CN103510165A

CN103510165A - 一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置

Info

Publication number: CN103510165A
Application number: CN201310359623.3A
Authority: CN
Inventors: 杨卫民; 李好义; 李小虎; 陈宏波; 钟祥烽; 丁玉梅
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2013-08-16
Filing date: 2013-08-16
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2033-08-16
Also published as: CN103510165B

Abstract

本发明公开了一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置，由辊筒、加热棒、螺旋翅片、电滑环、温度传感器、线性带孔电极板、接收网板、抽风装置、静电发生器、保温储槽和电机组成；辊筒表面缠绕整体散热螺旋翅片，翅片采用储槽式流道设计，螺旋翅片表面可采用圆弧型凸起和凹入设计，线性带孔电极板和接收网板均与静电发生器的正极相连，带孔电极和接收装置安装于辊体的上面，可在框架内上下移动以实现不同的电极间距调整，抽风装置安装于整个装置的最上端，电机通过链轮形式带动辊筒旋转。本发明采用整体螺旋翅片缠绕在辊筒上的方式，不会产生堵塞，翅片表面有流道设计，可实现熔体二次分流作用，且通过此装置可形成多股的喷射流，满足了产业化的需求。

Description

一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置

技术领域

本发明涉及一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置，属于静电纺丝领域。

背景技术

自1934年，Formalas发明了用静电力制备聚合物纤维的实验装置并申请了专利后，静电纺丝便以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点，引起了世界科学工作者广泛的关注,目前已有三十多种聚合物通过此方法成功制得超细纤维。

静电纺丝技术是利用高压静电场使聚合物溶液或熔体带电并产生形变，在喷头末端形成一个锥形（Taylor锥）,当液滴表面的电荷斥力超过其表面张力时，在液滴表面就会形成高速喷射流,最终沉积在接收极板上，形成超细纳米纤维。静电纺丝分为溶液静电纺丝和熔体静电纺丝。溶液电纺装置虽然简单、可纺种类较多，但由于溶剂挥发易造成环境污染等问题受到诸多限制；而熔体电纺不需要利用溶剂，因此避免了溶液电纺存在的一些问题。

为了适应工业化需求，提高纺丝的产量，研究者对纺丝装置做了大量改进和创新。其中，最早由美国申请了数个多喷头式静电纺丝装置的专利，但由于它们都是针头式喷头，针头容易堵塞且相互之间会有干扰。捷克的“纳米蜘蛛”（中国专利200480025691.5）采用辊筒式喷丝，解决了针头式喷头堵塞等问题，满足了产业化的需求，但它对纺丝液的要求苛刻,静电纺丝所需要的电场强度很大，纺丝装置结构也比较复杂,纺丝工艺要求高,而且圆筒上的薄膜极易越来越厚,不利于Taylor锥的形成。上述这些都是针对溶液静电纺丝而设计的，始终解决不了溶剂挥发等问题，如何实现熔体纺丝批量化生产是当前一大难题。

发明内容

本发明以提高熔体静电纺丝纤维产量为目标，基于熔体微分原理，提出一种无喷针螺旋式带沟槽结构的自加热辊子纺丝装置，并结合线性带孔电极板和冷气流抽吸，实现了熔体静电纺丝的批量制备，避免了以往单喷针设备产量低，纤维细度较粗的缺陷，具有维护简单，易产业化扩展等优势。辊筒部分采用内置加热棒的新方法，加热装置与辊筒融为一体，制作简单，生产过程中参数稳定。

实现上述目的的方案是：一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置，由辊筒、加热棒、螺旋翅片、电滑环、温度传感器、线性带孔电极板、接收网板、抽风装置、静电发生器、框架、保温储槽和电机组成。辊筒通过轴承固定在辊筒支架上，加热棒置于辊筒的中心，以保证辊体表面温度均匀一致，温度传感器置于辊体内部，以控制辊体表面温度。辊筒表面缠绕整体散热螺旋翅片，翅片采用储槽式流道设计以保证纺丝过程中翅片上所粘附的物料充足，螺旋翅片表面可采用圆弧型凸起和凹入设计，以利于形成喷射流。线性带孔电极板和接收网板均与静电发生器的正极相连，带孔电极和接收装置安装于辊体的上面，可在框架内上下移动以实现不同的电极间距调整，抽风装置安装于整个装置的最上端，电机通过链轮形式带动辊筒旋转。

本发明一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置，采用线性带孔电极板，纺丝发生时，整个圆筒上会形成一条射流，故将带孔电极板中间的孔做成线性，使射流能够正常通过；同时为了避免射流粘附在带孔极板上，在开孔处的侧面并列排布一系列柱状形孔洞，环向周围加吹风装置，风速大小可控。

本发明一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置，采用整体螺旋翅片缠绕于辊筒表面，螺旋翅片表面可采用圆弧型凸起和凹入设计，同时为了能保证纺丝过程中翅片上所粘附的物料充足，采用储槽式流道设计，在螺旋表面布有均布的小室，这些小室前后连通，当某一小室旋转到物料储槽时，便会有熔体进入到小室内，在其旋转到上端的过程中，小室的熔体便会流出到达螺旋翅片表面，进而在电场力作用下拉伸产生射流。

本发明一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置，采用双电极拉伸，线性带孔电极板和接收网板均接正向高压静电，线性带孔电极板的电压范围为0-70kv，接收网板的电压范围为10-80kv。线性带孔电极板和接收网板均采用圆弧型设计，和螺线的圆柱轮廓平行，保证螺线上对应弧段电场分布均匀，增加各弧段射流根数。

本发明一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置，采用自加热辊子结构，加热棒置于辊体中心，以保证辊体表面温度均匀，加热棒引线通过辊体中心轴穿出与轴端电滑环相连，使辊体能够正常旋转。

本发明一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置，熔体储槽采用保温设计，整个辊筒只露出能够产生喷射流的一部分，且储槽外壁采用加热装置，由进料机构连续供给物料。

本发明一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置，它突破传统的喷头式思维，采用整体螺旋翅片缠绕在辊筒上的方式，不会产生堵塞，翅片表面有流道设计，可实现熔体二次分流作用，且通过此装置可形成多股的喷射流，满足了产业化的需求。

附图说明

图1本发明一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置正面示意图；

图2本发明一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置侧面示意图；

图3本发明一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置的螺旋翅片表面-圆弧型凸起的示意图；

图4本发明一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置的螺旋翅片表面-圆弧型凹入的示意图；

图5本发明一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置的螺旋翅片表面-三角形凸起的示意图；

图6本发明一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置的螺旋翅片带有储槽式流道的示意图；

图7本发明一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置的带孔电极板示意图

图8本发明一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置的接收网板示意图

图9本发明一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置的保温储槽示意图

图中：1-辊筒；2-加热装置；3-散热螺旋翅片；4-辊筒支架；5-熔体或溶液储槽；6-电滑环；7-线性带孔电极；8-接收网板；9-静电发生器；10-温度传感器；11-抽风装置；12-电机；13-框架；14-链轮；15-螺旋翅片表面沟槽，16-进料机构。

具体实施方式

本发明提出一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置。装置示意图如图1和图2所示，该装置包括辊筒1、可给辊筒进行加热的加热装置2、缠绕在辊筒上的整体散热螺旋翅片3、辊筒支架4、熔体或溶液储槽5、电滑环6、线型带孔电极7、接收装置8、静电发生器9、检测辊筒温度的温度传感器10、抽风装置11、带动辊筒旋转的电机12、框架13、链轮14、均布于螺旋片表面沟槽15和进料机构16。辊筒1通过轴承固定在辊筒支架4上，加热棒2置于辊筒1的中心，以保证辊体表面温度均匀一致，加热棒引线通过辊体中心轴穿出与轴端电滑环6相连，使辊筒1能够正常旋转。整体散热螺旋翅片3缠绕于辊筒1的表面，温度传感器10置于辊体内部，以控制辊体表面温度，电滑环6置于辊轴一端的外边缘，用来连接加热装置和传感器的引线，线性带孔电极板7和接收网板8均与静电发生器9的正极相连，带孔电极板7和接收网板8安装于框架13的上端，可在框架内上下移动以实现不同的电极间距，抽风装置11置于整个装置的最上端，电机12通过链轮14带动辊筒1旋转。

由于熔体需要加热，为了保证熔体的温度，储槽5采用保温设计，整个辊筒1只露出能够产生喷射流的一部分（如图9所示），且储槽外壁采用加热装置，由进料机构16连续供给物料。调节带电极板7和接收网板8的电压和间距，使螺旋翅片形成喷射流，此时在整个圆筒上会形成一条线性射流，故将带孔极板7中间的孔做成线性的（如图7所示），使射流能够正常通过，为了避免射流粘附在带孔极板上，在开孔处的侧面排布柱状形小空腔（如图8所示），加上吹风装置，风速大小可控。螺旋翅片表面可采用圆弧型凸起和凹入等设计，实施方式如图3、图4及图5不等，同时为了能保证纺丝过程中翅片上所粘附的物料充足，可采用储槽式流道设计，如图6所示，在螺旋表面布有均布的沟槽15，这些沟槽前后连通，当某一沟槽旋转到物料储槽5时，便会有熔体进入到槽内，在其旋转到上端的过程中，槽内的熔体便会流出到达螺旋翅片表面，进而在电场力作用下拉伸产生射流。

一个具体实施例如图1、2、7、8、9所示，采用螺杆挤出机以3kg/h向储槽5连续供给低粘度聚丙烯熔体，电机12在30r/min下通过链轮14带动辊筒1转动，聚丙烯熔体流动指数为1500g/10min，辊筒1外径为100mm，辊筒长度为250mm，螺旋片螺距为10mm，表面导流槽宽为2mm宽，槽长为5mm，槽间距为5mm，温度传感器10控制加热温度为220℃，经过1min的连续制备可在接收网板8上得到30g的纳米纤维，纤维直径可达500-1600nm。

Claims

1.一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置，其特征在于：由辊筒、加热棒、螺旋翅片、电滑环、温度传感器、线性带孔电极板、接收网板、抽风装置、静电发生器、框架、保温储槽和电机组成，辊筒通过轴承固定在辊筒支架上，加热棒置于辊筒的中心，温度传感器置于辊体内部，加热棒引线通过辊体中心轴穿出与轴端电滑环相连，辊筒表面缠绕整体散热螺旋翅片，翅片采用储槽式流道设计，在螺旋表面布有均布的小室，这些小室前后连通；线性带孔电极板和接收网板均与静电发生器的正极相连，带孔电极和接收装置安装于辊体的上面，可在框架内上下移动，抽风装置安装于整个装置的最上端，电机通过链轮形式带动辊筒旋转。

2.根据权利要求1所述的一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置，其特征在于，螺旋翅片表面采用圆弧型凸起、圆弧型凹入或三角形凸起设计。

3.根据权利要求1所述的一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置，其特征在于，中间的孔做成线性，在开孔处的侧面并列排布一系列柱状形孔洞，环向周围加吹风装置。

4.根据权利要求1所述的一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置，其特征在于，翅片采用的储槽式流道设计为在螺旋表面布有均布的沟槽。

5.根据权利要求1所述的一种线性带孔电极熔体静电纺丝装置，其特征在于，熔体储槽采用保温设计，整个辊筒只露出能够产生喷射流的一部分，且储槽外壁采用加热装置，由进料机构连续供给物料。