CN104328514B - 一种真空离心静电纺丝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空离心静电纺丝装置，它主要由传动、加料、加热、密封、喷丝、收集、温控、箱体八大系统组成，适用于熔体或溶液离心静电纺丝。传动系统驱动喷丝装置高速运动，接收装置接有高压电源，加热装置加热聚合物颗粒，熔体储存于喷丝装置中，红外测温仪通过发射红外射线测温，并反馈给加热系统以控制纺丝温度，在离心力和静电力的作用下，熔体被纺出，在收集装置上形成纳米级的纤维。整个纺丝过程中，传动装置、加料装置以及磁流体密封装置位于防护箱体中；加热装置、喷丝装置、收集装置以及温控装置位于真空箱中。本发明能确保真空环境下射流不存在扰动，实现更稳定地制备出更高性能、更高质量的纳米纤维。
Description
技术领域
本发明属于静电纺丝研究领域，具体涉及一种喷丝装置和收集装置均位于真空箱中的离心静电纺丝装置。
背景技术
纳米纤维具有良好的性能，可以广泛应用在医学、过滤器、传感器以及日常生活领域当中。目前纳米纤维的制备方法有：干湿法纺丝、静电纺丝、离心纺丝、分子喷丝板纺丝、激光高温烧灼纺丝等。静电纺丝法由于其装置简单、操作方便、成本低廉等优点被认为是制作大量连续纳米纤维最有效的方法。静电纺丝分为溶液静电纺丝和熔体静电纺丝。溶液静电纺丝因条件温和，设备简单，所得纤维较细而得到广泛研究。但该法纺丝效率低，溶剂挥发易造成环境污染，因而越来越多的科学家开始研究熔体静电纺丝。由于在熔体静电纺丝过程中，熔体粘度大、热量散失迅速等原因，致使所得纤维较粗、纤维结晶度降低。针对这一现象，本发明设计了一种真空离心静电纺丝装置，以满足制备更高性能、更高标准纳米纤维的要求。
发明内容
本发明提出了一种真空条件下，结合离心力和静电力，进行熔体或溶液纺丝的装置。
本发明提出的一种真空离心静电纺丝装置，主要由传动、加料、加热、密封、喷丝、收集、温控、箱体八个系统组成。传动系统由一台伺服电机（4）、一对圆齿轮、轴承、隔板（6）、空心主轴（15）组成，大齿轮（5）安装在伺服电机输出轴上，小齿轮（13）通过圆头平键（12）安装在空心主轴上并与大齿轮啮合。伺服电机与空心主轴由深沟球轴承（9）与轴承端盖（7）通过内六角圆柱头螺钉紧固在隔板上，隔板通过普通螺钉固定在防护箱体内。空心主轴为空心轴，以满足加料要求；并为阶梯轴，以满足其他零件的定位要求。伺服电机与大小齿轮均置于防护箱体（16）内。加料系统采用漏斗（10）供料。漏斗通过螺纹旋入防护箱盖，使漏斗下端伸入空心主轴以实现加料。加热系统采用电磁加热盘（3），将电磁线圈紧固在金属块上加热。电磁加热盘安装在空心主轴外壁上，加热盘上端面与真空箱体（1）顶部紧密贴合以提供密封并置于真空箱体内。密封系统分为静密封和动密封两大模块。真空箱体的打开装置和箱体之间的密封以及真空箱体与抽气口（1-2）连接的密封，采用O型橡胶密封圈静密封。高速旋转的空心主轴和真空箱体的连接，采用磁流体（14）动密封。磁流体下端面与电磁加热盘端面紧密贴合以实现密封。磁流体的磁性液体在外加磁场的作用下承受压力差流动以实现密封功能。真空箱体与磁流体座的联接采用内六角圆柱头螺钉联接。喷丝系统（2）与空心主轴通过螺纹联接，悬置于真空箱体中电磁加热盘的正下方。喷丝系统由上下两喷丝盘通过螺钉连接形成内部中空的喷丝体（2-2），喷丝头（2-1）与喷丝体通过焊接连接，喷丝头采用偶数个喷丝口，两两相对，均匀地排列在喷丝头上，喷丝口直径根据需要选择相同或不同。工作时，如果用其中的一对喷丝口进行纺丝，其他的喷丝口用堵针（图2）堵住。收集系统由绝缘收集盘（19）与金属收集筒（17）组成。绝缘收集盘与金属收集筒置于真空箱体中喷丝系统的正下方。温控系统为红外测温仪（18），通过红外测温仪发射红外射线测量温度，并反馈给加热系统，红外测温仪安装在绝缘收集盘上。箱体系统由防护箱体和真空箱体组成，上层为金属防护箱体，防护箱体左右箱盖（8,11）与防护箱体通过铰链连接，在左右箱盖顶部开设有一足以让漏斗下口通过的孔；下层为金属真空箱体，金属真空箱体箱门由有机玻璃做成，便于观察纺丝情况。在真空箱体顶部开设一个足以通过磁流体密封装置的孔，采用磁流体密封以保证真空箱体中的真空度。该装置主要适用于真空条件下的离心熔体静电纺丝，但不开启加热装置时，也能进行离心溶液静电纺丝。在真空条件下实现更稳定地制备出更高性能、更高质量的纳米纤维。
附图说明
图1 本发明真空静电纺丝装置喷丝系统示意图
图2 本发明喷丝系统堵针示意图
图3 本发明空心主轴示意图
图4 本发明箱体示意图
图5 本发明真空静电纺丝装置装配示意图
图中: 1.真空箱体；1-1.锁紧扣；1-2.抽气口；2.喷丝系统；2-1.喷丝头；2-2.喷丝体；3.电磁加热盘；4.伺服电机；5.大齿轮；6.隔板；7.轴承端盖；8.防护箱体左箱盖；9.深沟球轴承；10.漏斗；11.防护箱体右箱盖；12.圆头普通平键；13.小齿轮；14.磁流体；15.空心主轴；16.防护箱体；17.金属收集筒；18.红外测温仪；19.绝缘收集盘
具体实施方式
本发明提出的真空离心静电纺丝装置，主要包括传动、加料、加热、密封、喷丝、收集、温控和箱体八大装置。首先，喷丝系统（2）接高压电正极，绝缘收集盘（19）接高压电负极，使得喷丝系统和收集装置之间形成稳定的电场。确定需要的喷丝口直径，用堵针（图2）将不需要的喷丝口堵住。接入电源，开启红外测温仪（18），关闭真空箱体门，锁紧扣（1-1）锁紧；由抽气口（1-2）抽出真空箱体（1）内部气体，保证真空度。当压力表示数稳定时，启动伺服电机(4)带动一对齿轮做运动，大小齿轮(5,13)以一定的转速比，驱动空心主轴（15）作高速旋转运动，喷丝系统与空心主轴通过螺纹联接，高速旋转的空心主轴带动喷丝系统做离心运动。当轴做高速旋转运动的时候，将聚合物颗粒放入到加料漏斗（10）中，物料被加入到空心主轴中，当物料落在喷丝体（2-2）中，由喷丝体正上方电磁加热盘（3）加热物料，使之熔融，并因喷丝系统做离心运动而汇聚于喷丝头（2-1）处。熔体借助高速旋转的喷丝系统所产生的离心力和剪切力，在离心力与静电力的共同作用下由喷丝孔甩出而成纤，落在金属筒（17）上。与此同时，红外测温仪测温并反馈给加热系统，以实现纺丝过程温度的准确控制。
Claims (3)
1.一种真空离心静电纺丝装置，其特征在于，它主要由传动、加料、加热、密封、喷丝、收集、温控、箱体八个系统组成，传动系统由一台伺服电机、一对圆齿轮、轴承、隔板、空心主轴组成，大齿轮安装在伺服电机输出轴上，小齿轮通过圆头平键安装在空心主轴上并与大齿轮啮合，伺服电机与空心主轴由深沟球轴承与轴承端盖通过内六角圆柱头螺钉紧固在隔板上，隔板通过普通螺钉固定在防护箱体内，空心主轴为阶梯空心轴，伺服电机与大小齿轮均置于防护箱体内，加料系统采用漏斗供料，漏斗通过螺纹旋入防护箱盖，使漏斗下端伸入空心主轴，加热系统采用安装在空心主轴外壁上的电磁加热盘，加热盘上端面与真空箱体顶部紧密贴合置于真空箱体内；密封系统分为静密封和动密封两大模块，真空箱体的打开装置和箱体之间的密封以及真空箱体与抽气口连接的密封，采用橡胶密封圈静密封，高速旋转的空心主轴和真空箱体的连接，采用磁流体动密封；真空箱体与磁流体座的联接采用内六角圆柱头螺钉联接；喷丝系统与空心主轴通过螺纹联接，悬置于真空箱体中电磁加热盘的正下方，喷丝系统由上下两喷丝盘通过螺钉连接形成内部中空的喷丝体，喷丝头与喷丝体通过焊接连接；收集系统由绝缘收集盘与金属收集筒组成；绝缘收集盘与金属收集筒置于真空箱体中喷丝系统的正下方；温控系统为红外测温仪，安装在绝缘收集盘上；箱体系统由防护箱体和真空箱体组成，上层为金属防护箱体，防护箱体左右箱盖与防护箱体通过铰链连接，在左右箱盖顶部开设有一足以让漏斗下口通过的孔；下层为金属真空箱体，金属真空箱体箱门由有机玻璃做成；在真空箱体顶部开设一个足以通过磁流体密封装置的孔。
2.根据权利要求1所述的一种真空离心静电纺丝装置，其特征在于，喷丝头采用偶数个喷丝口，两两相对，均匀地排列在喷丝头上，喷丝口直径根据需要选择相同或不同，如果用其中的一对喷丝口进行纺丝，其他的喷丝口用堵针堵住。
3.根据权利要求1所述的一种真空离心静电纺丝装置，其特征在于，该装置能进行真空条件下的离心熔体静电纺丝，在不开启加热装置时，也能进行离心溶液静电纺丝。
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