CN101845673B - 一种电动风叶式静电纺丝喷头及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动风叶式静电纺丝喷头及其使用方法，包括喷丝头(1)、金属叶片(2)和驱动电机(5)，所述的驱动电机通过履带(4)与中心转轴(3)相连，所述的中心转轴(3)连于金属叶片(2)的中心轴上，所述的金属叶片(2)设在所述的喷丝头(1)内，所述的喷丝头(1)外有接线柱(9)；其方法是通过驱动电机(5)驱动金属叶片(2)在喷丝头(1)内旋转，并经中心转轴(3)直接连接高压静电，在静电场作用下，所述的喷丝头(1)更容易抽拔出多个射流。本发明增加了可以用于静电成型的原料种类，提高了聚合物溶液的利用率，生产效率高，并可对多个喷头进行组装实现纳米纤维的规模化生产，提高静电纺丝的产量。

Description

一种电动风叶式静电纺丝喷头及其使用方法

技术领域

本发明属于静电纺丝装置的技术领域，特别是涉及一种电动风叶式静电纺丝喷头及其使用方法。

背景技术

静电纺丝是一种生产纳米纤维常用的方法，近十几年来得到了广泛的研究开发和使用，具有操作简单以及较广泛的适用性等特点，其产品多用于高效的过滤材料、生物医学材料、化学传感器等高科技领域。

高压静电纺丝是将聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电，带电液滴在电场力作用下在Taylor锥顶被加速，当电场力足够大时，聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。带电的聚合物射流在电场力、黏滞阻力、表面张力等作用下被拉伸细化，同时带电射流在电场中由于存在表面电荷而发生弯曲。细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成类似无纺布的纳米纤维毡。在静电纺丝过程中，溶液细流受较大倍数的牵引拉伸，具有一定的取向结构。

高压静电纺丝一直是纳米纤维制备领域的研究热点之一。研究人员为了提高静电纺丝的生产效率，对纺丝装置进行了较多的研究，对喷头研究较多集中在利用单个毛细管或对其进行组装以实现较高的生产效率，在此过程中，毛细管似乎已成为静电纺丝的必要元件之一，这种情况在如今纺织业对于纳米纤维的静电纺丝都普遍采用单喷头或多喷头针筒式纺丝装置得以很好的体现。常见的针头式喷头，喷丝孔直径多处于微米级，一般采用机械力推动溶液挤出，在静电场中形成泰勒锥，从而抽拔出一根或较多根喷射流。此种形式喷头容易出现喷丝孔堵塞现象，导致生产中断，影响生产效率，且不易维护。目前研究的有无针头式喷丝头，此种喷丝头多为敞开式，聚合物溶液直接与空气接触，采用向上喷丝的形式。但此种方法由于溶剂较易挥发而使聚合物溶液表面固化，造成抽拔困难，同等条件下难以形成稳定射流，影响纺丝过程的顺利进行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电动风叶式静电纺丝喷头及其使用方法，避免了毛细管或针头式喷头容易堵塞、效率较低以及清洗困难的弊端，改进了敞开式喷头难以形成射流的缺点，通过此喷头可较易形成多股稳定射流，大大提高了静电纺丝的效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电动风叶式静电纺丝喷头，包括喷丝头、金属叶片以及驱动电机，所述的驱动电机固定在底座上，并通过履带与中心转轴相连，所述的中心转轴连于金属叶片的中心轴上，所述的金属叶片设在所述的喷丝头内，所述的喷丝头外有接线柱，所述的喷丝头和接线柱置于支架上，所述的支架固定在底座上，所述的底座上还设有屏蔽罩，并位于驱动电机的一侧；所述的喷丝头为敞开式圆盘，由有机玻璃制成；所述的喷丝头与金属叶片配合形成风叶式静电纺丝喷头；所述的金属叶片采用导电性较好的材质，单个叶片下端与垂直方向的角度为0-60度，叶片上端呈铅直状态，并在上沿分布有金属尖端。

所述的金属叶片通过接线柱接通静电。

所述的中心转轴由两部分组成，其中上半部分由金属制成，通过密封式轴承安装在喷丝头的底盘上，下半部分由有机玻璃制成；所述的支架和底座均由绝缘材料制成。

通过自动输液装置向所述的喷丝头中添加聚合物溶液，保持液面在金属叶片的上沿并使尖端高于液面少许，开动所述的驱动电机，所述的驱动电机通过履带带动中心转轴转动，从而使得金属叶片旋转，并搅动溶液适度流动。接线柱连接高压静电，加上静电场后，喷丝头在金属叶片的作用下较易形成泰勒锥，向上抽出数十根甚至上百根射流，溶剂挥发，通过收集装置收集，形成纳米纤维。

所述的电动风叶式静电纺丝喷头方法应用在聚合物静电纺丝中。

有益效果：

本发明用的喷丝头端，为敞开式无针头式喷头，避免了毛细管结构装置或针头装置堵塞现象的发生，无需频繁更换和清洗喷丝孔，大大提高了生产效率，使用后容易清洗；采用金属叶片对喷丝头端内所盛溶液进行搅动，使溶液处于动态回流状态，叶片倾斜角度与转动方向配合，再加上设置在其上沿的金属尖端，(理想情况下可使溶液沿叶片表面爬升至尖端得以放电形成射流)可在同一电压作用下形成多个泰勒锥，从而更容易形成多股射流，提高了喷头纺丝的稳定性，改进了现有装置的可靠性，可实现纳米纤维的连续和规模化生产。

附图说明

图1为喷头装置的结构示意图；

图2为喷丝头俯视图。

图中：1-喷丝头、2-金属叶片、3-中心转轴、4-履带、5-驱动电机、6-屏蔽罩、7-底座、8-支架、9-接线柱

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1、2所示，一种电动风叶式静电纺丝喷头，包括喷丝头1、金属叶片2以及驱动电机5，所述的驱动电机5固定在底座7上，并通过履带4与中心转轴3相连，所述的中心转轴3连于金属叶片2的中心轴上，所述的金属叶片2设在所述的喷丝头1内，所述的喷丝头1外有接线柱9，所述的喷丝头1和接线柱9置于支架8上，所述的支架8固定在底座7上，所述的底座上还设有屏蔽罩6，并位于驱动电机5的一侧。

所述的喷丝头1为敞开式圆盘，由有机玻璃制成；所述的喷丝头1与金属叶片2配合形成风叶式静电纺丝喷头。

所述的金属叶片2采用导电性较好的材质，单个叶片下端与垂直方向的角度为0-60度，叶片上端呈铅直状态，并在上沿分布有金属尖端。

所述的金属叶片2通过接线柱9接通静电。

所述的中心转轴3由两部分组成，其中上半部分由金属制成，通过密封式轴承安装在喷丝头1的底盘上，下半部分由有机玻璃制成；所述的支架8和底座7均由绝缘材料制成。

通过自动输液装置向所述的喷丝头1中添加聚合物溶液，保持液面在金属叶片2的叶片上沿并使尖端高于液面少许，开动所述的驱动电机5，所述的驱动电机5通过履带4带动中心转轴3转动，从而使得金属叶片2旋转，并搅动溶液适度流动。接线柱9连接高压静电，加上静电场后，喷丝头1在金属叶片4的作用下较易形成泰勒锥，向上抽出数十根甚至上百根射流，溶剂挥发，通过收集装置收集，形成纳米纤维。

所述的电动风叶式静电纺丝喷头方法应用在聚合物静电纺丝中。

采用图1所示的电动风叶式静电纺丝喷头进行纺丝，溶液选用10wt％的聚乙烯醇水溶液，纺丝液通过自动输液装置注入喷丝头1中后，开启驱动电机5，调整转速，将高压发生器的电压调到60kV，接收基布与喷丝头端1的间距保持在30cm，基布或纤维收集帘以一定速度平动，并与喷头箱的往复运动相配合。制造出的纳米纤维毡的纤维直径约为250nm，平方米克重约为1.5g/m²。

Claims (4)

1.一种电动风叶式静电纺丝喷头，包括喷丝头(1)、金属叶片(2)以及驱动电机(5)，其特征在于：所述的驱动电机(5)固定在底座(7)上，并通过履带(4)与中心转轴(3)相连，所述的中心转轴(3)连于金属叶片(2)的中心轴上，所述的金属叶片(2)设在所述的喷丝头(1)内，所述的喷丝头(1)外有接线柱(9)，所述的喷丝头(1)和接线柱(9)置于支架(8)上，所述的支架(8)固定在底座(7)上，所述的底座(7)上还设有屏蔽罩(6)，并位于驱动电机(5)的一侧；所述的喷丝头(1)为敞开式圆盘，由有机玻璃制成；所述的喷丝头(1)与金属叶片(2)配合形成风叶式静电纺丝喷头；所述的金属叶片(2)采用导电性较好的材质，单个叶片下端与垂直方向的角度为0-60度，叶片上端呈铅直状态，并在上沿分布有金属尖端。

2.根据权利要求1所述的一种电动风叶式静电纺丝喷头，其特征在于：所述的金属叶片(2)通过接线柱(9)接通高压静电。

3.根据权利要求1所述的一种电动风叶式静电纺丝喷头，其特征在于：所述的中心转轴(3)由两部分组成，其中上半部分由金属制成，通过密封式轴承安装在喷丝头(1)的底盘上，下半部分由有机玻璃制成；所述的支架(8)和底座(7)均由绝缘材料制成。

4.一种使用权利要求1所述的电动风叶式静电纺丝喷头的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)、通过自动输液装置向所述的喷丝头(1)中添加聚合物溶液，保持液面在金属叶片(2)的上沿并使尖端高于液面少许；

2)、开动所述的驱动电机(5)，所述的驱动电机(5)通过履带(4)带动中心转轴(3)转动，从而使得金属叶片(2)旋转，并搅动溶液适度流动；

3)、接线柱(9)连接高压静电，加上静电场后，喷丝头(1)在金属叶片(4)的作用下形成泰勒锥，向上抽出数十根至上百根射流，通过收集装置收集，形成纳米纤维。

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