CN105019042B - 一种多喷头高压静电纺丝量产化设备均匀供液系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多喷头高压静电纺丝量产化设备均匀供液系统，包括纺丝溶液配制装置、纺丝溶液分配装置、喷丝单元，纺丝溶液分配装置包括纺丝溶液分配槽，分配槽上等间距的设置有一排分液口，连接分配槽首末两端的设有一回流管，回流管靠近分配槽末端处设有一分液阀，分配槽内设有能够控制开启或者关闭分液阀的压力传感器，喷丝单元包括与分配槽连接的喷丝管，喷丝管上配置有等间距设置的一排喷丝头，喷丝管远离分配槽的一端设有泄压口。通过一体化设置的纺丝溶液配制装置、分配装置和喷丝单元，能够完成纺丝溶液的配制、均匀分配，实现同时给数以万计的喷丝头均匀供液，使得从数以万计的喷丝头中喷射出来的纺丝溶液同压同流量，实现静电纺丝的量产化生产。

Description

一种多喷头高压静电纺丝量产化设备均匀供液系统

技术领域

本发明提供一种供液系统，具体涉及一种用于多喷头高压静电纺丝量产化设备的均匀供液系统。

背景技术

目前静电纺丝已成为制备纳米纤维最重要和最有效的方法，但是产量低是静电纺丝技术从实验室走向产业化生产及应用的最大的技术障碍。因为静电纺丝纤维的直径在微米级以下，静电纺丝单个喷头的产量约是商业化运行的高速熔纺工艺的千分之一；静电纺丝量产化的另外一个工艺问题是喷头的组装，不仅要解决静电纺丝喷头之间电场相互干扰，还要解决静电纺丝喷头之间均匀供液的问题。提高高压静电纺丝的产量已迫在眉睫，国内外有许多相关的研究都致力于实现静电纺丝的产业化生产。目前国内在静电纺丝量产化问题上也实现了一些突破，中科院理化所研发的经纬双向静电纺丝制膜设备实现了国内静电纺丝量产化的突破，但是产量还远远不能满足工业化生产需求。美国、捷克、韩国和日本等走在前面，但方法各不相同，且关键技术保密。

目前国际上静电纺丝量产化设备走在最前面的是捷克Elmarco公司研发的纳米蜘蛛，但是纳米蜘蛛也有其固有的缺陷，原因是纺丝过程中纺丝溶液分布不均匀，没法生产均匀的纳米纤维膜；中科院理化所研发的经纬双向静电纺丝制膜设备中，喷头分布过于分散，产能太低。因此要实现静电纺丝量产化，必须采用数以万计的喷头密集排列同时进行静电纺丝，才能实现静电纺丝量产化以满足工业化生产的需求。

发明内容

为了解决背景技术中的不足，本发明的目的在于克服背景技术的缺陷，提供一种多喷头高压静电纺丝量产化设备均匀供液系统，其目的是配备均匀供液系统使得从每个喷丝头中喷射出来的纺丝溶液压力相同、实现一个喷丝单元中所有喷丝头喷射纺丝溶液的流量保持一致，以实现静电纺丝的量产化生产。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种多喷头高压静电纺丝量产化设备均匀供液系统，其特征在于：包括沿供液方向/依次设置的纺丝溶液配制装置、纺丝溶液分配装置、喷丝单元，所述纺丝溶液分配装置包括纺丝溶液分配槽，所述分配槽上等间距的设置有一排分液口，连接所述分配槽首末两端的设有一回流管，所述回流管靠近分配槽末端处设有一分液阀，所述分配槽内设有能够控制开启或者关闭所述分液阀的压力传感器，所述喷丝单元包括与分配槽连接的喷丝管，所述喷丝管上配置有等间距设置的一排喷丝头，所述喷丝管远离分配槽的一端设有泄压口。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述纺丝溶液配制装置包括通过带有泵体的管道顺次连接的用于初步配制纺丝溶液的第一搅拌釜、用于精确配制纺丝溶液的第二搅拌釜、用于稳定供液的第三搅拌釜，所述第三搅拌釜的出液口通过带有循环泵和流量计的管道连接至所述分配槽。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述喷丝单元为一个，其具有等间距设置的一排喷丝管，每根所述喷丝管上均配置有等间距设置的一排喷丝头，每根所述喷丝管一一对应的连接至所述分液口，每根所述喷丝管远离分液口的一端均设有泄压口。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述喷丝单元为对称设置在所述纺丝溶液分配装置四周的偶数个，每个所述喷丝单元均具有等间距设置的一排喷丝管，每根所述喷丝管上均配置有等间距设置的一排喷丝头，一排所述的分液口通过多通连接管连接至偶数个所述的喷丝单元的偶数排喷丝管，每根所述喷丝管远离分液口的一端均设有泄压口。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括每根所述喷丝管与分液口之间均设有软管。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括其还包括用于收集所述喷丝头处未喷出的纺丝溶液的废液收集槽，所述废液收集槽设置在所述泄压口的正下方，所述废液收集槽还通过带有收集泵的管道连接至所述第一搅拌釜。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述第一搅拌釜、第二搅拌釜、第三搅拌釜内均设有电动搅拌器，三者的外壁均设置有水浴加热或者水浴降温装置。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括连接所述第三搅拌釜和分配槽的管道外壁设有保温层。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述第一搅拌釜的出液口、第二搅拌釜的出液口处均设有过滤网。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述喷丝头喷射的纺丝溶液压力为100～100000Pa。

本发明的有益之处在于：本发明的一种多喷头高压静电纺丝量产化设备均匀供液系统，通过一体化设置的纺丝溶液配制装置、分配装置和喷丝单元，能够完成纺丝溶液的配制、均匀分配，实现同时给数以万计的喷丝头均匀供液，使得从数以万计的喷丝头中喷射出来的纺丝溶液同压同流量，以实现静电纺丝的量产化生产。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明优选实施例的结构示意图；

图2时本发明第二实施例的结构示意图。

图中：1、纺丝溶液配制装置，101、第一搅拌釜，102、第二搅拌釜，103、第三搅拌釜，12、搅拌电机，13、搅拌叶轮，14、流量计；

2、纺丝溶液分配装置，21、分液口，22、分配槽，23、软管，24、回流管，25、分液阀，26、压力传感器；

3、喷丝单元，31、支架，32、喷丝管，33、喷丝头，34、泄压口，35、分液连接管(三通管)；

4、废液收集槽，41、废液收集槽出液口；

5、泵，6、阀门，7、管道。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，本发明提供一种多喷头高压静电纺丝量产化设备均匀供液系统，包括沿供液方向依次设置的纺丝溶液配制装置1、纺丝溶液分配装置2、一个喷丝单元3和用于收集废液的废液收集槽4。

其中，纺丝溶液配制装置1包括顺次连接的第一搅拌釜101、第二搅拌釜102、第三搅拌釜103，每个搅拌釜配置一个或几个进料口、一个出液口、设置在出液口处的过滤网,、一个废液口、一台电动搅拌器、以及设置在搅拌釜外壁的水浴加热或者水浴降温装置，水浴加热或者水浴降温装置确保搅拌釜内的温度始终保持设定的温度值，稳定纺丝溶液的温度值；电动搅拌器具有搅拌电机12和伸入搅拌釜内的搅拌叶轮13。在第一搅拌釜101中初步配制纺丝溶液，配制过程中，为了避免纺丝溶液分相或者沉淀，启动搅拌电机12带动搅拌叶轮13搅动，初步配制好的纺丝溶液经出液口处的过滤网过滤后通过泵5泵入第二搅拌釜102；在第二搅拌釜102内，配制设定参数值的纺丝溶液，保证纺丝溶液具有特定的粘度、电导率等参数，配制过程中，为了避免纺丝溶液分相或者沉淀，启动搅拌电机12带动搅拌叶轮13搅动，按照设定参数值配制好的纺丝溶液经出液口处的过滤网过滤后通过泵5泵入第三搅拌釜103，通过流量计14控制流量；存储在第三搅拌釜103内的纺丝溶液可以集中的给纺丝溶液分配装置2稳定供液，同时，为了避免纺丝溶液分相或者沉淀，启动搅拌电机12带动搅拌叶轮13搅动。生产过程中根据需要，可以调整水浴装置的水浴温度来调节纺丝溶液的温度值，水浴调温更均衡稳定，确保搅拌釜内不同区域的纺丝溶液温度都在预设参数值范围内。

所述纺丝溶液分配装置2包括通过管道7与第三搅拌釜103连接的纺丝溶液分配槽22，所述分配槽22上等间距的设置有一排分液口21，优选分液口21之间间隔2～10cm设置，连接所述分配槽22首末两端的设有一回流管24，所述回流管24靠近分配槽22末端处设有一分液阀25，所述分配槽22内设有能够控制开启或者关闭所述分液阀25的压力传感器26。压力传感器26实时监测分配槽22内的纺丝溶液压力值，当压力达到一定值时，压力传感器26控制开启分液阀25，纺丝溶液部分从分配槽22末端流出经回流管24通过循环泵重新泵入分配槽22的首端，确保分配槽22内的纺丝溶液压力值始终维持在设定的压力值范围内，给喷丝单元3均匀供液。为了确保从第三搅拌釜103中流入分配槽22的纺丝溶液的温度稳定在参数值上，优选在连接两者的管道外壁设置保温层(未图示)。

所述喷丝单元3具有等间距设置的一排喷丝管32，优选每个喷丝管32之间间隔2～10cm设置，一排的喷丝管32等距离水平放置在支架31上，每根喷丝管32上均配置有等间距设置的一排喷丝头33，优选每个喷丝头33之间间隔2～10cm设置，喷丝头33通过螺纹或者卡扣固定在水平放置的喷丝管32上，保证喷丝头33的喷口垂直朝上设置，每根所述喷丝管32一一对应的连接至所述分液口21，每根所述喷丝管32远离分液口21的一端均设有泄压口34，泄压口34的孔径控制在0.3～0.8微米范围内，泄压口34用于释放喷丝管32内的部分压力，保持喷丝管32上方每个喷丝头33的压力都保持一定，压力值控制在100～100000Pa范围内。当喷丝管32内的压力达到一定值时，喷丝管32内的纺丝溶液均匀的向每个喷丝头33供液，喷丝头33尖端的纺丝溶液在高压电场作用下开始牵伸分裂形成纳米纤维，随后沉积咋接受屏上形成纳米纤维膜。

喷丝管32设置在喷丝单元3的支架31上，为了实现连接关系，优选在每根喷丝管32与每个分液口21之间设有软管23，软管23采用PE、PP、PTFE等耐腐蚀的塑料材质，在安装过程中分液口21的高度必须高于喷丝头33的顶端，保证纺丝溶液能够更顺畅的从分液口21流入喷丝管32内。

实际生产过程中，流经喷丝头33的纺丝溶液并没有完全牵伸形成纤维膜，没有牵伸成功的纺丝溶液在重力的作用下滴落，本发明的设置在泄压口34正下方的废液收集槽4收集滴落的纺丝溶液，同时从泄压口34中滴落的纺丝溶液也一并被收集在废液收集槽4中，废液收集槽4的出液口41又通过带有收集泵的管道7连接至所述第一搅拌釜101，形成废液回收利用系统。

实施例二

为了提高生产效率和产量，如图2所示，本发明第二实施例中的均匀供液系统具有：沿供液方向依次设置的纺丝溶液配制装置1、纺丝溶液分配装置2，对称设置在纺丝溶液分配装置2两侧的两个喷丝单元3和用于收集废液的废液收集槽4。

具体的，纺丝溶液配制装置1包括顺次连接的第一搅拌釜101、第二搅拌釜102、第三搅拌釜103，每个搅拌釜配置一个或几个进料口、一个出液口、设置在出液口处的过滤网(未图示)、一个废液口、一台电动搅拌器、以及设置在搅拌釜外壁的水浴加热或者水浴降温装置，水浴加热或者水浴降温装置确保搅拌釜内的温度始终保持设定的温度值，稳定纺丝溶液的温度值；电动搅拌器具有搅拌电机12和伸入搅拌釜内的搅拌叶轮13。在第一搅拌釜101中初步配制纺丝溶液，配制过程中，为了避免纺丝溶液分相或者沉淀，启动搅拌电机12带动搅拌叶轮13搅动，初步配制好的纺丝溶液经出液口处的过滤网(未图示)过滤后通过泵5泵入第二搅拌釜102；在第二搅拌釜102内，配制设定参数值的纺丝溶液，保证纺丝溶液具有特定的粘度、电导率等参数，配制过程中，为了避免纺丝溶液分相或者沉淀，启动搅拌电机12带动搅拌叶轮13搅动，按照设定参数值配制好的纺丝溶液经出液口处的过滤网过滤后通过泵5泵入第三搅拌釜103；存储在第三搅拌釜103内的纺丝溶液可以集中的给纺丝溶液分配装置2稳定供液，同时，为了避免纺丝溶液分相或者沉淀，启动搅拌电机12带动搅拌叶轮13搅动。生产过程中根据需要，可以调整水浴装置的水浴温度来调节纺丝溶液的温度值，水浴调温更均衡稳定，确保搅拌釜内不同区域的纺丝溶液温度都在预设参数值范围内。

所述纺丝溶液分配装置2包括通过管道7与第三搅拌釜103连接的纺丝溶液分配槽22，所述分配槽22上等间距的设置有一排分液口21，优选分液口21之间间隔2～10cm设置，连接所述分配槽22首末两端的设有一回流管24，所述回流管24靠近分配槽22末端处设有一分液阀25，所述分配槽22内设有能够控制开启或者关闭所述分液阀25的压力传感器26。压力传感器26实时监测分配槽22内的纺丝溶液压力值，当压力达到一定值时，压力传感器26控制开启分液阀25，纺丝溶液部分从分配槽22末端流出经回流管24通过循环泵重新泵入分配槽22的首端，确保分配槽22内的纺丝溶液压力值始终维持在设定的压力值范围内，给喷丝单元3均匀供液。为了确保从第三搅拌釜103中流入分配槽22的纺丝溶液的温度稳定在参数值上，优选在连接两者的管道外壁设置保温层(未图示)。

两个喷丝单元3对称设置在纺丝溶液分配装置2的两侧，两个喷丝单元3均具有等间隔设置的一排喷丝管32，两排喷丝管32左右对称设置在分配槽22的两侧，优选同排的每个喷丝管32之间间隔2～10cm设置，喷丝管32水平放置在支架31上，每根喷丝管32上均配置有等间距设置的一排喷丝头33，优选每个喷丝头33之间间隔2～10cm设置，喷丝头33通过螺纹或者卡扣固定在水平放置的喷丝管32上，保证喷丝头33的喷口垂直朝上设置。两排喷丝管32对称设置后通过一排设置的多个三通管35连接到一排设置的分液口21上，也就是每个分液口21连接一个垂直三通管35，三通管35的两个连接口同时通过软管23连接到左右两个喷丝单元3的两根喷丝管32，实现同时向左右两根喷丝管32供液，至少提高生产效率和产量至2倍。

每根所述喷丝管32远离分液口21的一端均设有泄压口34，泄压口34的孔径控制在0.3～0.8微米范围内，泄压口34用于释放喷丝管32内的部分压力，保持喷丝管32上方每个喷丝头33的压力都保持一定，压力值控制在100～100000Pa范围内。当喷丝管32内的压力达到一定值时，喷丝管32内的纺丝溶液均匀的向每个喷丝头33供液，喷丝头33尖端的纺丝溶液在高压电场作用下开始牵伸分裂形成纳米纤维，随后沉积咋接受屏上形成纳米纤维膜。

喷丝管32设置在喷丝单元3的支架31上，为了实现连接关系，优选在每根喷丝管32与每个分液口21之间设有软管23，软管23采用PE、PP、PTFE等耐腐蚀的塑料材质，在安装过程中分液口21的高度必须高于喷丝头33的顶端，保证纺丝溶液能够更顺畅的从分液口21流入喷丝管32内。

实际生产过程中，流经喷丝头33的纺丝溶液并没有完全牵伸形成纤维膜，没有牵伸成功的纺丝溶液在重力的作用下滴落，本发明的设置在泄压口34正下方的废液收集槽4收集滴落的纺丝溶液，同时从泄压口34中滴落的纺丝溶液也一并被收集在废液收集槽4中，废液收集槽4又通过带有收集泵的管道7连接至所述第一搅拌釜101，形成废液回收利用系统。

实施例三：

为了进一步的提高生产效率和产量，本发明第二实施例中的均匀供液系统具有：沿供液方向依次设置的纺丝溶液配制装置1、纺丝溶液分配装置2，对称设置在纺丝溶液分配装置2四周的偶数个喷丝单元3和用于收集废液的废液收集槽4。

与实施例一、二的差异仅仅在于：

喷丝单元为对称设置在纺丝溶液分配装置四周的偶数个，偶数个喷丝单元均具有等间隔设置的一排喷丝管，偶数排喷丝管对称设置在分配槽的四侧，优选同排的每个喷丝管之间间隔2～10cm设置，喷丝管水平放置在支架上，每根喷丝管上均配置有等间距设置的一排喷丝头，优选每个喷丝头之间间隔2～10cm设置，喷丝头通过螺纹或者卡扣固定在水平放置的喷丝管上，保证喷丝头的喷口垂直朝上设置。偶数排喷丝管对称设置后通过一排设置的多个多通管连接到一排设置的分液口上，也就是每个分液口连接一个多通管，如果配备的是四个喷丝单元，选用五通管；依次类推，2n个喷丝单元，选用2n+1通管，多通管的一个连接口连接分液口，其它额连接口同时通过软管连接到对称设置的偶数个喷丝单元3的偶数根喷丝管，实现同时向多根喷丝管供液。多倍的提高生产效率和产量。

本发明的一种多喷头高压静电纺丝量产化设备均匀供液系统，通过一体化设置的纺丝溶液配制装置、分配装置和喷丝单元，能够完成纺丝溶液的配制、均匀分配，实现同时给数以万计的喷丝头均匀供液，使得从数以万计的喷丝头中喷射出来的纺丝溶液同压同流量，以实现静电纺丝的量产化生产。

而进一步优化设计的多个喷丝单元，可以多倍的提高生产效率和产量。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多喷头高压静电纺丝量产化设备均匀供液系统，其特征在于：包括沿供液方向依次设置的纺丝溶液配制装置、纺丝溶液分配装置、喷丝单元，所述纺丝溶液分配装置包括纺丝溶液分配槽，所述分配槽上等间距的设置有一排分液口，连接所述分配槽首末两端的一回流管，所述回流管靠近分配槽末端处设有一分液阀，所述分配槽内设有能够控制开启或者关闭所述分液阀的压力传感器，所述喷丝单元包括与分配槽连接的喷丝管，所述喷丝管上配置有等间距设置的一排喷丝头，所述喷丝管远离分配槽的一端设有泄压口。

2.根据权利要求1所述的一种多喷头高压静电纺丝量产化设备均匀供液系统，其特征在于：所述纺丝溶液配制装置包括通过带有泵体的管道顺次连接的用于初步配制纺丝溶液的第一搅拌釜、用于精确配制纺丝溶液的第二搅拌釜、用于稳定供液的第三搅拌釜，所述第三搅拌釜的出液口通过带有循环泵和流量计的管道连接至所述分配槽。

3.根据权利要求2所述的一种多喷头高压静电纺丝量产化设备均匀供液系统，其特征在于：所述喷丝单元为一个，其具有等间距设置的一排喷丝管，每根所述喷丝管上均配置有等间距设置的一排喷丝头，每根所述喷丝管一一对应的连接至所述分液口，每根所述喷丝管远离分液口的一端均设有泄压口。

4.根据权利要求2所述的一种多喷头高压静电纺丝量产化设备均匀供液系统，其特征在于：所述喷丝单元为对称设置在所述纺丝溶液分配装置四周的偶数个，每个所述喷丝单元均具有等间距设置的一排喷丝管，每根所述喷丝管上均配置有等间距设置的一排喷丝头，一排所述的分液口通过多通连接管连接至偶数个所述的喷丝单元的偶数排喷丝管，每根所述喷丝管远离分液口的一端均设有泄压口。

5.根据权利要求3或4所述的一种多喷头高压静电纺丝量产化设备均匀供液系统，其特征在于：每根所述喷丝管与分液口之间均设有软管。

6.根据权利要求2所述的一种多喷头高压静电纺丝量产化设备均匀供液系统，其特征在于：其还包括用于收集所述喷丝头处未喷出的纺丝溶液的废液收集槽，所述废液收集槽设置在所述泄压口的正下方，所述废液收集槽还通过带有收集泵的管道连接至所述第一搅拌釜。

7.根据权利要求2所述的一种多喷头高压静电纺丝量产化设备均匀供液系统，其特征在于：所述第一搅拌釜、第二搅拌釜、第三搅拌釜内均设有电动搅拌器，三者的外壁均设置有水浴加热或者水浴降温装置。

8.根据权利要求7所述的一种多喷头高压静电纺丝量产化设备均匀供液系统，其特征在于：连接所述第三搅拌釜和分配槽的管道外壁设有保温层。

9.根据权利要求8所述的一种多喷头高压静电纺丝量产化设备均匀供液系统，其特征在于：所述第一搅拌釜的出液口、第二搅拌釜的出液口处均设有过滤网。

10.根据权利要求2所述的一种多喷头高压静电纺丝量产化设备均匀供液系统，其特征在于：所述喷丝头喷射的纺丝溶液压力为100～100000Pa。