用帶孔環形隔片引導出多根絲的離心紡絲技術。該裝置工作時先將物料送至旋轉盤內腔，在離心力作用下溶液或熔體由環形隔片的小孔流出外腔，並進一步加速，通過噴絲口噴出纖維。該裝置紡制的纖維具有尺寸範圍寬、孔徑大、孔隙率高等優點，尤其適合於聚酯類可生物降解組織工程支架材料的製備。
2010年，張以群等提出了一種水平盤式旋轉離心紡絲法，利用旋轉盤的離心力將聚合物熔體鋪展於盤面，進而熔體膜變薄直至破裂，最終拉伸成絲。以上這些專利提出的大部分裝置只能製備出微米級纖維，水平盤式紡絲裝置可控性差，熔體膜的薄厚不易控制。
2009年，Sarkar等人研究了一種新型離心紡絲方法，命名為Forcespinning，專利號為US20090280325A1，該方法通過多個微孔實現了紡絲的量化生產。同年，美國FibeRio科技股份有限公司成立。FibeRio公司在拉斯維加斯技術紡織品會議上，推出了基於Forcespinning技術的納米纖維生產設備。這種離心紡絲設備的單孔產量可達 1g/min，紡制纖維的直徑約300nm。
2013年，楊衛民等人研發了一種微分分流離心紡絲製備納米纖維的裝置。該裝置採用流體微分結構及流體減薄錐面，在不改變噴絲孔結構的前提下，通過改變旋轉體錐面傾角及中心距，控制不同黏度流體的減薄程度和所受到的離心力，梳齒狀溶液或熔體分流結構使得熔體破裂更加均勻一致。
