CN103361746A - 一种熔融静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

一种熔融静电纺丝装置，涉及一种静电纺丝装置。包括电动机、料筒、搅拌器、抽气泵、夹套、出料管、纺丝泵、高压油管、喷头、喷嘴、上供油装置、下供油装置、上料筒温度传感器、下料筒温度传感器、喷头温度传感器、喷头加热器、控制箱和高压电源；电动机设于料筒顶部，搅拌器设于料筒内，抽气泵设于料筒外部且与料筒内腔连通，夹套设于料筒外部，夹套与料筒外壁之间形成上夹腔和下夹腔，上夹腔设有上热油进口和上热油出口，下夹腔设有下热油进口和下热油出口，喷嘴设于喷头出口，上料筒温度传感器设于料筒内壁，下料筒温度传感器设于夹套内壁，喷头温度传感器设于喷头内，喷头加热器设于喷头内。可改善纤维直径和形貌、有效提高纺丝质量。

Description

一种熔融静电纺丝装置

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝装置，尤其是涉及一种熔融静电纺丝装置。

背景技术

静电纺丝是一种制备纳米纤维简单有效的方法，原理是：聚合物溶液或熔体在高压静电场的作用下形成泰勒锥。当电场力逐渐增大，聚合物液滴克服表面张力形成射流，射流在喷射过程中被拉伸细化，直至变形为超细纤维汇集到收集器。溶液静电纺丝虽然过程简单、可以纺出细至几十纳米的纤维，但是其溶剂的挥发会导致纤维表面不光滑以及纺丝产量低等问题。而熔融静电纺丝不使用溶剂，它是通过加热设备使熔体处于熔融状态下进行静电纺丝，排除了溶剂对纺丝过程的影响，凸显出其与溶液静电纺丝相比对环境更友好、成本更低、易于工业化的优势（[1]邓荣坚．熔体静电纺丝法制备微纳米纤维的实验研究[D]．北京：北京化工大学，2009）。

传统的熔融静电纺丝装置一般为直筒式料筒，料筒外设有一段式加热设备，活塞将熔体挤出喷嘴，在电场力作用下形成射流（[2]邓亮．熔体静电纺丝超细纤维的成型及下落取向研究[D]．北京：北京化工大学，2012）。使用传统装置进行电纺时，熔体夹杂气泡，而活塞和料筒又形成密闭空间，物料产生的气体无法及时排出，气体则从喷嘴排出，势必影响纤维直径和形貌。所以熔融静电纺丝需要一个减少气泡生成的装置。此外，采用传统的一段式电加热圈进行供热，远离喷嘴处的熔体则长期处于熔融温度以上，极易造成熔体降解，影响熔体的后续电纺，所以熔融静电纺丝过程需要合理的温度场。

发明目的

本发明的目的是提供一种可显著减少熔体气泡产生、避免熔体降解、保证静电纺丝料筒温度的合理分布，从而改善纤维直径和形貌、有效提高纺丝质量的熔融静电纺丝装置。

本发明包括电动机、料筒、搅拌器、抽气泵、夹套、出料管、纺丝泵、高压油管、喷头、喷嘴、上供油装置、下供油装置、上料筒温度传感器、下料筒温度传感器、喷头温度传感器、喷头加热器、控制箱和高压电源；

电动机设于料筒顶部，搅拌器设于料筒内，搅拌器上部与料筒上端密封转动配合，电动机与搅拌器联动连接，抽气泵设于料筒外部且与料筒内腔连通，夹套设于料筒外部，夹套与料筒外壁之间形成上夹腔和下夹腔，上夹腔设有上热油进口和上热油出口，下夹腔设有下热油进口和下热油出口，出料管上端与料筒底部连通，出料管下端接纺丝泵进口，纺丝泵出口通过高压油管接喷头进口，喷嘴设于喷头出口，上供油装置出口接上热油进口，下供油装置接下热油进口，上料筒温度传感器设于料筒内壁，下料筒温度传感器设于夹套内壁，喷头温度传感器设于喷头内，喷头加热器设于喷头内，喷头温度传感器、上料筒温度传感器和下料筒温度传感器均与控制箱输入端电连接，控制箱输出端分别与上供油装置、下供油装置和喷头加热器电连接，高压电源正极与收集装置电连接，高压电源负极接地，喷嘴接地。

所述电动机输出轴最好经减速箱与搅拌器上端连接。

所述搅拌器上部与料筒上端最好通过具有密封功能的填料箱密封转动配合，所述填料箱由填料压盖、填料和填料箱体构成。

所述料筒最好设有料筒压盖。

所述搅拌器最好选用锚式搅拌器。

与现有技术比较，本发明的工作原理及有益效果如下：

静电纺丝时，熔体从料筒，流经出料管、纺丝泵、高压油管，最后从喷头、喷嘴流出，形成射流，汇集到收集器。所述搅拌器的作用是溶解物料，分散固体粉末，强化传热过程，并且有助于料筒排出气泡，并可去除料筒壁沉积物。搅拌器增加了垂直方向上的搅动作用，有助于气泡从熔体溢出，进而被抽气泵抽离料筒。所述填料箱的作用是密封，可避免出现漏气漏料现象，从而避免影响静电纺丝的进行，及危害人体的健康。由于随着料筒温度升高，会有气体从原料颗粒间隙中溢出，所述的抽气泵的作用是可不断地将气体抽出，以免产生的气体从出料管口排出，影响电纺进行。所述的夹套的作用是可以减少装置的热损耗。夹套与料筒两者构成储存热油的上下2个腔室，可分别通过上供油装置和下供油装置供油，实现分段式料筒供热。更好地满足要求，为熔体提供合适的熔化温度。所述料筒采用油浴加热，可以根据不同的实验温度要求，采用不同的加热介质，如硅油、豆油等。熔融静电纺丝过程中熔体流动需要合理的温度场，若采用传统一段式加热圈供热，处于料筒上端的熔体将长时间处于熔融温度以上，极易造成熔体降解，影响熔体的后续电纺。所以本装置采用分段式加热，料筒上端温度设定在熔融温度以下，起到预热作用，而料筒下端温度设定在实验所要求的熔融温度，那么熔体只会在料筒下端受到强热，有效防止物料的降解。采用油浴加热，能够对料筒均匀加热，可控性强。所述的纺丝泵，其作用是精确计量，向喷嘴处均匀而连续地输送熔体，并产生一定的工作压力，确保熔体顺利地输向喷头进行电纺。所述的出料管，其材料与高压油管一样，可以对熔体保温，以免熔体在进入纺丝泵时过早固化。所述的喷头，设有喷头加热器、喷头温度传感器，喷头加热器用于喷头的加热，喷头温度传感器可检测喷头的温度，并向控制器发送温度信息。喷嘴通过导线接地。所述的控制箱，通过上料筒温度传感器测量料筒上端的温度，并将温度值反馈到控制箱，控制箱控制上供油装置的加热系统改变油温，使料筒上端在设定的温度下工作。通过下料筒温度传感器测量料筒下端的温度，并将温度值反馈到控制箱，控制箱控制下供油装置的加热系统改变油温，使料筒下端在设定的温度下工作。通过喷头温度传感器测量喷头的温度，并将温度值反馈到控制箱，控制箱控制喷头加热器加热喷头，使喷头在设定的温度下工作。

附图说明

图1为本发明实施例结构示意图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1，本发明实施例设有电动机19、料筒13、搅拌器14、抽气泵18、夹套12、出料管8、纺丝泵7、高压油管6、喷头3、喷嘴2、上供油装置25、下供油装置29、上料筒温度传感器26、下料筒温度传感器27、喷头温度传感器4、喷头加热器5、控制箱30和高压电源31。电动机19设于料筒13顶部，料筒13设有料筒压盖16。搅拌器14设于料筒13内，搅拌器14选用锚式搅拌器。所述搅拌器14上部与料筒13上端通过具有密封功能的填料箱密封转动配合，所述填料箱由填料压盖21、填料22和填料箱体23构成。所述电动机19输出轴经减速箱20与搅拌器14上端连接。抽气泵18设于料筒13外部且与料筒13内腔连通。夹套12设于料筒13外部，夹套12与料筒13外壁之间形成上夹腔和下夹腔。上夹腔设有上热油进口24和上热油出口10，下夹腔设有下热油进口28和下热油出口9。出料管8上端与料筒13底部连通，出料管8下端接纺丝泵7进口。纺丝泵7出口通过高压油管6接喷头3进口。喷嘴2设于喷头3出口。上供油装置25出口接上热油进口24，下供油装置29接下热油进口28。上料筒温度传感器26设于料筒13内壁，下料筒温度传感器27设于夹套12内壁。喷头温度传感器4设于喷头3内。喷头加热器5设于喷头3内。喷头温度传感器4、上料筒温度传感器26和下料筒温度传感器27均与控制箱30输入端电连接。控制箱30输出端分别与上供油装置25、下供油装置29和喷头加热器5电连接。高压电源31正极与收集装置1电连接，高压电源31负极接地。喷嘴2接地。

图1中的标记11为分隔板，15为固定耳，17为抽气泵18的接头。

Claims (5)

1.一种熔融静电纺丝装置，其特征在于，包括电动机、料筒、搅拌器、抽气泵、夹套、出料管、纺丝泵、高压油管、喷头、喷嘴、上供油装置、下供油装置、上料筒温度传感器、下料筒温度传感器、喷头温度传感器、喷头加热器、控制箱和高压电源；

电动机设于料筒顶部，搅拌器设于料筒内，搅拌器上部与料筒上端密封转动配合，电动机与搅拌器联动连接，抽气泵设于料筒外部且与料筒内腔连通，夹套设于料筒外部，夹套与料筒外壁之间形成上夹腔和下夹腔，上夹腔设有上热油进口和上热油出口，下夹腔设有下热油进口和下热油出口，出料管上端与料筒底部连通，出料管下端接纺丝泵进口，纺丝泵出口通过高压油管接喷头进口，喷嘴设于喷头出口，上供油装置出口接上热油进口，下供油装置接下热油进口，上料筒温度传感器设于料筒内壁，下料筒温度传感器设于夹套内壁，喷头温度传感器设于喷头内，喷头加热器设于喷头内，喷头温度传感器、上料筒温度传感器和下料筒温度传感器均与控制箱输入端电连接，控制箱输出端分别与上供油装置、下供油装置和喷头加热器电连接，高压电源正极与收集装置电连接，高压电源负极接地，喷嘴接地。

2.如权利要求1所述的一种熔融静电纺丝装置，其特征在于，所述电动机输出轴经减速箱与搅拌器上端连接。

3.如权利要求1所述的一种熔融静电纺丝装置，其特征在于，所述搅拌器上部与料筒上端通过具有密封功能的填料箱密封转动配合。

4.如权利要求1所述的一种熔融静电纺丝装置，其特征在于，所述料筒设有料筒压盖。

5.如权利要求1所述的一种熔融静电纺丝装置，其特征在于，所述搅拌器选用锚式搅拌器。

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