CN104862786A - 一种熔体微分静电纺丝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种熔体微分静电纺丝装置，主要包括气流辅助外锥面型静电纺丝喷头、滚子接收器、外锥面气流导管、机头、螺钉、定位螺母、旋风气流辅助装置、料筒、料筒固定块、加热圈、温度传感器、接地电极和高压静电发生器、空压机等，料筒的出口末端与机头流道进口端相连接，外锥面气流导管外圆柱面和机头内圆柱孔形成间隙，熔体在间隙内均匀流动，旋风气流辅助装置置于带孔电极板中央，分别将高速气流接于旋风气流辅助装置和外锥面气流导管。本发明的旋风气流辅助装置能够形成旋风和向下高速气流效果，旋风有助于纤维的聚拢与细化，向下的高速气流使旋风气流辅助装置上部形成局部负压，旋风和向下高速气流的共同作用使纤维进一步细化。
Description
技术领域
本发明涉及一种运用旋风气流辅助装置快速制备纳米纤维的熔体微分静电纺丝装置，属于静电纺丝领域。
背景技术
当今已经进入纳米科技时代，静电纺丝方法已被公认为是制备纳米纤维最简单最有效的方法，对纳米技术的研究升温已经让静电纺丝方法制得的纳米纤维成为目前研究热门课题。由于静电纺丝纳米纤维在微纳过滤、高性能无纺布、锂电池隔膜、生物医药等方面的广泛应用，对其产业化开发更加具有前瞻价值。目前已有三十多种聚合物通过该方法制得超细纤维。
目前工业化制备纤维的方法主要有熔喷法、自组装法、相分离法、模板聚合法等。由于各种条件的限制，这些方法制备的纤维很难达到亚微米级，成纤质量差；熔喷法很难形成长纤，纤维表面质量差，强度较低；自组装法、相分离法、模板聚合法虽然可以制备直径到几十纳米甚至几纳米的纤维，但是其生产效率很低，从而阻碍了工业化道路。目前阻碍熔体静电纺丝工业化的关键问题是纤维的产量、纤维直径的进一步减小和纤维直径的均匀性。
发明内容
本发明一种熔体微分静电装置，提出利用气流辅助外锥面型静电纺丝喷头，其对纤维有轴向牵伸效果。同时，接通在空气压缩机上的旋风气流辅助装置置于带孔电极板中央，产生旋风，纤维落入旋风气流辅助装置中产生牵伸，最终达到对纤维二次拉伸效果，解决了在喷头尖端部分熔体受气流和电场的影响导致纤维在滚筒上收集不均匀的问题，以及纤维直径细化和聚拢长纤维的问题。
为了实现上述功能，本发明采用的技术方案如下：一种对纤维有多次牵伸的熔体微分静电纺丝装置即一种熔体微分静电纺丝装置，主要包括：气流辅助外锥面型静电纺丝喷头、滚子接收器、外锥面气流导管、机头、螺钉、定位螺母、旋风气流辅助装置、料筒、料筒固定块、加热圈、温度传感器、接地电极和高压静电发生器、空压机等。通过料筒固定螺栓和料筒固定块定位使料筒的出口末端与机头流道进口端相连接，外锥面气流导管上定位点与机头过盈配合连接，上端用定位螺钉进行轴向定位，外锥面气流导管外圆柱面和机头内圆柱孔形成间隙，熔体在间隙内流动，使其在周向分布均匀，固定板和螺钉将喷头在机头上轴向定位，旋风气流辅助装置置于带孔电极板中央，通过带孔塑料板固定旋风气流辅助装置，塑料板可以选择透明的亚克力板，接收滚子置于电极板正下方，电极板与高压静电发生器相连接，与接地的机头形成高压电场，分别将高速气流接于旋风气流辅助装置和外锥面气流导管。
本发明一种熔体微分静电纺丝装置，外锥面气流导管中心圆柱孔通高速气流，纤维在高速气流的拉伸作用下进一步细化，同时高速气流在纤维束中心形成的局部负压使纤维束向中心聚拢，有利于纤维直径的细化和聚拢长纤的形成。
本发明一种熔体微分静电纺丝装置，旋风气流辅助装置置于带孔电极板孔中央，与电极板孔同轴，且不接触电极板，带孔亚克力板置于电极板下方与电极板紧贴，通过带孔亚克力板的孔固定旋风气流辅助装置，电极板与喷头之间的距离为10-15cm。
本发明一种熔体微分静电纺丝装置，旋风气流辅助装置是由进气口、环向风腔和多个呈中心对称的出气口组成，出气口轴线为空间直线，出气口轴线与水平轴和铅垂轴分别呈一定角度，例如分别呈45度和20度，出气口轴线与水平轴呈45度能够使气流进入到旋风气流辅助装置形成旋风效果，有助于纤维的聚拢和牵伸；出气口轴线与铅垂轴呈20度能够有助于气流向下运动，使旋风气流辅助装置上部形成局部负压，从而旋风气流辅助装置内部气流流道对纤维有一种引力，辅助纤维落入旋风气流辅助装置，同时旋风气流辅助装置向下的高速气流有助于纤维的牵伸，进一步细化纤维。
本发明一种熔体微分静电纺丝装置，旋风气流辅助装置的材料为导体，这样旋风气流辅助装置内表面聚集的电荷与纤维所带电荷为同种电荷而阻碍纤维粘附在内表面，从而使纤维在环向高速气流的拉伸后完全落于收集滚子上，不会堵塞旋风气流辅助装置出口。
本发明一种熔体微分静电纺丝装置，旋风气流辅助装置的进气口、环向风腔和四个呈中心对称的出气口由管材弯曲后焊接或粘接而成，出气口轴线与水平轴和铅垂轴夹角可以方便调整，形成向下的旋风的角度容易调整，适应性更强。另外，环向风腔由管材盘绕而成，盘绕的高度调整容易，丝在下落过程中通过旋风气流辅助装置的路径长度可以改变，同时可以设置多排出风口，多排出风口的轴线可以形成空间排列，形成对丝的不同拉伸作用效果。管材可以选择铝或铜等材料，导电性强弯曲容易。
由以上技术方案可知，本发明一种熔体微分静电纺丝装置与现有技术相比具有如下优点：
1.采用外锥面气流导管的外锥面设计，可以使熔体在重力作用下自然下落，在下落过程中熔体薄膜自然减薄，从而有效降低纤维直径。高速气流能有效地对纤维有轴向拉伸效果，有利于纤维直径细化，同时高速气流形成的局部负压使纤维束向内聚拢。
2.对旋风气流辅助装置四个呈中心对称的出气口的角度设计，能够形成旋风和向下高速气流效果，旋风有助于纤维的聚拢与细化，向下的高速气流使旋风气流辅助装置上部形成局部负压，从而使旋风气流辅助装置内部气流流道对纤维有一种引力，辅助纤维落入旋风气流辅助装置，同时旋风气流辅助装置向下的高速气流有助于纤维的牵伸，旋风和向下高速气流的共同作用使纤维进一步细化。
3.旋风气流辅助装置的材料为导体，由于静电感应的原理，旋风气流辅助装置内表面聚集的电荷与纤维所带电荷为同种电荷而阻碍纤维粘附在内表面，从而使纤维在环向高速气流的拉伸后完全落于收集滚子上，不会堵塞旋风气流辅助装置出口。
附图说明
图1为本发明一种熔体微分静电纺丝装置结构示意图。
图2为本发明一种熔体微分静电纺丝装置的旋风气流辅助装置俯视剖面示意图。
图3为本发明一种熔体微分静电纺丝装置的旋风气流辅助装置前视剖面示意图。
图中：1-料筒，2-料筒与机头上的流道，3-料筒固定螺栓，4-料筒固定块，5-机头，6-固定板，7-定位螺钉，8-喷头加热圈，9-喷头料筒，10-旋风气流辅助装置，11-带孔铜板，12-纤维收集滚子，13-高压静电发生器，14-旋风气流辅助装置进气口，15-带孔亚克力板，16-外锥面气流导管，17-出气口，18-环向风腔。
具体实施方式
本发明一种熔体微分静电纺丝装置，如图1所示，其主要包括：料筒1、料筒与机头上的流道2、料筒固定螺栓3、料筒固定板4、机头5、固定板6、定位螺钉7、喷头加热器8、喷头料筒9、旋风气流辅助装置10、带孔铜板11、纤维收集滚子12、高压静电发生器13、旋风气流辅助装置进气口14、带孔亚克力板15和外锥面气流导管16。通过料筒固定螺栓3和料筒固定块4定位使料筒1的出口末端与机头流道2进口端相连接，外锥面气流导管15上定位点与机头5过盈配合连接，上端用定位螺钉7进行轴向定位，外锥面气流导管16外圆柱面和机头5内圆柱孔形成间隙，由料筒与机头上的流道2流入的熔体在间隙内流动，并在接近喷头口的位置周向分布均匀，固定板6和螺钉7将喷头在机头上轴向定位，旋风气流辅助装置10和带孔电极板11固定在带孔亚克力板上，接收滚子12置于电极板11正下方，电极板与高压静电发生器13相连接，与接地的机头5形成高压电场。
本发明一种熔体微分静电纺丝装置，旋风气流辅助装置10是由进气口14、环向风腔18和四个呈中心对称的出气口17组成，见图2和图3所示，出气口17轴线与水平轴和铅垂轴分别呈45度和20度，出气口17轴线与水平轴呈45度能够使气流进入到旋风气流辅助装置形成旋风效果，见图2，有助于纤维的聚拢和牵伸；出气口17轴线与铅垂轴呈20度能够有助于气流向下运动，见图3，使旋风气流辅助装置10上部形成局部负压，从而旋风气流辅助装置10内部气流流道对纤维有一种引力，辅助纤维落入旋风气流辅助装置，同时旋风气流辅助装置10向下的高速气流有助于纤维的牵伸，进一步细化纤维。
本发明一种熔体微分静电纺丝装置，加料料筒的温度为200℃，机头中熔体流道拐角的温度为200℃，喷头温度为240℃。在料筒中加入聚丙烯固体颗粒，约3分钟后，熔体在喷头外锥面表面均匀分布一层熔体薄膜，调节高压静电发生器13电压示数到40kv，同时在外锥面气流导管和旋风气流辅助装置进气口分别通入10m/s和通入20m/s的高速气流。在电场的作用下熔体在喷头尖端形成泰勒锥并形成射流，喷头导管中的高速气流进步拉伸形成超细纤维，在电场力、高速垂直气流和高速旋转气流的多重拉伸作用下，熔体形成大量射流聚拢落入旋风气流辅助装置内，在旋风气流辅助装置的出口端聚拢成一束收集与滚筒上，且纤维之间没有发生干扰，熔体薄膜没有受到高速气流的影响，整个滚筒上面收集到的纤维是由一个喷头上约70根纤维合成一束缠绕起来的，形成的纤维表面光滑，平均直径达到纳米级别，在喷头下端2cm处的纤维对着日光灯可以看见明显的彩虹。
Claims (10)
1.一种熔体微分静电纺丝装置，其特征在于：主要包括气流辅助外锥面型静电纺丝喷头、滚子接收器、外锥面气流导管、机头、螺钉、定位螺母、旋风气流辅助装置、料筒、料筒固定块、加热圈、温度传感器、接地电极和高压静电发生器、空压机等，通过料筒固定螺栓和料筒固定块定位使料筒的出口末端与机头流道进口端相连接，外锥面气流导管上定位点与机头过盈配合连接，上端用定位螺钉进行轴向定位，外锥面气流导管外圆柱面和机头内圆柱孔形成间隙，熔体在间隙内流动，使其在周向分布均匀，固定板和螺钉将喷头在机头上轴向定位，旋风气流辅助装置置于带孔电极板中央，通过带孔塑料板固定旋风气流辅助装置，接收滚子置于电极板正下方，电极板与高压静电发生器相连接，与接地的机头形成高压电场，分别将高速气流接于旋风气流辅助装置和外锥面气流导管。
2.根据权利要求1所述的一种熔体微分静电纺丝装置，其特征在于：外锥面气流导管中心圆柱孔通高速气流。
3.根据权利要求1所述的一种熔体微分静电纺丝装置，其特征在于：旋风气流辅助装置置于带孔电极板孔中央，与电极板孔同轴，且不接触电极板，带孔塑料板置于电极板下方与电极板紧贴，通过带孔塑料板的孔固定旋风气流辅助装置。
4.根据权利要求1所述的一种熔体微分静电纺丝装置，其特征在于：电极板与喷头之间的距离为10-15cm。
5.根据权利要求1所述的一种熔体微分静电纺丝装置，其特征在于：塑料板为亚克力板。
6.根据权利要求1所述的一种熔体微分静电纺丝装置，其特征在于：旋风气流辅助装置的材料为导体。
7.根据权利要求1所述的一种熔体微分静电纺丝装置，其特征在于：旋风气流辅助装置是由进气口、环向风腔和多个呈中心对称的出气口组成，出气口轴线与水平轴和铅垂轴分别呈一定角度。
8.根据权利要求7所述的一种熔体微分静电纺丝装置，其特征在于：出气口轴线与水平轴呈45度，出气口轴线与铅垂轴呈20度。
9.根据权利要求7所述的一种熔体微分静电纺丝装置，其特征在于：旋风气流辅助装置的进气口、环向风腔和四个呈中心对称的出气口由管材弯曲后焊接或粘接而成。
10.根据权利要求9所述的一种熔体微分静电纺丝装置，其特征在于：环向风腔由管材盘绕而成，设置多排出风口，多排出风口的轴线可以形成空间排列，管材选择铝或铜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20150826 Assignee: Beijing HiSilicon Pharmaceutical Technology Co.,Ltd. Assignor: BEIJING University OF CHEMICAL TECHNOLOGY Contract record no.: X2022980018612 Denomination of invention: A Melt Differential Electrospinning Device Granted publication date: 20170510 License type: Exclusive License Record date: 20221017 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |