CN103696026B - 一种可控式振动静电纺丝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可控式振动静电纺丝装置，属于静电纺丝领域。它主要由加料电机、加热装置、料筒、喷头、接收装置、高压静电发生器、螺杆、温度传感器、压电晶片换能器等组成，加料电机和料筒通过螺栓连接，螺杆上端通过联轴器和加料电机连接，螺杆下端置于料筒中空内，并在下端安装一个控隙体，喷头是通过喷头上侧的双头螺柱用安装螺母安装在料筒的旋转轨道上，步进电机通过齿轮传动使喷头绕着中心轴旋转，在喷头上侧开方形槽，用来安装压电晶片换能器，压电晶片换能器和变频器、功率放大器和脉冲信号源依次连接，高压静电发生器和接收装置连接，温度传感器和温控箱连接。本发明采用压电晶片产生的可控超声波作用于纺丝过程，提高熔体纺丝效率，降低纤维直径，同时旋转喷头速度可控，能够有效提高纺丝纤维的均匀性。
Description
技术领域
一种可控式振动静电纺丝装置，属于静电纺丝领域。
背景技术
振动是自然界常见的现象。在许多情况下，振动是有害的，它会影响机器设备的工作性能与使用寿命，产生噪声和动载荷，严重时可能造成事故。但是，在某些情况下，可以利用振动的原理完成许多工作。例如建筑机械中振动技术的应用就十分普遍，土壤的夯实，桩的沉入和拔出，混凝上的捣固和成型等，再如清洁领域的超声波清洗机等。振动时，颗粒料之间或颗粒料与其它材料之间，相对运动增加，物料的内摩擦显著降低。这时物料具有类似液体的性质，一般称之为液化现象。因此，振动技术的应用十分广泛。
而随着纳米技术得到迅速的发展，静电纺丝作为一种用于制备纳米纤维的方法也越来越受到关注，并不断成熟。而目前静电纺丝设备普遍存在产量低、效率低、纤维不均匀等问题，虽然研究者们不断改进静电纺丝装置和纺丝工艺参数，但收效甚微。
针对以上分析，本发明提出了一种可控式振动静电纺丝装置。将振动技术与静电纺丝技术相结合，在静电纺丝过程中引入超声波振动，能够有效地提高静电纺丝的效率，并且大大地降低纺丝纤维的直径；另外，采用速度可控的旋转喷头，能够有效地实现纺丝纤维的均匀性。这可促进纺丝技术走向产业化和自动化，提高纺丝效率和纤维质量。
发明内容
本发明提出一种可控式振动静电纺丝装置，利用振动技术增强了溶液的振动流动性和分布均匀性，可克服目前静电纺丝装置存在的生产效率相对较低、纺丝纤维不均匀等缺陷，同时还能够提高纤维质量。
本发明采用的技术方案是，一种可控式振动静电纺丝装置，主要由加料电机、加热装置、料筒、喷头、喷头旋转传动装置、旋转轨道、接收装置、高压静电发生器、螺杆、温度传感器、压电晶片换能器和支架等组成。加料电机、加热装置、料筒、喷头、接收装置、高压静电发生器、螺杆、温度传感器、压电晶片换能器等组成的整个纺丝装置都固定于支架上。加料电机由加料电机连接螺栓固定于加料电机固定板上，并通过固定板螺栓与料筒连接，螺杆上端通过联轴器和加料电机连接，螺杆下端置于料筒中空内，并在下端安装一个控隙体，加热装置安装在料筒外部，分两级加热。喷头通过其上侧的双头螺柱由安装螺母安装在料筒的旋转轨道上，步进电机作为动力元件带动齿轮传动使喷头绕着中心轴旋转。喷头上侧开有方形槽，用来安装压电晶片换能器，压电晶片换能器与变频器、功率放大器和脉冲信号源依次连接，变频器、功率放大器和脉冲信号源使压电晶片换能器输出超声能，高压静电发生器和接收装置连接，温度传感器和温控箱连接。
本发明提出了一种可控式振动静电纺丝装置，其控隙体和螺杆是通过螺纹连接，方便拆装更换，且控隙体可更换尺寸，控制控隙体和料筒之间的间隙，从而可以调节流量。
本发明提出了一种可控式振动静电纺丝装置，喷头旋转传动装置包括步进电机、键、双圆螺母、啮合齿轮、轴承、轴、轴承端盖和垫圈，并安装于步进电机安装架上。料筒下端开有形状为T型的旋转轨道，喷头的边缘为齿形，步进电机通过齿轮传动带动齿形喷头旋转，通过螺纹结构固定在喷头上侧的双头螺柱穿过旋转轨道，随着喷头一起沿着旋转轨道转动。双头螺柱上端采用耐磨材料加工的安装螺母固定。通过输入步进电机的脉冲数调节步进电机的转速，本装置还可以采用普通电机，也可通过改变啮合齿轮的齿数比控制喷头旋转速度。本装置通过喷头转速控制和调节以获得更均匀纤维。
本发明提出了一种可控式振动静电纺丝装置，8个均匀分布的压电晶片换能器通过过盈配合安装在喷头上端所开的方型槽中。压电晶片换能器与变频器、功率放大器和脉冲信号源连接，压电晶片换能器产生可控频率和功率的超声波作用于流过喷头内锥面上的熔融聚合物，使熔融聚合物不断振动，增大了其流动性和流动速度，使之均匀分布于喷头上，并在电场力和振动力作用下形成更多泰勒锥，能够有效提高静电纺丝的效率和降低纺丝纤维的直径。
本发明在喷头上引入压电晶片换能器，将可控的超声波作用于熔融聚合物，有效降低聚合物粘度，提高流动性，使得熔融聚合物振动变稀，可降低纤维直径、提高纤维生产效率；同时使喷头实现可控式旋转，有效提高纤维的均匀性，为静电纺丝技术向快速、可控的产业化方向发展，为扩大静电纺丝应用领域奠定了基础。
附图说明
图1是本发明一种可控式振动静电纺丝装置的剖视图。
图2是本发明一种可控式振动静电纺丝装置的喷头和料筒连接处的俯视图。
图3是本发明一种可控式振动静电纺丝装置的旋转轨道的局部放大图。
图4是本发明一种可控式振动静电纺丝装置的喷头的俯视图。
图中：1-加料电机连接螺栓，2-加料电机，3-加料电机固定板，4-联轴器，5-固定板螺栓，6-螺杆，7-料筒，8-支架，9-温度传感器，10-加热装置，11-控隙体，12-安装螺母，13-旋转轨道，14-双头螺柱，15-喷头，16-压电晶片换能器，17-接收装置，18-高压静电发生器，19-键，20-双圆螺母，21-啮合齿轮，22-轴承，23-步进电机安装架，24-轴，25-轴承端盖，26-垫圈，27-步进电机，28-喷头内锥面，29-方形槽。
具体实施方式
本发明提出了一种可控式振动静电纺丝装置，如图1所示，包括加料电机2、联轴器4、加热装置10、温度传感器9、料筒7、喷头15、步进电机27、啮合齿轮21、螺杆6、压电晶片换能器16、接收装置17、高压静电发生器18和支架8，整个纺丝装置固定于支架8上。
加料电机2由加料电机连接螺栓1固定与加料电机固定板3上，并通过固定板螺栓5与料筒7连接。首先将两个加热装置10分别设定在不同温度档，加热到预设温度，温度传感器9检测实际的温度，温控箱调节温度。然后开启加料电机2，加料电机2通过联轴器4带动螺杆6，将聚合物挤压到喷头15，螺杆6下端连接有控隙体11，图中控隙体11为一段圆柱，控隙体11外径与料筒7的内径形成一均匀间隙，可以控制喷头15的内锥面上熔体流量大小。开启传动装置，传动装置包括步进电27、键19、双圆螺母20、啮合齿轮21、轴承22、轴24、轴承端盖25和垫圈26，并安装于步进电机安装架上23。随着步进电机26转动带动啮合齿轮21旋转，通过齿轮传动使由安装螺母12和双头螺柱14连接于料筒7上的齿形喷头15（如图2）围绕料筒7下端的T型旋转轨13旋转，如图3所示。待聚合物达到熔融并流到喷头内锥面28后，开启信号发生源，接通安装于喷头15上侧方形槽29内的压电晶片换能器16，如图4所示，同时设定步进电机27的转速和高压静电发生器18的电压，信号发生源产生的脉冲信号经过变频器和功率放大器处理，将一定频率和功率的脉冲信号作用于压电晶片换能器16，压电晶片换能器16产生的超声波就会作用于流经喷头内锥面28的熔融聚合物上，使熔融聚合物均匀分布于喷头15边缘上，并在电场力作用下形成更均匀、数量更多、体积更小的泰勒锥，随着不断调节增大高压静电发生器18的电压，形式喷射射流，不断细化、拉长、固化，最终落到接收装置17上形成纤维，实现纺丝过程。
Claims (4)
1.一种可控式振动静电纺丝装置，其特征在于：主要由加料电机、加热装置、料筒、喷头、喷头旋转传动装置、旋转轨道、接收装置、高压静电发生器、螺杆、温度传感器、压电晶片换能器和支架组成，加料电机、加热装置、料筒、喷头、接收装置、高压静电发生器、螺杆、温度传感器、压电晶片换能器组成的整个纺丝装置都固定于支架上，加料电机由加料电机连接螺栓固定于加料电机固定板上，并通过固定板螺栓与料筒连接，螺杆上端通过联轴器和加料电机连接，螺杆下端置于料筒中空内，并在下端安装一个控隙体，加热装置安装在料筒外部，分两级加热；喷头通过其上侧的双头螺柱由安装螺母安装在料筒的旋转轨道上，步进电机作为动力元件带动齿轮传动使喷头绕着中心轴旋转；喷头上侧开有方形槽，用来安装压电晶片换能器，压电晶片换能器与变频器、功率放大器和脉冲信号源依次连接，变频器、功率放大器和脉冲信号源使压电晶片换能器输出超声能，高压静电发生器和接收装置连接，温度传感器和温控箱连接；喷头旋转传动装置包括步进电机、键、双圆螺母、啮合齿轮、轴承、轴、轴承端盖和垫圈，喷头旋转传动装置安装于步进电机安装架上，料筒下端开有形状为T型的旋转轨道，喷头的边缘为齿形，步进电机通过齿轮传动带动齿形喷头旋转，通过螺纹结构固定在喷头上侧的双头螺柱穿过旋转轨道，随着喷头一起沿着旋转轨道转动；双头螺柱上端采用耐磨材料加工的安装螺母固定。
2.根据权利要求1所述的一种可控式振动静电纺丝装置，其特征在于：喷头旋转传动装置的步进电机采用普通电机替换，或通过改变啮合齿轮的齿数比控制喷头旋转速度。
3.根据权利要求1所述的一种可控式振动静电纺丝装置，其特征在于：螺杆下端通过螺纹连接有一个控隙体，控隙体可更换尺寸，控制控隙体和料筒之间的间隙。
4.根据权利要求1所述的一种可控式振动静电纺丝装置，其特征在于：8个均匀分布的压电晶片换能器通过过盈配合安装在喷头上端所开的方形槽中。
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