CN103243396A - 电纺制备聚合物纳米纤维的电场管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电纺制备聚合物纳米纤维的电场管理系统，该系统通过有限元的分析方法，将高压静电纺丝的高压电场可控变为现实；具体的是通过解决高压静电纺丝过程中电纺喷管的纺头对纺头的电场干扰问题、溶液射流间的扰动问题以及纤维毡形成过程中纳米纤维的自组织问题。本发明包括至少两个电纺喷管，还包括为电纺喷管提供能量的管理电容和为电纺喷管提供定向且自立的电场力能量的定向硅堆。上述每个管理电容的一端与高压回路地线连接，而每个管理电容的另一端与定向硅堆的一端相连接的同时，并与电纺喷管相连。此外，每个定向硅堆的另一端与高压母线连接。本发明使得整个高压电场稳定可控，能进行连续生产，为高压静电纺丝的产业化提供了重要保障。
Description
技术领域
本发明涉及静电纺丝领域，具体涉及高压静电纺丝的电场管理系统。
背景技术
高压电场的管理本身就是复杂的系统，而在高压静电纺丝(也叫电纺)的过程中，极不均匀的高压电场更加复杂，多参量的离散性和非线性控制，造成无法准确的建立稳定高压静电纺丝电场管理数学模型。
目前的高压静电纺丝很多人都在研究，但是大部分都是在实验室内的小规模研究，使用的喷头(电纺喷管)数也只有1个，最多的也就几十个，做的还不是很稳定，但都没有提出有效的电场管理方案；
电纺制备聚合物纳米纤维的高压电场的特点是电场不均匀，就是电场源很多，且相互干扰，控制参量多、离散耦合复杂和非线性；只有解决高压静电纺丝的高压电场管理问题，才能解决高压静电纺丝的产业化。这里所说的产业化，主要是指能年产100万平方米以上的连续进行高压静电纺丝的设备。
发明内容
本发明针对上述现有技术中的不足，提供了电纺制备聚合物纳米纤维的电场管理系统，该系统通过有限元的分析方法，将高压静电纺丝的高压电场可控变为现实；具体的是通过解决高压静电纺丝过程中电纺喷管的纺头对纺头的电场干扰问题、溶液射流间的扰动问题以及纤维毡形成过程中纳米纤维的自组织问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：电纺制备聚合物纳米纤维的电场管理系统，包括至少两个电纺喷管，还包括为电纺喷管提供能量的管理电容和为电纺喷管提供定向且自立的电场力能量的定向硅堆。
上述每个管理电容的一端与高压母线连接，每个管理电容同时与高压回路地线连接，每个定向硅堆的一端与管理电容连接，每个定向硅堆的另一端与电纺喷管相连。
进一步的是：上述的电场管理系统还包括使电纺喷管的喷射流周围形成归队电场力的两个归队执行板，每个归队执行板连接有定向硅堆，定向硅堆的另一端连接归队电容，归队电容连接在高压回路地线上，归队电容同时还与大地连接。
优选的是：上述归队执行板设置于端部的电纺喷管的两侧，归队执行板之间形成归队电场力。
更进一步的是：上述的电场管理系统还包括控制所述电场喷管左右摆动进行填空扫描的填补措施。
上述的管理电容和归队电容为电容器，所述的定向硅堆为二极管。
本发明的有益效果是：
1、通过为电纺喷管上连接定向硅堆和管理电容，使得电纺喷管的能量不可逆，为单个纺头提供充足的、自立的电场力能量，解决了纺头对纺头的干扰问题，使得每个纺头的电场能量可控；
2、通过进一步设置用于使电纺喷管的喷射流周围形成归队电场力的归队执行板，定向硅堆和归队电容，加大了喷射流周围的定向电场力，使得喷射流的方向稳定可控；
3、通过更进一步增加填补措施，使得利用本电场管理系统的纤维毡的均匀性大大提高，使得纤维束可控；
综上所述，本发明通过将电纺制备聚合物纳米纤维的高压电场通过有限元分析法逐步解决纺头和纺头干扰问题、溶液射流的扰动问题以及纳米纤维自组织问题，使得整个高压电场稳定可控，能进行连续生产，为高压静电纺丝的产业化提供了重要保障。
附图说明
图1为本发明对电场喷管提供定向电场能量的电场管理结构图；
图2为对图1中的电场喷管的喷射流提供归队电场力的电场管理结构图；
图3为未进行填补措施时纤维毡断面厚度误差曲线；
图4为进行填补措施后纤维毡断面厚度误差曲线。
附图标记说明：
1-高压回路地线，2-管理电容，3-定向硅堆，4-电纺喷管，5-归队电容，6-归队执行板。
具体实施方式
下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：
图1示出了本发明的一个实施例，如图所示，本电场管理系统基本的包括多个电纺喷管4，还包括为电纺喷管提供能量的管理电容2和为电纺喷管提供定向且自立的电场力能量的定向硅堆3；所述的管理电容为电容器，所述的定向硅堆可以理解为二极管；
上述每个管理电容2的一端与高压回路地线1连接，而每个管理电容的另一端与定向硅堆3的一端相连接的同时，并与电纺喷管4相连；此外，每个定向硅堆3的另一端与高压母线连接。
上述的电场管理系统，通过在高压静电纺丝过程中，针对纺头对纺头电场互相干扰情况，采取电场管理电容和定向硅堆等元器件，使能量不可逆，为单个纺头提供充足的、自立的电场力能量。
高分子溶液通过电纺喷管纺头形成喷射流，喷射流在运动一定距离后开始出现不稳定现象，不稳定原因是受到多力的作用，如电场力、表面张力、电荷排斥力、重力、纤维内部粘弹力、空气阻力；由于其中电场力是最重要的，也是最大的力，加大和定向电场力可以忽略其他力的作用；
如图2所示，为了加大和定向电场力，上述的电场管理系统还包括使电纺喷管4的喷射流周围形成归队电场力的两个归队执行板6，每个归队执行板6连接有定向硅堆，定向硅堆的另一端连接归队电容5，归队电容5连接在高压母线 上，归队电容5同时还与高压回路地线1连接。
上述归队执行板6设置于端部的电纺喷管的两侧，归队执行板6之间形成归队电场力。如此一来，可以使喷射流按照规定的方向、规定的路线进行运动。
图1和图2中的箭头方向即为电场力的方向。
上述电场管理系统中的纤维束是一束一束的，落到接收器上时是一条一条的，条与条之间是空白的，因此本发明还包括控制所述电场喷管4左右摆动进行填空扫描的填补措施。图3为未采用填补措施时纤维毡断面厚度误差曲线，图4为采用填补措施后纤维毡断面厚度误差曲线；可以看出，采用填补措施后纤维毡的均匀性得到很大的提高。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，一切以本发明的思想为基础进行的在本领域普通技术人员所具备的知识范围内的改进都落在本发明的保护范围内。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (5)
1.电纺制备聚合物纳米纤维的电场管理系统，包括至少两个电纺喷管(4)，其特征在于：还包括为电纺喷管提供能量的管理电容(2)和为电纺喷管提供定向且自立的电场力能量的定向硅堆(3)；
上述每个管理电容(2)的一端与高压回路地线(1)连接，而每个管理电容的另一端与定向硅堆(3)的一端相连接的同时，并与电纺喷管(4)相连；此外，每个定向硅堆(3)的另一端与高压母线连接。
2.如权利要求1所述的电纺制备聚合物纳米纤维的电场管理系统，其特征在于：还包括使电纺喷管(4)的喷射流周围形成归队电场力的两个归队执行板(6)，每个归队执行板(6)连接有定向硅堆，定向硅堆的另一端连接归队电容(5)，归队电容(5)连接在高压回路地线(1)上，归队电容(5)同时还与大地连接。
3.如权利要求2所述的电纺制备聚合物纳米纤维的电场管理系统，其特征在于：所述归队执行板(6)设置于端部的电纺喷管的两侧，归队执行板(6)之间形成归队电场力。
4.如权利要求1-3所述任何一种电纺制备聚合物纳米纤维的电场管理系统，其特征于：还包括控制所述电场喷管(4)左右摆动进行填空扫描的填补措施。
5.如权利要求2或3所述的任何一种电纺制备聚合物纳米纤维的电场管理系统，其特征在于：所述的管理电容(2)和归队电容(5)为电容器，所述的定向硅堆为二极管。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201310133847 CN103243396A (zh) | 2013-04-16 | 2013-04-16 | 电纺制备聚合物纳米纤维的电场管理系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN 201310133847 CN103243396A (zh) | 2013-04-16 | 2013-04-16 | 电纺制备聚合物纳米纤维的电场管理系统 |
Publications (1)
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| CN103243396A true CN103243396A (zh) | 2013-08-14 |
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ID=48923264
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| CN 201310133847 Pending CN103243396A (zh) | 2013-04-16 | 2013-04-16 | 电纺制备聚合物纳米纤维的电场管理系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103818877A (zh) * | 2013-12-19 | 2014-05-28 | 中国兵器工业集团第五三研究所 | 一种借助运动手段取向碳纳米管的方法及装置 |
| CN109325272A (zh) * | 2018-09-05 | 2019-02-12 | 东华大学 | 一种静电纺丝纤网均匀性模拟及计算的方法 |
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2013
- 2013-04-16 CN CN 201310133847 patent/CN103243396A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN103818877A (zh) * | 2013-12-19 | 2014-05-28 | 中国兵器工业集团第五三研究所 | 一种借助运动手段取向碳纳米管的方法及装置 |
| CN103818877B (zh) * | 2013-12-19 | 2016-03-02 | 中国兵器工业集团第五三研究所 | 一种借助运动手段取向碳纳米管的方法 |
| CN109325272A (zh) * | 2018-09-05 | 2019-02-12 | 东华大学 | 一种静电纺丝纤网均匀性模拟及计算的方法 |
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130814 |