CN101928995B - 滚筒式电纺设备 - Google Patents

Abstract

本发明是一种滚筒式电纺设备，包含具有上浆滚筒的电纺液含浸机构、设置于上浆滚筒上的线状发射电极、接收电极组件，以及高压电产生器。接收电极组件包含箱体、设置于箱体的多个抽气孔，设置于箱体的多个狭缝，以及设置于狭缝一侧的多个锯齿状接收电极，其中每一锯齿状接收电极包含多个凸点。高压电产生器为分别与线状发射电极与锯齿状接收电极连接。

Description

滚筒式电纺设备

技术领域

本发明有关一种电纺设备，且特别是有关一种滚筒式电纺设备。

背景技术

电纺技术为可产生纳米纤维(Nanofibers)制造技术之一，其原理主要是利用正负电极间的电场驱动力，克服高分子的电纺液的表面张力与黏度，使电纺液形成纤细的纤维。现有技术中，是由发射电极施加高电压于高分子的电纺液，带电的电纺液经过喷嘴(Spinneret)喷出后，因带同电性而互相排斥，而分散成丝状，丝状的电纺液再借助正负电极间的吸引力，牵引至收集器。电纺液中的溶剂挥发后，即可得极细的电纺纤维(Electrostatic spinning Fibers)。

相较于传统纺丝法，电纺技术所纺出的纤维极细，所织成的布料有较高的孔隙度，表面积较大，因而受到青睐。然而，现有电纺技术中，带电的电纺液多半是利用喷嘴射出至负极的接收器，由于喷嘴的孔径极细，使用多次后常会因残存物造成喷嘴或管路阻塞的情形。且在更换不同种类的电纺液时，须配合清洗管路及喷嘴，因而降低了电纺液的使用范围。

中国台湾专利第TW200827501号提出了一种电纺设备，其采用了滚筒式的进料机构，并搭配线状发射电极，以解决喷嘴堵塞的问题。但是此种电纺设备在形成电纺纤维时所需要临界电压较喷嘴型的电纺设备高，如何有效地降低此类型的电纺设备的临界电压便成为一个重要的课题。

发明内容

因此本发明的目的就是提供一种滚筒式电纺设备，用以降低形成电纺纤维时所需要的临界电压。

根据本发明一方面提出了一种滚筒式电纺设备，包含一电纺液含浸机构、至少一线状发射电极、一接收电极组件，以及一高压电产生器。电纺液含浸机构包含一原料槽与一上浆滚筒，原料槽用以放置电纺液，上浆滚筒于原料槽中转动。线状发射电极与上浆滚筒接触，以使电纺液附着于线状发射电极上。接收电极组件包含一箱体、设置于箱体的多个抽气孔，设置于箱体面对电纺液含浸机构一面的多个狭缝，以及设置于狭缝一侧的多个锯齿状接收电极，其中每一锯齿状接收电极包含有面向电纺液含浸机构的多个凸点。高压电产生器为分别与线状发射电极与锯齿状接收电极连接。

锯齿状接收电极上的凸点可为线状排列。锯齿状接收电极的凸点的分布密度可为2个/吋至9个/吋。锯齿状接收电极的凸点可为等高排列。其中凸点的高度为介于0.5毫米(mm)至100毫米(mm)。滚筒式电纺设备还包含有抽气装置，抽气装置为连接至抽气孔。锯齿状接收电极可为一对一地设置在狭缝一侧。滚筒式电纺设备中还包含有一输送带，输送带经过箱体与线状发射电极之间，以收集电纺液所形成的电纺纤维。输送带表面有一织物，电纺纤维为覆盖于织物上，以形成复合纺织品结构。箱体的材料可为金属。箱体的高度为5厘米至15厘米。滚筒式电纺设备中还包含有多个高压绝缘碍子，高压绝缘碍子为配置于线状发射电极与接收电极组件之间，以避免漏电。滚筒式电纺设备中还包含有一高度控制阀，高度控制阀与接收电极组件相连，以通过高度控制阀调整接收电极组件与上浆滚筒间的间距。

根据本发明的另一方面提供一种滚筒式电纺设备的接收电极组件，包含一箱体、设置于箱体上的多个抽气孔、设置于箱体一面的多个狭缝，以及设置于狭缝一侧的多个锯齿状接收电极，其中锯齿状接收电极包含有多个凸点。锯齿状接收电极的凸点可为线状排列。锯齿状接收电极的凸点的分布密度可为2个/吋至9个/吋。锯齿状接收电极的凸点为等高排列。凸点的高度为介于0.5毫米(mm)至100毫米(mm)。锯齿状接收电极可为一对一地设置在狭缝一侧。接收电极组件中还包含一输送带，输送代为经过箱体，以收集电纺液所形成的电纺纤维。

本发明所采用的滚筒式电纺设备使用具有凸点的锯齿状接收电极，藉以降低形成电纺纤维时所需要的临界电压。此外，滚筒式电纺设备使用线状发射电极取代喷嘴作为喷射电极，因此，可有效地减少现有技术中因喷嘴或管路阻塞所造成的不便。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点能更明显易懂，以下将配合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，其中：

图1绘示本发明的滚筒式电纺设备一实施例的示意图。

图2绘示本发明的滚筒式电纺设备的接收电极组件另一实施例的侧视图。

图3A与图3B分别绘示图2中的锯齿状接收电极不同实施例的示意图。

具体实施方式

以下将以附图及详细说明清楚说明本发明的精神，任何所属技术领域中具有通常知识者在了解本发明的较佳实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。

参照图1，其是绘示本发明的滚筒式电纺设备一实施例的示意图。滚筒式电纺设备100包含有一电纺液含浸机构110，至少一线状发射电极120、一接收电极组件130，与一高压电产生器140。电纺液含浸机构110包含有一原料槽112与一上浆滚筒114，原料槽112为用以放置电纺液，上浆滚筒114为在原料槽112之中滚动。线状发射电极120为与上浆滚筒114接触，使原料槽112中的电纺液附着在线状发射电极120上。

接收电极组件130中包含有箱体132、设置于箱体132上的多个抽气孔134、设置于箱体132上的多个狭缝136，以及设置于狭缝136一侧的多个锯齿状接收电极138。其中狭缝136与锯齿状接收电极138为设置在箱体132面对电纺液含浸机构110的一面。本实施例中，锯齿状接收电极138为一对一地设置在狭缝136一侧，而锯齿状接收电极138之间为彼此相互连接。锯齿状接收电极138则包含有面向电纺液含浸机构110的多个凸点139。接收电极组件130还包含有一抽气装置135，抽气装置135为与抽气孔134相连，以抽走箱体132中的空气，使电纺纤维的牵引更为顺畅。

高压电产生器140则是分别连接至线状发射电极120与锯齿状接收电极138，使线状发射电极120与锯齿状接收电极138分别带有相异的电性。本实施例中，线状发射电极120通过高压电产生器140带有正电，锯齿状接收电极138则通过高压电产生器140而带有负电。线状发射电极120与上浆滚筒114接触，使原料槽112中的电纺液借助上浆滚筒114附着于线状发射电极120上。线状发射电极120上的电纺液受到高压正电的相斥力，而脱离上浆滚筒114，并散开为丝状的电纺液。此带正电的电纺液受到带负电的锯齿状接收电极138的吸引，而牵引至锯齿状接收电极138形成电纺纤维。

滚筒式电纺设备100中可还包含一高度控制阀150，高度控制阀150为与接收电极组件130相连。滚筒式电纺设备100可通过高度控制阀150调整接收电极组件130与线状发射电极120间的间距。滚筒式电纺设备100可还包含多个高压绝缘碍子160，配置于线状发射电极120与接收电极组件130之间，以避免电纺时漏电的情形产生滚筒式电纺设备100的电场强度可借助高度控制阀150与高压电产生器140控制。接收电极组件130与线状发射电极120间的间距越近，则电场强度越强。

由于锯齿状接收电极138具有多个凸点139，因此可透过尖端放电的效应大幅地降低形成电纺纤维的临界电压，达到节能的目的，使得人员操作更为安全。或者，在相同的工作电压之下，可提高电纺过程线状发射电极120与锯齿状接收电极138之间的距离，使得电纺电纺纤维过程中可充分地延伸，使电纺纤维更加细致，提升膜材的强度与形成更细小的电纺丝膜孔洞。

参照图2，其是绘示本发明的滚筒式电纺设备的接收电极组件另一实施例的侧视图。接收电极组件200中包含有箱体210、设置于箱体210上狭缝220，设置于狭缝220一侧的锯齿状接收电极230，设置于箱体210上的抽气孔240，以及与抽气孔240连接的抽气装置250。

箱体210的材料可为金属。箱体210的高度约在5厘米到15厘米之间。狭缝220为设置于箱体210一面的长条形开口。锯齿状接收电极230设置于狭缝220一侧，锯齿状接收电极230包含有多个凸点232，凸点232为线状排列，锯齿状接收电极230的凸点232为沿着狭缝220分布。其中锯齿状接收电极230的凸点232为等高排列，凸点232的高度约介于0.5毫米(mm)至100毫米(mm)之间。锯齿状接收电极230的凸点232的分布密度为2个/吋至9个/吋，即每时长度的锯齿状接收电极230上设置有2个到9个不等的凸点232。

接收电极组件200还包含有一输送带260，输送带260为经过箱体210的下方，尤其是经过设置于箱体210的锯齿状接收电极230。输送带260是用以收集在电纺过程中所形成的电纺纤维。输送带260上可包含有织物262，使收集到的电纺纤维覆盖在输送带260的织物262上，以形成复合纺织品结构。

参照图3A与图3B，其是分别绘示图2中的锯齿状接收电极不同实施例的示意图。图3A中的锯齿状接收电极230a的凸点232a分布密度大于图3B中的锯齿状接收电极230b的凸点232b的分布密度，即图3A中的锯齿状接收电极230a具有排列较密的凸点232a、而图3B中的锯齿状接收电极230b具有排列较疏的凸点232b。图3A中的凸点232a的高度h1小于图3B中的凸点232b的高度h2。

图3B中的锯齿状接收电极230b的凸点232b的高度h2较图3A中的锯齿状接收电极230a的凸点232a的高度h1为高，因此，在电纺过程中，使用锯齿状接收电极230b降低临界电压的效果会比使用锯齿状接收电极230a降低临界电压的效果来得更为明显。

为进一步地凸显本发明的进步性，以下以多个实验例比较使用传统平板式接收电极的滚筒式电纺设备与使用锯齿状接收电极的滚筒式电纺设备在制成上与所形成的电纺纤维的差异。

实验例1所使用的电纺液原料是长春化工PVA BF-17，其中PVA BF-17的重量百分浓度为8％。实验例1中所使用的锯齿状接收电极的凸点高度为2毫米，锯齿状接收电极的凸点密度为每时9个凸点。

表一采用不同电极间距的实验例1

实验例2所使用的电纺液原料是使长春化工PVA BF-17，其中PVA BF-17的重量百分浓度为8％。实验例2中所使用的锯齿状接收电极的凸点高度为3毫米，锯齿状接收电极的凸点密度为每时9个凸点。

表二采用不同电极间距的实验例2

实验例3所使用的电纺液原料是长春化工PVA BF-17，其中PVA BF-17的重量百分浓度为8％。实验例1中所使用的锯齿状接收电极的凸点高度为2毫米，锯齿状接收电极的凸点密度为每时6个凸点。

表三采用不同电极间距的实验例3

实验例1、2、3中，电极间距是指平板状接收电极或是锯齿状接收电极与线状发射电极之间的距离。临界电压是指形成电纺纤维所需要的最低电压，绝缘崩溃电压则是指在此电压下会发生电击穿效应而无法再生成电纺纤维，换言之，临界电压与绝缘崩溃电压分别可视为可产生电纺纤维的最低电压与最高电压。平均纤维细度为在由临界电压起至绝缘崩溃电压之间所形成的电纺纤维的平均细度。

由表一、表二、表三中所提供的实验例1、实验例2、实验例3可以得知，相较于使用传统的平板状接收电极，本发明在使用锯齿状接收电极之后，可有效地降低临界电压，以及提升电纺纤维的细度。

参照实验例1与实验例2，实验例1中所使用的锯齿状接收电极的凸点高度为2毫米，实验例2中所采用的锯齿状接收电极的凸点高度为3毫米。由表一和表二中的实验数据得知，实验例2降临界电压的效果大致上较实验例1来得明显，而实验例1提升电纺纤维细度的效果大致上较实验例2明显。

参照实验例1与实验例3，实验例1中所使用的锯齿状接收电极的凸点密度为每时9个凸点，实验例3中所使用的锯齿状接收电极的凸点密度为每时6个凸点。由表一和表三中的实验数据得知，实验例1的降低临界电压的功效与提升电纺纤维细度的功效大致上均较实验例3明显。

由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明具有下列优点。本发明所采用的滚筒式电纺设备使用具有凸点的锯齿状接收电极，藉以降低形成电纺纤维时所需要的临界电压。此外，滚筒式电纺设备使用线状发射电极取代喷嘴作为喷射电极，因此，可有效地减少现有技术中因喷嘴或管路阻塞所造成的不便。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种等同的改变或替换，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。

Claims (10)

1.一种滚筒式电纺设备，包含：

一电纺液含浸机构，包含一原料槽与一上浆滚筒，该原料槽用以放置一电纺液，该上浆滚筒于该原料槽中转动；

至少一线状发射电极，与该上浆滚筒接触，以使该电纺液附着于该至少一线状发射电极；

一接收电极组件，包含：

一箱体，

多个抽气孔，设置于该箱体，

多个狭缝，设置于该箱体面对该电纺液含浸机构的一面，以及

多个锯齿状接收电极，设置于所述狭缝的一侧，其中每一所述锯齿状接收电极包含面向该电纺液含浸机构的多个凸点；以及

一高压电产生器，分别与该至少一线状发射电极与所述锯齿状接收电极连接。

2.根据权利要求1所述的滚筒式电纺设备，其特征在于，每一所述锯齿状接收电极的所述凸点为线状排列。

3.根据权利要求1所述的滚筒式电纺设备，其特征在于，每一所述锯齿状接收电极的所述凸点为等高排列。

4.根据权利要求3所述的滚筒式电纺设备，其特征在于，所述凸点的一高度为介于0.5毫米至100毫米。

5.根据权利要求1所述的滚筒式电纺设备，其特征在于，还包含一抽气装置，连接至所述抽气孔。

6.一种滚筒式电纺设备的接收电极组件，包含：

一箱体；

多个抽气孔，设置于该箱体； 

多个狭缝，设置于该箱体的一面；以及

多个锯齿状接收电极，设置于所述狭缝的一侧，其中每一所述锯齿状接收电极包含多个凸点。

7.根据权利要求6所述的滚筒式电纺设备的接收电极组件，其特征在于，每一所述锯齿状接收电极的所述凸点为线状排列。

8.根据权利要求6所述的滚筒式电纺设备的接收电极组件，其特征在于，每一所述锯齿状接收电极的所述凸点为等高排列。

9.根据权利要求8所述的滚筒式电纺设备的接收电极组件，其特征在于，所述凸点的一高度为介于0.5毫米至100毫米。

10.根据权利要求6所述的滚筒式电纺设备的接收电极组件，其特征在于，每一所述锯齿状接收电极的所述凸点的分布密度为2个/吋至9个/吋。 

Images