CN104060336A - 多喷头静电纺丝装置 - Google Patents

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惠宇娜
蒋敏海
蒋含忆
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Abstract

本申请公开了一种多喷头静电纺丝装置，包括多个喷丝头、收集装置和高压电源，所述每个喷丝头沿其轴线方向设有纺丝液流道，所述纺丝液流道的四周开设有热空气流道，所述热空气流道连通于气泵，所述气泵和热空气流道之间设置有加热装置。本发明在纺丝液流道的四周开设有热空气流道，通过热空气流道的拉伸作用可以进一步降低纤维的直径，改善静电纺丝过程的不稳定性，引导纤维的着落方向，并且可以提高静电纺丝工艺的效率。利用气流拉伸和静电力的拉伸的共同作用，提高了纳米纤维制备的可控性和产量，相对于标准电纺技术，产量提高几倍至几十倍。

Description

多喷头静电纺丝装置
技术领域
本申请属于纺织领域，具体涉及一种多喷头静电纺丝装置。
背景技术
静电纺丝技术是目前制备超细纤维和纳米纤维最直接也是最基本的方法之一，由静电纺丝技术制备的纳米纤维具有超高的比表面积、极大长径比、高表面活性、优越的机械性能(高强高韧)等特点，在纺织工程、环境工程、生物科技、医疗与卫生健康、能源贮存、军事与反恐安全等不同领域都具有十分广阔的应用前景。随着静电纺丝技术研究的不断深入，目前己经有几十种聚合物成功通过静电纺丝技术制备超细纤维，制备的超细纤维直径一般在几十纳米至一微米之间，纺丝条件适当时纤维直径可达1纳米。静电纺丝法制备超细纤维的基本原理可以简单概括为，聚合物溶液或熔体在高压静电场中电场力的作用下，从毛细管或者气泡的末端形成射流飞向接收装置，射流在到达接收装置的过程中产生高度拉伸，纤维变细，同时溶液中的溶剂蒸发或是熔体固化，最后纤维沉积在接收装置上。
对于直列式多喷头的静电纺丝装置，在多个喷丝头同时纺丝的过程中，电场强度小于单个喷丝头单独工作时的大小，同时各并列排布的喷丝头的电场强度大小也不相同，喷丝头之间还存在互扰现象。
另外，现有的静电纺丝装置，纺丝液从喷丝头喷出时，纤维的直径比较大，而且喷出的纤维的着落方向难控制，纺丝效率比较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多喷头静电纺丝装置，以克服现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请实施例公开了一种多喷头静电纺丝装置，包括多个喷丝头、收集装置和高压电源，所述每个喷丝头沿其轴线方向设有纺丝液流道，所述纺丝液流道的四周开设有热空气流道，所述热空气流道连通于气泵，所述气泵和热空气流道之间设置有加热装置。
优选的，在上述的多喷头静电纺丝装置中，还包括辅助电极，所述高压电源连接于所述辅助电极，所述辅助电极与所述收集装置呈板对板设置，所述辅助电极上镂空设有与所述喷丝头数量相同的圆形孔，所述每个喷丝头对应设置于一圆形孔内。
优选的，在上述的多喷头静电纺丝装置中，所述喷丝头位于所述圆形孔的中间位置。
优选的，在上述的多喷头静电纺丝装置中，所述喷丝头管口的最前端平齐于所述辅助电极靠近收集装置的表面。
优选的，在上述的多喷头静电纺丝装置中，所述收集装置包括导轨、滑动于所述导轨上的滑板、安装于所述滑板上的两个导杆、以及固定于所述两个导杆之间的收集板。
优选的，在上述的多喷头静电纺丝装置中，所述喷丝头与收集板之间的间距为100～500mm。
优选的，在上述的多喷头静电纺丝装置中，所述静电纺丝装置还包括升降支架，所述升降支架安装于所述辅助电极和喷丝头的下方。
优选的，在上述的多喷头静电纺丝装置中，所述静电纺丝装置还包括步进电机，所述步进电机安装于所述辅助电极和喷丝头的下方。
优选的，在上述的多喷头静电纺丝装置中，所述多个喷丝头直线式排列。
优选的，在上述的多喷头静电纺丝装置中，所述圆形孔的直径小于或等于40mm；所述辅助电极的宽度为500～600mm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明通过辅助电极上的多个圆形孔对喷丝头进行有效隔离，达到平衡工作电场的效果，从而提高纺丝效率，改善纺丝质量。
(2)本发明在纺丝液流道的四周开设有热空气流道，通过热空气流道的拉伸作用可以进一步降低纤维的直径，改善静电纺丝过程的不稳定性，引导纤维的着落方向，并且可以提高静电纺丝工艺的效率。利用气流拉伸和静电力的拉伸的共同作用，提高了纳米纤维制备的可控性和产量，相对于标准电纺技术，产量提高几倍至几十倍。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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所示为本发明具体实施例中多喷头静电纺丝装置的原理示意图；
图2所示为本发明具体实施例中喷丝头的剖视图。
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。
参图1所示，静电纺丝装置包括多个喷丝头1、收集装置2、辅助电极3和高压电源4。
多个喷丝头1呈直列式排布，喷丝头1包括注射器11以及与注射器11相连的注射泵12。
收集装置2包括导轨21、滑动于导轨21上的滑板22、安装于滑板上且沿竖直方向延伸的两个导杆23、以及固定于两个导杆23之间的收集板24。滑板22垂直于导轨21，并可沿导轨21作远离或接近辅助电极3移动。收集板24连接于高压电源4。
辅助电极3与收集板24呈板对板设置，在喷丝头1对应的极板的位置，以喷丝头1为圆心镂空设有圆形孔31，喷丝头1置于圆形孔31的中间位置，喷丝头1管口最前端平齐于辅助电极3靠近收集板24的表面。辅助电极3电性连接于高压电源4。
辅助电极3和喷丝头1的下方还安装有升降支架5，升降支架5用以驱动辅助电极3和喷丝头1上升或下降。
辅助电极3和喷丝头1的下方还安装有步进电机6，步进电机6用以驱动辅助电极3和喷丝头1沿接近或远离收集板24的方向移动。
进一步地，圆形孔31的直径小于等于40mm。
进一步地，喷丝头1与收集板24之间的间距优选为100mm至500mm。
进一步地，辅助电极3的宽度优选为500mm至600mm。
进一步地，喷丝头1的管口还可以突出于所述辅助电极3的表面，但是不超过辅助电极3表面的1.5mm。
本发明在设置辅助电极之后，工作电场的均匀性显著提高，各喷丝头的电场强度大小和变化趋势基本一致，从而提高了纺丝效率，改善了纺丝质量。
参图2所示，每个喷丝头1沿其轴线方向开设有纺丝液流道13，纺丝液流道13的四周开设有热空气流道14，热空气流道14与气泵连通，气泵与热空气流道之间还设置有加热装置。
在纺丝液流道的四周开设有热空气流道，通过热空气流道的拉伸作用可以进一步降低纤维的直径，改善静电纺丝过程的不稳定性，引导纤维的着落方向，并且可以提高静电纺丝工艺的效率。利用气流拉伸和静电力的拉伸的共同作用，提高了纳米纤维制备的可控性和产量，相对于标准电纺技术，产量提高几倍至几十倍。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种多喷头静电纺丝装置，其特征在于，包括多个喷丝头、收集装置和高压电源，所述每个喷丝头沿其轴线方向设有纺丝液流道，所述纺丝液流道的四周开设有热空气流道，所述热空气流道连通于气泵，所述气泵和热空气流道之间设置有加热装置。
2.根据权利要求1所述的多喷头静电纺丝装置，其特征在于：还包括辅助电极，所述高压电源连接于所述辅助电极，所述辅助电极与所述收集装置呈板对板设置，所述辅助电极上镂空设有与所述喷丝头数量相同的圆形孔，所述每个喷丝头对应设置于一圆形孔内。
3.根据权利要求1所述的多喷头静电纺丝装置，其特征在于：所述喷丝头位于所述圆形孔的中间位置。
4.根据权利要求1所述的多喷头静电纺丝装置，其特征在于：所述喷丝头管口的最前端平齐于所述辅助电极靠近收集装置的表面。
5.根据权利要求1所述的多喷头静电纺丝装置，其特征在于：所述收集装置包括导轨、滑动于所述导轨上的滑板、安装于所述滑板上的两个导杆、以及固定于所述两个导杆之间的收集板。
6.根据权利要求5所述的多喷头静电纺丝装置，其特征在于：所述喷丝头与收集板之间的间距为100～500mm。
7.根据权利要求1所述的多喷头静电纺丝装置，其特征在于：所述静电纺丝装置还包括升降支架，所述升降支架安装于所述辅助电极和喷丝头的下方。
8.根据权利要求1所述的多喷头静电纺丝装置，其特征在于：所述静电纺丝装置还包括步进电机，所述步进电机安装于所述辅助电极和喷丝头的下方。
9.根据权利要求1所述的多喷头静电纺丝装置，其特征在于：所述多个喷丝头直线式排列。
10.根据权利要求1所述的多喷头静电纺丝装置，其特征在于：所述圆形孔的直径小于或等于40mm；所述辅助电极的宽度为500～600mm。
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