CN100535204C - 一种刷式电纺丝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料领域，所提供的一种刷式电纺丝装置它包括接收装置、高压线、高压发生器，其特征是它还包括纺丝刷、风机、纺丝槽、电机、电机皮带盘、传动带、输液管、液压控制装置、贮液装置、纺丝刷皮带盘。该装置避免了喷头堵塞的问题，可以实现电纺丝技术的规模化生产。本发明的电纺丝设备生产效率高、成本低、质量稳定。
Description
技术领域
本发明属于材料领域。它涉及一种刷式电纺丝装置。
背景技术
纳米纤维在过滤材料、伤口敷料、生物组织工程材料、纳米复合材料等领域都可以广泛的应用。目前能够生产超细纤维的技术包括：用热气流拉伸的方法即熟知的熔喷法制造出的纤维在1000～2000纳米；海岛法能得到微米级纤维；静电纺丝法可以得到50～1000纳米的纤维，静电纺丝是得到纳米纤维最重要的基本方法。这一技术的核心是使带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流动与变形，然后经溶剂蒸发或熔体冷却而固化，于是得到纤维化物质。因此这一过程又称静电纺丝，或简称电纺丝。电纺丝技术作为一种简单、低成本的纳米纤维制备方法，目前被认为是制备连续纳米尺度纤维的最理想的方法之一。传统的静电纺丝使用喷丝头，针头上形成Taylor锥产生纳米丝，每小时生产效率为0.1～1克，生产效率非常低，同时由于纺丝液容易挥发干燥，在纺丝过程中几乎无法避免纺丝液堵塞喷头的情况，严重影响了纺丝过程的连续化，并直接影响了电纺丝技术的产业化进程。因此，寻求新的电纺丝模式来实现工业化生产已成为当务之急。
发明内容
本发明的目的是提供一种刷式电纺丝装置。采用本发明的一种刷式电纺丝装置避免了喷头堵塞的情况，可以实现电纺丝技术的规模化生产。
本发明解决技术问题的技术方案如下：
一种刷式电纺丝装置，它包括接收装置11、高压线12、高压发生器13，其特征是它还包括通过刷轴1′″支撑在机架上并由刷毛1′，带孔刷体1″，刷轴′″三者构成的纺丝刷1、固装在机架上的风机2、固装在机架上且接地的纺丝槽3、固装在机架上又与电机皮带盘5相连的电机4、既与电机4端轴相连又与传动带6相连的电机皮带盘5、套在电机皮带盘5和纺丝刷皮带盘10上的传动带6、既与纺丝槽3相连又与液压控制装置8和贮液装置9相连的输液管7、安装在输液管7上的液压控制装置8、与输液管7相连且底部固装在机架上的贮液装置9、既与刷轴1′″一端相连又与传动带6相连的纺丝刷皮带盘10；所述的高压发生器13的工作电压为5千伏～10万伏；
所述的纺丝刷1的刷毛1′直径D1为0.05～25毫米，刷毛高度L1为0.5～80毫米，植入角γ为40～150°，工作角β为30～90°，形状为锥形、柱形、菱形、梯形、扇形，选用的材料为不锈钢、铝合金、尼龙、ABS塑料、ABS合金或还具有镀层为镍、铬、锌、钯镍、锡钴、氮化钛、炭氮化钛、氧化锆、氧化硅的以上材料；所述的纺丝刷1的带孔刷体1″直径D2为15～1000毫米，带孔刷体孔径D2′为3～30毫米，带孔刷体长度L2为5～2000毫米，形状为圆柱形、圆盘形，选用的材料为不锈钢、锌合金、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、ABS合金或还具有镀层为氟化物、镍、铬、锌、钯镍、锡钴、氮化钛、炭氮化钛、氧化锆、氧化硅的以上材料；所述的纺丝刷1的刷轴1′″刷轴直径D3为3～30毫米，刷轴长度L3为10～2100毫米，其两端伸出带孔刷体1″的长度相等，形状为圆柱形，选用的材料为不锈钢；所述的纺丝刷1的旋转速度为5～3600转/分，刷毛1′浸入纺丝液的深度h为1～79毫米；
所述的风机2的风口平面与水平面的夹角δ为25～80°，风机2的个数为2～8个。
与现有技术相比本发明的优点是：
克服了使用喷头低产量、易堵塞的困难，采用本发明的一种刷式电纺丝装置避免了喷头堵塞的问题，可以实现电纺丝技术的规模化生产，本发明的电纺丝设备生产效率高、成本低、质量稳定。
附图说明
图1是本发明一种刷式电纺丝装置的示意图
图2是本发明一种刷式电纺丝装置的工作原理示意图
图1、图2中，1-纺丝刷，2-风机，3-纺丝槽，4-电机，5-电机皮带盘，6-传动带，7-输液管，8-液压控制装置，9-贮液装置，10-纺丝刷皮带盘，11-接收装置，12-高压线，13-高压发生器，14-纺丝液，15-纳米纤维；
图3是本发明一种刷式电纺丝装置的纺丝刷刷毛的植入方式示意图
图3中，1′-刷毛，γ-植入角，β-工作角；
图4是本发明一种刷式电纺丝装置的纺丝刷剖面示意图
图4中，1′-刷毛，D1-刷毛直径，L1-刷毛高度，1″-带孔刷体，D2-带孔刷体直径，D2′-带孔刷体孔径，L2-带孔刷体长度，1′″-刷轴，D3-刷轴直径，L3-刷轴长度；
图5是本发明一种刷式电纺丝装置中刷毛与纺丝液相互配置示意图
图5中，1-纺丝刷，1′-刷毛，3-纺丝槽，14-纺丝液，h-刷毛浸入纺丝液的深度；
图6是本发明一种刷式电纺丝装置的风机安装角度示意图
图6中，2-风机，δ-风口平面与水平面的夹角。
具体实施方式
一种刷式电纺丝装置，它包括接收装置11、高压线12、高压发生器13，其特征是它还包括通过刷轴1′″支撑在机架上并由刷毛1′，带孔刷体1″，刷轴1′″三者构成的纺丝刷1、固装在机架上的风机2、固装在机架上且接地的纺丝槽3、固装在机架上又与电机皮带盘5相连的电机4、既与电机4端轴相连又与传动带6相连的电机皮带盘5、套在电机皮带盘5和纺丝刷皮带盘10上的传动带6、既与纺丝槽3相连又与液压控制装置8和贮液装置9相连的输液管7、安装在输液管7上的液压控制装置8、与输液管7相连且底部固装在机架上的贮液装置9、既与刷轴1′″一端相连又与传动带6相连的纺丝刷皮带盘10；所述的高压发生器13的工作电压为5千伏～10万伏；
所述的纺丝刷1的刷毛1′直径D1为0.05～25毫米，刷毛高度L1为0.5～80毫米，植入角γ为40～150°，工作角β为30～90°，形状为锥形、柱形、菱形、梯形、扇形，选用的材料为不锈钢、铝合金、尼龙、ABS塑料、ABS合金或还具有镀层为镍、铬、锌、钯镍、锡钴、氮化钛、炭氮化钛、氧化锆、氧化硅的以上材料；所述的纺丝刷1的带孔刷体1″直径D2为15～1000毫米，带孔刷体孔径D2′为3～30毫米，带孔刷体长度L2为5～2000毫米，形状为圆柱形、圆盘形，选用的材料为不锈钢、锌合金、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、ABS合金或还具有镀层为氟化物、镍、铬、锌、钯镍、锡钴、氮化钛、炭氮化钛、氧化锆、氧化硅的以上材料；所述的纺丝刷1的刷轴1′″刷轴直径D3为3～30毫米，刷轴长度L3为10～2100毫米，其两端伸出带孔刷体1″的长度相等，形状为圆柱形，选用的材料为不锈钢；所述的纺丝刷1的旋转速度为5～3600转/分，刷毛1′浸入纺丝液的深度h为1～79毫米；
所述的风机2的风口平面与水平面的夹角δ为25～80°，风机2的个数为2～8个。
本发明提供的一种刷式电纺丝装置的工作原理为：
如图2所示，电机4通过电机皮带盘5、传动带6带动刷轴1′″上的纺丝刷皮带盘10而使纺丝刷1转动，纺丝刷1带孔刷体1″上的刷毛1′浸入纺丝槽3中的纺丝液14，随着纺丝刷1的运转其部分纺丝液14被刷毛1′带出液面，装在输液管7上的现有液压控制装置8感应纺丝槽3中纺丝液14的变化量以控制现有贮液装置9向纺丝槽3内输送的纺丝液14，使纺丝液14液面始终保持在同一水平高度，现有高压发生器13通过高压线12与现有接收装置11相连并使接收装置11带上高压与接地(图上未画)的纺丝槽3之间形成高压电场，被刷毛1′带出的纺丝液14在纺丝刷1的离心力作用下迅速向从刷毛1′上的顶端聚集，并在纺丝刷1的离心力、风机2的吹风力和接收装置11与纺丝槽3之间的电场力的作用下迅速被拉伸成为纳米纤维15并飞向接收装置11被接收装置11接收成为纳米纤维制品。
通过下述实施例将进一步说明本发明，但不能限制本发明的内容。
实施例1：
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，电机4通过电机皮带盘5、传动带6带动安置在刷轴1′″一端的纺丝刷皮带盘10使纺丝刷1转动，旋转速度为3600转/分，刷轴1′″其刷轴直径D3为3毫米，刷轴长度L3为10毫米，其两端伸出带孔刷体1″的长度相等为2.5毫米，形状为圆柱形，选用不锈钢材料，带孔刷体直径D2为15毫米，带孔刷体孔径D2′为3毫米，带孔刷体长度L2为5毫米，形状为圆盘形，选用的材料为不锈钢的带孔刷体1″上具有刷毛高度L1为0.7毫米，刷毛直径D1为0.1毫米，植入角γ为40°，工作角β为40°，形状为锥形，选用的材料为不锈钢的刷毛1′浸入纺丝槽3中的质量百分比为9％的聚丙烯腈/N，N二甲基甲酰胺纺丝液14之中，刷毛1′浸入纺丝液的深度h为1毫米，随着纺丝刷1的运转部分纺丝液14被刷毛1′带出液面，装在输液管7上的现有液压控制装置8感应纺丝槽3中纺丝液14的变化量控制现有贮液装置9向纺丝槽3内输送的纺丝液14，其液面始终保持在同一水平高度，工作电压为5千伏的现有高压发生器13通过高压线12与现有接收装置11相连并使接收装置11带上高压与接地的纺丝槽3之间形成高压电场，被刷毛1′带出的纺丝液14在纺丝刷1的离心力作用下迅速向刷毛1′的顶端聚集，并在纺丝刷1的离心力、风口平面与水平面的夹角δ为25°，个数为2个的风机2的吹风力和接收装置11与纺丝槽3之间的电场力的共同作用下迅速被拉伸成为聚丙烯腈纳米纤维15并飞向接收装置11被接收装置11接收成为聚丙烯腈纳米纤维制品。
实施例2：
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，电机4通过电机皮带盘5、传动带6带动刷轴1′″一端的纺丝刷皮带盘10使纺丝刷1转动，旋转速度为1800转/分，刷轴1′″其刷轴直径D3为15毫米，刷轴长度L3为1250毫米，其两端伸出带孔刷体1″的长度相等为25毫米，形状为圆柱形，选用不锈钢材料，带孔刷体直径D2为500毫米，带孔刷体孔径D2′为15毫米，带孔刷体长度L2为1200毫米，形状为圆柱形，选用的材料为ABS合金的带孔刷体1″上具有刷毛高度L1为45毫米，刷毛直径D1为15毫米，植入角γ为90°，工作角β为90°，形状为圆柱形，选用的材料为镀铬ABS塑料的刷毛1′浸入纺丝槽3中的质量百分比为13％的聚丁二酸丁二醇酯/氯仿纺丝液14之中，刷毛1′浸入纺丝液的深度h为40毫米，随着纺丝刷1的运转部分纺丝液14被刷毛1′带出液面，装在输液管7上的现有液压控制装置8感应纺丝槽3中纺丝液14的变化量控制现有贮液装置9向纺丝槽3内输送的纺丝液14使其液面始终保持在同一水平高度，工作电压为5万伏的现有高压发生器13通过高压线12与现有接收装置11相连并使接收装置11带上高压与接地的纺丝槽3之间形成高压电场，被刷毛1′带出的纺丝液14在纺丝刷1的离心力作用下迅速向刷毛1′的顶端聚集，并在纺丝刷1的离心力、风口平面与水平面的夹角δ为80°，个数为8个的风机2的吹风力和接收装置11与纺丝槽3之间的电场力的共同作用下迅速被拉伸成为聚丁二酸丁二醇酯纳米纤维15并飞向接收装置11被接收装置成为聚丁二酸丁二醇酯纳米纤维制品。
实施例3：
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，电机4通过电机皮带盘5、传动带6带动刷轴1′″一端的纺丝刷皮带盘10使纺丝刷1转动，旋转速度为50转/分，刷轴1′″其刷轴直径D3为30毫米，刷轴长度L3为2100毫米，其两端伸出带孔刷体1″的长度相等为50毫米，形状为圆柱形，选用不锈钢材料，带孔刷体直径D2为1000毫米，带孔刷体孔径D2′为30毫米，带孔刷体长度L2为2000毫米，形状为圆柱形，选用的材料为镀氟不锈钢的带孔刷体1″上具有刷毛高度L1为0.7毫米，刷毛直径D1为0.1毫米，植入角γ为150°，工作角β为60°，形状为扇形，选用的材料为尼龙的刷毛1′浸入纺丝槽3中的质量百分比为9％的聚乳酸/水纺丝液14之中，刷毛1′浸入纺丝液的深度h为1毫米，随着纺丝刷1的运转部分纺丝液14被刷毛1′带出液面，装在输液管7上的现有液压控制装置8感应纺丝槽3中纺丝液14的变化量控制现有贮液装置9向纺丝槽3内输送的纺丝液14，使其液面始终保持在同一水平高度，工作电压为10万伏的高压发生器13通过高压线12与现有接收装置11相连并使接收装置11带上高压与纺丝槽3之间形成高压电场，被刷毛1′带出的纺丝液14在纺丝刷1的离心力作用下迅速向刷毛1′的顶端聚集，并在纺丝刷1的离心力、风口平面与水平面的夹角δ为45°，个数为4个的风机2的吹风力和接收装置11与纺丝槽3之间的电场力的共同作用下迅速被拉伸成为聚乳酸纳米纤维15并飞向带接收装置11接收成为聚乳酸纳米纤维制品。
Claims (3)
1、一种刷式电纺丝装置，它包括接收装置(11)、高压线(12)、高压发生器(13)，其特征是它还包括通过刷轴(1′″)支撑在机架上并由刷毛(1′)，带孔刷体(1″)，刷轴(1′″)三者构成的纺丝刷(1)、固装在机架上的风机(2)、固装在机架上且接地的纺丝槽(3)、固装在机架上又与电机皮带盘(5)相连的电机(4)、既与电机(4)端轴相连又与传动带(6)相连的电机皮带盘(5)、套在电机皮带盘(5)和纺丝刷皮带盘(10)上的传动带(6)、既与纺丝槽(3)相连又与液压控制装置8和贮液装置9相连的输液管(7)、安装在输液管(7)上的液压控制装置(8)、与输液管(7)相连且底部固装在机架上的贮液装置(9)、既与刷轴(1′″)一端相连又与传动带(6)相连的纺丝刷皮带盘(10)；所述的高压发生器(13)的工作电压为5千伏～10万伏。
2、根据权利要求1所述的一种刷式电纺丝装置，其特征是所述的纺丝刷1的刷毛(1′)直径D1为0.05～25毫米，刷毛高度(L1)为0.5～80毫米，植入角(γ)为40～150°，工作角(β)为30～90°，形状为锥形、柱形、菱形、梯形、扇形，选用的材料为不锈钢、铝合金、尼龙、ABS塑料、ABS合金或还具有镀层为镍、铬、锌、钯镍、锡钴、氮化钛、炭氮化钛、氧化锆、氧化硅的以上材料；所述的纺丝刷(1)的带孔刷体(1″)直径(D2)为15～1000毫米，带孔刷体孔径(D2′)为3～30毫米，带孔刷体长度(L2)为5～2000毫米，形状为圆柱形、圆盘形，选用的材料为不锈钢、锌合金、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、ABS合金或还具有镀层为氟化物、镍、铬、锌、钯镍、锡钴、氮化钛、炭氮化钛、氧化锆、氧化硅的以上材料；所述的纺丝刷(1)的刷轴(1′″)刷轴直径(D3)为3～30毫米，刷轴长度(L3)为10～2100毫米，其两端伸出带孔刷体(1′″)的长度相等，形状为圆柱形，选用的材料为不锈钢；所述的纺丝刷(1)的旋转速度为5～3600转/分，刷毛(1′)浸入纺丝液的深度(h)为1～79毫米。
3、根据权利要求1或2所述的一种刷式电纺丝装置，其特征是所述的风机(2)的风口平面与水平面的夹角(δ)为25～80°，风机(2)的个数为2～8个。
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