CN102199795A - 静电纺丝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种静电纺丝装置，包括喷丝模头、喷丝模头盖板、喷丝头、高压供电装置以及接收板，所述静电纺丝装置还包括原料输送装置、机械振动发生装置以及磁场发生装置，所述原料输送装置连接在喷丝模头的一侧，所述机械振动发生装置安装于喷丝模头的一端，所述磁场发生装置安装于喷丝模头的另一端，并位于喷丝头与接收板之间。本发明通过设置机械振动发生装置和磁场发生装置，可以实现不改变聚合物熔体或溶液自身性质的情况下对粘性较大和近乎绝缘的聚合物熔体或溶液的静电纺丝，摆脱传统静电纺丝技术对原料的限制，并且能有效控制单纤维的取向排列收集，能够进一步满足生产优质纳米纤维的要求。
Description
技术领域
本发明涉及静电纺丝领域，尤其涉及一种多场耦合作用下的静电纺丝装置。
背景技术
目前，世界各国的生产企业普遍使用的静电纺丝装置主要是单喷头式或多喷头式自上而下的纺丝装置。
现有技术中的静电纺丝装置，请参图1所示，它主要是利用电场力的作用，将聚合物溶液或熔体从毛细管口处抽出形成射流，经过摆动、蒸发、细发过程，最终得到纳米级的超细纤维。这种自上而下的静电纺丝装置在纺制粘性较大或近乎绝缘的聚合物熔体或溶液时，难以克服表面张力形成喷射细流；并且，在喷丝过程中，由于喷丝口和接收板之间存在分布不匀的电场，使得喷射细流的运动受到干扰，出现了图2所示的泰勒锥，使得单纤维的收集困难。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种具有改良结构的静电纺丝装置，以克服上述缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种多场耦合作用下的静电纺丝装置，用以实现在不破坏高聚物自身性质的情况下，能够对粘性较大或近乎绝缘的聚合物熔体或溶液进行静电纺丝，并改善静电纺丝纳米纤维取向排列的收集问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种静电纺丝装置，包括喷丝模头、喷丝模头盖板、喷丝头、高压供电装置以及接收板，所述喷丝模头盖板盖在喷丝模头上，所述喷丝头延伸出喷丝模头，所述高压供电装置通过高压电源线与喷丝头连接，其特征在于，所述静电纺丝装置还包括原料输送装置、机械振动发生装置以及磁场发生装置，所述原料输送装置连接在喷丝模头的一侧，所述机械振动发生装置安装于喷丝模头的一端，所述磁场发生装置安装于喷丝模头的另一端，并位于喷丝头与接收板之间。
优选的，在上述静电纺丝装置中，所述机械振动发生装置包括振动发生器以及增幅杆，所述喷丝模头中设有活塞，所述增幅杆的一端与振动发生器连接，另一端穿过所述喷丝模头盖板与活塞相连。
优选的，在上述静电纺丝装置中，所述增幅杆通过内六角螺钉与活塞相连，并通过销钉固定。
优选的，在上述静电纺丝装置中，所述活塞上设有密封活塞与喷丝模头内壁的活塞环。
优选的，在上述静电纺丝装置中，所述磁场发生装置包括相互连接的直流电源以及“U”型电磁铁。
优选的，在上述静电纺丝装置中，所述磁场发生装置还设有调节“U”型电磁铁垂直位置的调节装置。
优选的，在上述静电纺丝装置中，所述调节装置为滑轨滑槽调节结构。
优选的，在上述静电纺丝装置中，所述调节装置为螺纹调节结构。
优选的，在上述静电纺丝装置中，所述原料输送装置包括料桶、原料输送管以及安装在原料输送管上的单向阀，所述料桶通过原料输送管与喷丝模头相连，所述料桶与原料输送管连接的一端高于喷丝模头盖板所处的位置。
从上述技术方案可以看出，本发明实施例通过设置机械振动发生装置和磁场发生装置，可以实现不改变聚合物熔体或溶液自身性质的情况下对粘性较大和近乎绝缘的聚合物熔体或溶液的静电纺丝，摆脱传统静电纺丝技术对原料的限制，并且能有效控制单纤维的取向排列收集，能够进一步满足生产优质纳米纤维的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中静电纺丝装置的示意图；
图2是现有技术中静电纺丝装置的喷射细流运动过程中出现泰勒锥的示意图；
图3是本发明静电纺丝装置的示意图；
图4是本发明静电纺丝装置带有磁场静电喷丝射流受力分析示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种多场耦合作用下的静电纺丝装置，用以实现在不破坏高聚物自身性质的情况下，能够对粘性较大或近乎绝缘的聚合物熔体或溶液进行静电纺丝，并改善静电纺丝纳米纤维取向排列的收集问题。
请参阅图3所示，本发明的静电纺丝装置能够在电场、磁场、机械振动场作用下纺出比现有静电纺丝技术性能更好的纳米纤维毡。所述静电纺丝装置包括喷丝模头122、喷丝模头盖板121、喷丝头123、高压供电装置124以及接收板47。所述喷丝模头盖板121盖在喷丝模头122上端。所述喷丝模头122中设有活塞10。所述活塞10上设置的3～6个活塞环11，所述活塞环11起到密封活塞10与喷丝模头122内壁的作用。所述喷丝头123向下延伸出喷丝模头122。所述接收板47位于喷丝头123的下方。所述高压供电装置124通过高压电源线与所述喷丝头123连接。
所述静电纺丝装置还包括原料输送装置4、机械振动发生装置5以及磁场发生装置6。所述原料输送装置4连接在所述喷丝模头122的侧面。所述机械振动发生装置5设于喷丝模头122的上方。所述磁场发生装置6环绕安装在所述喷丝头123的下部，并位于喷丝头123与接收板47之间。
所述原料输送装置4包括料桶1、原料输送管2以及单向阀3。聚合物熔体或溶液在料桶1中通过原料输送管2导入喷丝模头122内，原料输送管2上装有的单向阀3，如此设置，单向阀3可以控制聚合物熔体或溶液的流动方向，防止聚合物熔体或溶液倒流。其中，所述料桶1与原料输送管2连接的一端(即料桶1的最底端)高于喷丝模头盖板121所处的位置，如此设置，是为了保证液体连续流进喷丝模头122内。
所述机械振动发生装置5包括振动发生器7以及增幅杆8。所述增幅杆8上端连接有振动发生器7，所述增幅杆8下端穿过喷丝模头盖板121与位于喷丝模头122中的活塞10相连。所述机械振动发生装置5还包括内六角螺钉12以及销钉9。所述增幅杆8通过内六角螺钉12与活塞10相连，所述销钉9穿过内六角螺钉12及增幅杆8，用以防止内六角螺钉12松动而引起的增幅杆8与活塞10在振动过程中发生滑脱现象。所述振动发生器7的功率一般为1～103HZ，通过调节振动发生器7的频率，可以控制活塞10的速度。
所述磁场发生装置6包括相互连接的直流电源46以及“U”型电磁铁45。由于高压电源线将高压供电装置124产生的高压加在喷丝头123上，其电压的可调范围为1～1000KV，所述接收板47通过接地电源线接地。这样在喷丝头123与接收板47之间形成一个电场，喷射细流在喷丝头123形成如图2所示的泰勒锥，并在锥顶喷射出一条直线型的射流，但是，由于受到电场力的干扰作用，射流摆动的幅度越来越大，此时，“U”型电磁铁45中线圈通电，可产生横向磁场，使得呈螺旋摆动的带电射流的每个螺旋结构受到垂直于射流轴向的一对方向相反的安培力的作用，请参阅图4所示，使得射流的摆动产生明显收缩，螺旋结构在一对安培力矩的作用下逐渐被拉直，射流经过磁场后开始以直线形式运动。所述磁场发生装置6还设有调节“U”型电磁铁45垂直位置的调节装置，所述调节装置通常采用常用的螺纹调节或滑轨滑槽等结构。通过调节励磁线圈45在喷丝头123外的垂直位置，可以控制产生磁场的分布情况，从而使纺丝轨迹达到最稳定状态，以及控制纺制的纤维在接收板47的接收位置和范围。
本发明的静电纺丝装置通过通过设置机械振动发生装置和磁场发生装置，可以实现不改变聚合物熔体或溶液自身性质的情况下对粘性较大和近乎绝缘的聚合物熔体或溶液的静电纺丝，摆脱传统静电纺丝技术对原料的限制，并且能有效控制单纤维的取向排列收集，能够进一步满足生产优质纳米纤维的要求，结构简单，操作方便。
本发明的静电纺丝装置中的磁场发生装置6通过“U”型电磁铁45，“U”型电磁铁45中线圈通电，可产生横向磁场，使得受到电场力干扰且呈螺旋摆动的带电射流受到垂直于射流轴向的一对方向相反的安培力的作用，使得射流的摆动产生明显收缩，射流经过磁场后开始以直线形式运动，有效控制单纤维的取向排列收集。
本发明的静电纺丝装置中的磁场发生装置6通过设置调节装置调节励磁线圈45在喷丝头123外的垂直位置，可以控制产生磁场的分布情况，从而使纺丝轨迹达到最稳定状态，以及控制纺制的纤维在接收板47的接收位置和范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种静电纺丝装置，包括喷丝模头(122)、喷丝模头盖板(121)、喷丝头(123)、高压供电装置(124)以及接收板(47)，所述喷丝模头盖板(121)盖在喷丝模头(122)上，所述喷丝头(123)延伸出喷丝模头(122)，所述高压供电装置(124)通过高压电源线与喷丝头(123)连接，其特征在于，所述静电纺丝装置还包括原料输送装置(4)、机械振动发生装置(5)以及磁场发生装置(6)，所述原料输送装置(4)连接在喷丝模头(122)的一侧，所述机械振动发生装置(5)安装于喷丝模头(122)的一端，所述磁场发生装置(6)安装于喷丝模头(122)的另一端，并位于喷丝头(123)与接收板(47)之间。
2.根据权利要求1所述静电纺丝装置，其特征在于，所述机械振动发生装置(5)包括振动发生器(7)以及增幅杆(8)，所述喷丝模头(122)中设有活塞(10)，所述增幅杆(8)的一端与振动发生器(7)连接，另一端穿过所述喷丝模头盖板(121)与活塞(10)相连。
3.根据权利要求2所述静电纺丝装置，其特征在于，所述增幅杆(8)通过内六角螺钉(12)与活塞(10)相连，并通过销钉(9)固定。
4.根据权利要求2所述静电纺丝装置，其特征在于，所述活塞(10)上设有密封活塞(10)与喷丝模头(122)内壁的活塞环(11)。
5.根据权利要求1所述静电纺丝装置，其特征在于，所述磁场发生装置(6)包括相互连接的直流电源(46)以及“U”型电磁铁(45)。
6.根据权利要求5所述静电纺丝装置，其特征在于，所述磁场发生装置(6)还设有调节“U”型电磁铁(45)垂直位置的调节装置。
7.根据权利要求6所述静电纺丝装置，其特征在于，所述调节装置为滑轨滑槽调节结构。
8.根据权利要求6所述静电纺丝装置，其特征在于，所述调节装置为螺纹调节结构。
9.根据权利要求1所述静电纺丝装置，其特征在于，所述原料输送装置(4)包括料桶(1)、原料输送管(2)以及安装在原料输送管(2)上的单向阀(3)，所述料桶(1)通过原料输送管(2)与喷丝模头(122)相连，所述料桶(1)与原料输送管(2)连接的一端高于喷丝模头盖板(121)所处的位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Xu Lan Inventor after: Wang Liang Inventor after: He Jihuan Inventor after: Wang Wenli Inventor after: Wang Yan Inventor after: Wang Qiming Inventor before: Xu Lan Inventor before: Wang Liang Inventor before: He Jihuan |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: XU LAN WANG LIANG HE JIHUAN TO: XU LAN WANG LIANG HE JIHUAN WANG WENLI WANG YAN WANG QIMING |
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| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: Suzhou City, Jiangsu Province, Xiangcheng District Jinan Road No. 8 Patentee after: Soochow University Address before: 215123 Suzhou Industrial Park, Jiangsu Road, No. 199 Patentee before: Soochow University |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120919 Termination date: 20150609 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |