CN105133052B - 一种无针式静电纺丝设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无针式静电纺丝设备，其特征在于，包括纺丝盒、供料系统、接收对电极、高压电源和驱动系统，其中：供料系统与纺丝盒相连接；接收对电极位于纺丝盒的上方，并接地；高压电源的正电极与纺丝盒相连，其负电极接地；驱动系统设置在纺丝盒的一端。本发明解决了针式纺丝喷头的堵针、针头间的电场排斥和纺丝效率低下问题，储料槽与储料罐的恒温槽避免了环境温度变化导致的料液粘度变化，纺丝喷头结构简单，独立可拆卸，易于拆分、组合及清洗，解决了大量纺丝针头的装卸和清洗等不便，降低维护及维修成本，提高了纺丝效率，便于规模化生产，可以很好地满足实际应用的需要。

Description

一种无针式静电纺丝设备

技术领域

本发明属于静电纺丝装置技术领域，具体涉及一种无针式静电纺丝设备。

背景技术

随着纳米纤维应用领域的扩展，静电纺丝技术由于制备微纳米纤维的便捷性而备受关注。另外，适用于静电纺丝的聚合物体系广泛。目前，静电纺丝方法已是公认的制备微纳米纤维的最简单有效的重要手段之一，但自从1934年Formalas发明静电纺丝技术以来，静电纺丝法批量化制造纳米纤维一直没有得到大范围的推广和应用，主要原因一是静电纺丝工艺的影响因素复杂；二是在规模应用中受到一些因素的限制，如用纺丝过程中针头堵塞、针头之间电场相互排斥导致针电场分布不均和针头滴液、纺丝效率低下等。

为提高静电纺丝的效率，首先是多喷头静电纺丝装置被发明，如Tomaszewski分别采用直线、椭圆和圆形分布的喷头进行纺丝实验；Theron则试验了单针、七针和9针方型排布的方式。在多针头的方式下，当每个针的输液量大小分布不均导致某些针头的输液量大于纺丝所需的量时，喷头末端的纺丝料液会形成液滴滴下，为了保证纺丝料液以恒定的压力或流量输送到每个喷头上，电子化控制的多泵多喷头静电纺丝机被研制，此设备采用多个微量注射器精确控制每个喷头的输液量，但这种方法产业化的可操作性差，成本高。故此，多喷头的方式对喷涂效率有一定的提高，但无法避免喷头间的静电排斥干扰和堵针的问题。而且，无论是单针还是多针模式，如果采用自上而下的喷涂方式，随机性的滴液是无法避免的。近年来，为提高效率，产生了辊式无针头或者是其它的旋转式的静电纺丝方式，但在旋转的过程中敞开的料槽导致溶剂的快速挥发，从而纺丝过程中料液的粘度变化对纺丝状态的稳定性和纳米纤维的质量造成了不良影响，或者是由于非连续性的供液方式导致生产被迫中断。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可避免出现上述技术缺陷的无针式静电纺丝设备。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种无针式静电纺丝设备，包括纺丝盒100、供料系统200、接收对电极300、高压电源400和驱动系统500，其中：

所述供料系统200与所述纺丝盒100相连接；

所述接收对电极300位于所述纺丝盒100的上方，并接地；

所述高压电源400的正电极与所述纺丝盒100相连，其负电极接地；

所述驱动系统500设置在所述纺丝盒100的一端。

进一步地，所述纺丝盒100包括纺丝喷头110、传动轴120、储料槽130、回流板140、恒温槽A150、密封盖160和电极接线柱180，其中：

所述纺丝盒100为双层夹套箱体结构，内层为弧形的所述储料槽130，外层为长方体形的所述恒温槽A150；

所述传动轴120的主体设置在所述储料槽130内，所述传动轴120穿过所述纺丝喷头110，两端伸出所述储料槽130和所述恒温槽A150外，其中一端连接所述驱动系统500；

所述电极接线柱180穿过所述恒温槽A150和所述储料槽130固定于所述储料槽130的底部，并与所述高压电源400的正电极相连；

所述回流板140固定在所述储料槽130上，所述纺丝喷头110可转动地插入所述回流板140上开设的槽内；

所述密封盖160罩在所述纺丝喷头110的上方。

进一步地，所述纺丝喷头110为圆盘状组合体，包括圆形的支撑架111和螺旋环112，其中：

所述支撑架111位于所述纺丝喷头110的中心；

所述螺旋环112位于所述支撑架111的外缘；

所述支撑架111与所述螺旋环112之间的连接方式为嵌套连接或非永久性焊接或导电性粘接；

所述支撑架111的直径为20mm-1000mm，优选为50mm-200mm。

进一步地，所述螺旋环112是由一条尺寸均匀的丝线首尾相接构成的闭合螺旋环状结构，构成所述螺旋环112的所述丝线的直径为0.1mm-5mm，优选为0.3mm-2mm；所述螺旋环112的外径尺寸为优选为所述螺旋环112的螺距P为优选为

进一步地，所述纺丝喷头110的数目为1-100个，所述纺丝喷头110沿传动轴120的轴向平行排列，所述纺丝喷头110的数目大于1时，所述纺丝喷头的间距D1为5-30cm。

进一步地，所述回流板140为板状，从其一端的中间开设有间隙槽141，另一端为结合端143，所述间隙槽141的两边形成两个翼板142，所述两个翼板142在所述结合端143结合为一体，形成所述两个翼板142平行的叉状结构。

进一步地，所述密封盖160可拆卸，对应于所述纺丝喷头110的位置开设有纺丝孔161。

本发明提供的无针式静电纺丝设备，纺丝喷头的主要组成部件螺旋环取代了针头，解决了针式纺丝喷头的堵针、针头间的电场排斥和纺丝效率低下问题；准闭合供料回路有效地抑制了纺丝过程中储料槽内的溶剂挥发，储料槽与储料罐的恒温槽避免了环境温度变化导致的料液粘度变化；纺丝喷头结构简单，独立可拆卸，易于拆分、组合及清洗，解决了大量纺丝针头的装卸和清洗等不便，降低维护及维修成本，提高了纺丝效率，便于规模化生产，可以很好地满足实际应用的需要。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为本发明的支撑架和螺旋环的结构示意图；

图4为图3的侧视图；

图5为回流板、纺丝喷头和传动轴的结构示意图；

图6为图5的侧视图；

图中，100-纺丝盒；200-供液系统；300-接收对电极；400-高压电源；500-驱动系统；110-纺丝喷头；120-传动轴；130-储料槽；140-回流板；150-恒温槽A；160-密封盖；180-电极接线柱；111-支撑架；112-螺旋环；141-间隙槽；142-翼板；143-结合端；161-纺丝孔；210-储料罐；220-计量泵；230-恒温槽B；240-输料管；250-进料口；260-出料口；270-搅拌器；280-进水口；290-出水口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

以下实施例均采用本发明的纺丝设备，纺丝料液为15％w/v的PVDF，其分子量500000，纺丝料液的粘度范围为1600±50cP；纺丝料液是通过将PVDF的粉末加入丙酮和DMF的混合溶剂中，恒温28℃，充分搅拌12h制得；接收对电极300为不锈钢辊，接收装置为包裹于不锈钢辊表面的铝箔纸。

实施例1

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，一种无针式静电纺丝设备，包括纺丝盒100、供料系统200、接收对电极300、高压电源400和驱动系统500，其中：所述纺丝盒100为可拆卸式，包括纺丝喷头110、传动轴120、储料槽130、回流板140、恒温槽A150、密封盖160和电极接线柱180；所述供料系统200与所述纺丝盒100相连接；所述接收对电极300位于所述纺丝盒100的上方，并接地；所述高压电源400的正电极与所述电极接线柱180的下端相连，其负电极接地；所述驱动系统500设置在所述传动轴120的一端，驱动系统500由互相连接的电机驱动器和电机组成，电机与传动轴120相连接，电机驱动器控制电机的转动。

环状纺丝喷头110的制作方法如下：首先，取粗细均匀直径为0.3mm的一卷铜丝线，将丝线卷绕成外径为的螺旋，螺距P为支撑架111的直径为50mm，截取一段与支撑架111周长一致的螺旋，长度为157mm，将此段螺旋的首尾焊接构成一个闭合的螺旋环112，支撑架111的厚度为6mm，在支撑架111的外缘的中心处开一道深2mm的圆弧形槽，圆弧半径为3mm，然后将螺旋环112嵌套于支撑架111的外缘便构成一个环状的纺丝喷头110。以同样的方法制作10个尺寸相同的纺丝喷头110。

构成螺旋的丝线和所述支撑架111，制作丝线和支撑架111的材料可以是在纺丝料液中不能被溶解或不能被腐蚀降解的任何材质，可以是导电材料，也可以是绝缘材料。导电材料可以是金属不锈钢、铜、铁或铝等，绝缘材料可以是工程塑料、树脂、陶瓷、木材或复合材料。

所述纺丝盒100为双层夹套箱体结构，可拆卸，内层是弧形的储料槽130，外层是长方体形的恒温槽A150，恒温槽A150内通温度为25摄氏度的恒温循环水，恒温槽A150的下端设置有进水口280，恒温槽A150的上端设置有出水口290，恒温水由进水口280进，出水口290出，保持储料槽130恒温。电极接线柱180穿过恒温槽A150和储料槽130固定于储料槽130的底部，电极接线柱180的上端有5mm的长度裸露在储料槽130内，与储料槽130内的纺丝料液直接接触，其下端与高压电源400的正电极相连，电极接线柱180穿过恒温槽A150和储料槽130的部分的外面用耐高压绝缘材料包裹，高压电源400的负极接地，接收对电机300接地，并位于纺丝盒100的正上方，距离纺丝喷头110的顶点180mm；

所述的传动轴120的主体安装在储料槽130内，其垂直穿过10个纺丝喷头110的支撑架111的中心，各纺丝喷头110沿传动轴120的轴向平行排列，各纺丝喷头110之间的间距D1为5cm，传动轴120的两端伸出储料槽130外，一端连接驱动系统500；纺丝喷头110的上方罩以弧形的密封盖160，对应纺丝喷头110定点的位置开设纺丝孔161，纺丝孔161的宽度为8mm。回流板140为板状，从其一端的中间开设有间隙槽141，另一端称为结合端143，间隙槽141的两边形成两个翼板142，两个翼板142在回流板140的结合端143结合为一体，形成两个翼板142平行的叉状结构，两个翼板142之间的平行间距也就是间隙槽141的宽度为6mm，两个翼板142的长度均为7cm，纺丝喷头110插入间隙槽141中，两个翼板142的内侧紧贴支撑架111的两侧面，回流板140的结合端固定在储料槽130的上缘，两个翼板142的末端位于传动轴120的下方呈自由状态，回流板140将纺丝喷头110的支撑架111的两侧面多余的纺丝料液刮下并回流到储料槽130中。

所述的储料罐210的输出端通过输料管240连接计量泵220的输入端，计量泵220的输出端通过输料管240连接储料槽130的进料口250，所述的储料槽130的进料口250位于储料槽130的底部中心位置，出料口260有两个，分别位于储料槽130的两侧，每侧一个，出料口260的高度比传动轴120低1cm，两个出料口260通过输料管240分别接三通转接口合二为一后通过输料管240连接储料罐210，计量泵220的流量设为220ml/h，持续不断地将储料罐210内的纺丝料液输送到储料槽130内，多余的纺丝料液通过出料口260返回储料罐210内，恒温槽B230通恒温25℃的循环水，保证储料罐210的温度恒定。

在驱动系统500的驱动下，纺丝喷头110开始以15rpm的转速旋转，在高压静电场的作用下(临界电压为30kV)，螺旋环112上附着的纺丝料液克服重力和表面张力的束缚分裂成微纳米射流，单个纺丝喷头110的纺丝效率可达100g/h(以纺丝料液的消耗速率计算)，是普通单针纺丝效率的50-100倍，且纺丝纤维的直径离散度较小。

所述的粘度监控系统通过粘度传感器实时监控储料罐210内纺丝料液的粘度，将其控制在1600±50cP，如果纺丝料液的粘度超过1650cP以上，粘度监控系统将根据程序设定补充适量的溶剂到储料罐210中，补充的溶剂将通过搅拌器270快速的分散均匀，使得纺丝料液的温度和粘度稳定在合理的范围之内，并确保纺丝状态的稳定性和纤维尺寸的一致性，纺丝持续稳定运行超过24h，稳定运行时间可更长。

实施例2

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，一种无针式静电纺丝设备，包括纺丝盒100、供料系统200、接收对电极300、高压电源400和驱动系统500，其中：所述纺丝盒100为可拆卸式，包括纺丝喷头110、传动轴120、储料槽130、回流板140、恒温槽A150、密封盖160和电极接线柱180；所述供料系统200与所述纺丝盒100相连接；所述接收对电极300位于所述纺丝盒100的上方，并接地；所述高压电源400的正电极与所述电极接线柱180的下端相连，其负电极接地；所述驱动系统500设置在所述传动轴120的一端，驱动系统500由互相连接的电机驱动器和电机组成，电机与传动轴120相连接，电机驱动器控制电机的转动。

环状纺丝喷头110的制作方法如下：首先，取粗细均匀直径为1mm的一卷丝线，将丝线卷绕成外径为的螺旋，螺距P为支撑架111的直径为1000mm，截取一段与支撑架111周长一致的螺旋，长度为3140mm，将此段螺旋的首尾焊接构成一个闭合的螺旋环112，支撑架111的厚度为5mm，在支撑架111的外缘的中心处开一道深0.2mm的圆弧形槽，圆弧半径为0.3mm，然后将螺旋环112嵌套于支撑架111的外缘便构成一个环状的纺丝喷头110。

构成螺旋的丝线和所述支撑架111，制作丝线和支撑架111的材料可以是在纺丝料液中不能被溶解或不能被腐蚀降解的任何材质，可以是导电材料，也可以是绝缘材料。导电材料可以是金属不锈钢、铜、铁或铝等，绝缘材料可以是工程塑料、树脂、陶瓷、木材或复合材料。

所述纺丝盒100为双层夹套箱体结构，可拆卸，内层是弧形的储料槽130，外层是长方体形的恒温槽A150，恒温槽A150内通温度为25摄氏度的恒温循环水，恒温槽A150的下端设置有进水口280，恒温槽A150的上端设置有出水口290，恒温水由进水口280进，出水口290出，保持储料槽130恒温。电极接线柱180穿过恒温槽A150和储料槽130固定于储料槽130的底部，电极接线柱180的上端有5mm的长度裸露在储料槽130内，与储料槽130内的纺丝料液直接接触，其下端与高压电源400的正电极相连，电极接线柱180穿过恒温槽A150和储料槽130的部分的外面用耐高压绝缘材料包裹，高压电源400的负极接地，接收对电机300接地，并位于纺丝盒100的正上方，距离纺丝喷头110的顶点180mm；

所述的传动轴120的主体安装在储料槽130内，其垂直穿过纺丝喷头110的支撑架111的中心，传动轴120的两端伸出储料槽130外，一端连接驱动系统500；纺丝喷头110的上方罩以弧形的密封盖160，对应纺丝喷头110的位置开设一个纺丝孔161，纺丝孔161的宽度为7mm。回流板140为板状，从其一端的中间开设有间隙槽141，另一端称为结合端143，间隙槽141的两边形成两个翼板142，两个翼板142在回流板140的结合端143结合为一体，形成两个翼板142平行的叉状结构，两个翼板142之间的平行间距也就是间隙槽141的宽度为5mm，两个翼板142的长度均为52cm，纺丝喷头110插入间隙槽141中，两个翼板142的内侧紧贴支撑架111的两侧面，回流板140的结合端固定在储料槽130的上缘，两个翼板142的末端位于传动轴120的下方呈自由状态，回流板140将纺丝喷头110的支撑架111的两侧面多余的纺丝料液刮下并回流到储料槽130中。

所述的储料罐210的输出端通过输料管240连接计量泵220的输入端，计量泵220的输出端通过输料管240连接储料槽130的进料口250，所述的储料槽130的进料口250位于储料槽130的底部中心位置，出料口260有两个，分别位于储料槽130的两侧，每侧一个，出料口260的高度比传动轴120低1cm，两个出料口260通过输料管240分别接三通转接口合二为一后通过输料管240连接储料罐210，计量泵220的流量设为220ml/h，持续不断地将储料罐210内的纺丝料液输送到储料槽130内，多余的纺丝料液通过出料口260返回储料罐210内，恒温槽B230通恒温25℃的循环水，保证储料罐210的温度恒定。

在驱动系统500的驱动下，纺丝喷头110开始以15rpm的转速旋转，在高压静电场的作用下(临界电压为30kV)，螺旋环112上附着的纺丝料液克服重力和表面张力的束缚分裂成微纳米射流，单个纺丝喷头110的纺丝效率可达100g/h(以纺丝料液的消耗速率计算)，是普通单针纺丝效率的50-100倍，且纺丝纤维的直径离散度较小。

所述的粘度监控系统通过粘度传感器实时监控储料罐210内纺丝料液的粘度，将其控制在1600±50cP，如果纺丝料液的粘度超过1650cP以上，粘度监控系统将根据程序设定补充适量的溶剂到储料罐210中，补充的溶剂将通过搅拌器270快速的分散均匀，使得纺丝料液的温度和粘度稳定在合理的范围之内，并确保纺丝状态的稳定性和纤维尺寸的一致性，纺丝持续稳定运行超过24h，稳定运行时间可更长。

实施例3

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，一种无针式静电纺丝设备，包括纺丝盒100、供料系统200、接收对电极300、高压电源400和驱动系统500，其中：所述纺丝盒100为可拆卸式，包括纺丝喷头110、传动轴120、储料槽130、回流板140、恒温槽A150、密封盖160和电极接线柱180；所述供料系统200与所述纺丝盒100相连接；所述接收对电极300位于所述纺丝盒100的上方，并接地；所述高压电源400的正电极与所述电极接线柱180的下端相连，其负电极接地；所述驱动系统500设置在所述传动轴120的一端，驱动系统500由互相连接的电机驱动器和电机组成，电机与传动轴120相连接，电机驱动器控制电机的转动。

环状纺丝喷头110的制作方法如下：首先，取粗细均匀直径为5mm的一卷丝线，将丝线卷绕成外径为的螺旋，螺距P为支撑架111的直径为200mm，截取一段与支撑架111周长一致的螺旋，长度为628mm，将此段螺旋的首尾焊接构成一个闭合的螺旋环112，支撑架111的厚度为20mm，在支撑架111的外缘的中心处开一道深4mm的圆弧形槽，圆弧半径为10mm，然后将螺旋环112嵌套于支撑架111的外缘便构成一个环状的纺丝喷头110。以同样的方法制作5个尺寸相同的纺丝喷头110。

构成螺旋的丝线和所述支撑架111，制作丝线和支撑架111的材料可以是在纺丝料液中不能被溶解或不能被腐蚀降解的任何材质，可以是导电材料，也可以是绝缘材料。导电材料可以是金属不锈钢、铜、铁或铝等，绝缘材料可以是工程塑料、树脂、陶瓷、木材或复合材料。

所述纺丝盒100为双层夹套箱体结构，可拆卸，内层是弧形的储料槽130，外层是长方体形的恒温槽A150，恒温槽A150内通温度为25摄氏度的恒温循环水，恒温槽A150的下端设置有进水口280，恒温槽A150的上端设置有出水口290，恒温水由进水口280进，出水口290出，保持储料槽130恒温。电极接线柱180穿过恒温槽A150和储料槽130固定于储料槽130的底部，电极接线柱180的上端有5mm的长度裸露在储料槽130内，与储料槽130内的纺丝料液直接接触，其下端与高压电源400的正电极相连，电极接线柱180穿过恒温槽A150和储料槽130的部分的外面用耐高压绝缘材料包裹，高压电源400的负极接地，接收对电机300接地，并位于纺丝盒100的正上方，距离纺丝喷头110的顶点180mm；

所述的传动轴120的主体安装在储料槽130内，其垂直穿过5个纺丝喷头110的支撑架111的中心，各纺丝喷头110沿传动轴120的轴向平行排列，各纺丝喷头110之间的间距D1为30cm，传动轴120的两端伸出储料槽130外，一端连接驱动系统500；纺丝喷头110的上方罩以弧形的密封盖160，对应纺丝喷头110定点的位置开设纺丝孔161，纺丝孔161的宽度为22mm。回流板140为板状，从其一端的中间开设有间隙槽141，另一端称为结合端143，间隙槽141的两边形成两个翼板142，两个翼板142在回流板140的结合端143结合为一体，形成两个翼板142平行的叉状结构，两个翼板142之间的平行间距也就是间隙槽141的宽度为20mm，两个翼板142的长度均为102cm，纺丝喷头110插入间隙槽141中，两个翼板142的内侧紧贴支撑架111的两侧面，回流板140的结合端固定在储料槽130的上缘，两个翼板142的末端位于传动轴120的下方呈自由状态，回流板140将纺丝喷头110的支撑架111的两侧面多余的纺丝料液刮下并回流到储料槽130中。

所述的储料罐210的输出端通过输料管240连接计量泵220的输入端，计量泵220的输出端通过输料管240连接储料槽130的进料口250，所述的储料槽130的进料口250位于储料槽130的底部中心位置，出料口260有两个，分别位于储料槽130的两侧，每侧一个，出料口260的高度比传动轴120低1cm，两个出料口260通过输料管240分别接三通转接口合二为一后通过输料管240连接储料罐210，计量泵220的流量设为220ml/h，持续不断地将储料罐210内的纺丝料液输送到储料槽130内，多余的纺丝料液通过出料口260返回储料罐210内，恒温槽B230通恒温25℃的循环水，保证储料罐210的温度恒定。

在驱动系统500的驱动下，纺丝喷头110开始以15rpm的转速旋转，在高压静电场的作用下(临界电压为45kV)，螺旋环112上附着的纺丝料液克服重力和表面张力的束缚分裂成微纳米射流，单个纺丝喷头110的纺丝效率可达70g/h(以纺丝料液的消耗速率计算)，是普通单针纺丝效率的50-100倍，且纺丝纤维的直径离散度较小。

所述的粘度监控系统通过粘度传感器实时监控储料罐210内纺丝料液的粘度，将其控制在1600±50cP，如果纺丝料液的粘度超过1650cP以上，粘度监控系统将根据程序设定补充适量的溶剂到储料罐210中，补充的溶剂将通过搅拌器270快速的分散均匀，使得纺丝料液的温度和粘度稳定在合理的范围之内，并确保纺丝状态的稳定性和纤维尺寸的一致性，纺丝持续稳定运行超过24h，稳定运行时间可更长。

实施例4

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，一种无针式静电纺丝设备，包括纺丝盒100、供料系统200、接收对电极300、高压电源400和驱动系统500，其中：所述纺丝盒100为可拆卸式，包括纺丝喷头110、传动轴120、储料槽130、回流板140、恒温槽A150、密封盖160和电极接线柱180；所述供料系统200与所述纺丝盒100相连接；所述接收对电极300位于所述纺丝盒100的上方，并接地；所述高压电源400的正电极与所述电极接线柱180的下端相连，其负电极接地；所述驱动系统500设置在所述传动轴120的一端，驱动系统500由互相连接的电机驱动器和电机组成，电机与传动轴120相连接，电机驱动器控制电机的转动。

环状纺丝喷头110的制作方法如下：首先，取粗细均匀直径为0.1mm的一卷丝线，将丝线卷绕成外径为的螺旋，螺距P为截取一段长度与支撑架111周长大小一致的螺旋，将此段螺旋的首尾焊接构成一个闭合的螺旋环112，支撑架111的直径为20mm，厚度为5mm，在支撑架111的外缘的中心处开一道深2mm的圆弧形槽，圆弧半径为2.5mm，然后将螺旋环112嵌套于支撑架111的外缘便构成一个环状的纺丝喷头110。以同样的方法制作100个尺寸相同的纺丝喷头110。

构成螺旋的丝线和所述支撑架111，制作丝线和支撑架111的材料可以是在纺丝料液中不能被溶解或不能被腐蚀降解的任何材质，可以是导电材料，也可以是绝缘材料。导电材料可以是金属不锈钢、铜、铁或铝等，绝缘材料可以是工程塑料、树脂、陶瓷、木材或复合材料。

所述纺丝盒100为双层夹套箱体结构，可拆卸，内层是弧形的储料槽130，外层是长方体形的恒温槽A150，恒温槽A150内通温度为25摄氏度的恒温循环水，恒温槽A150的下端设置有进水口280，恒温槽A150的上端设置有出水口290，恒温水由进水口280进，出水口290出，保持储料槽130恒温。电极接线柱180穿过恒温槽A150和储料槽130固定于储料槽130的底部，电极接线柱180的上端有5mm的长度裸露在储料槽130内，与储料槽130内的纺丝料液直接接触，其下端与高压电源400的正电极相连，电极接线柱180穿过恒温槽A150和储料槽130的部分的外面用耐高压绝缘材料包裹，高压电源400的负极接地，接收对电机300接地，并位于纺丝盒100的正上方，距离纺丝喷头110的顶点180mm；

所述的传动轴120的主体安装在储料槽130内，其垂直穿过100个纺丝喷头110的支撑架111的中心，各纺丝喷头110沿传动轴120的轴向平行排列，各纺丝喷头110之间的间距D1为5cm，传动轴120的两端伸出储料槽130外，一端连接驱动系统500；纺丝喷头110的上方罩以弧形的密封盖160，对应纺丝喷头110定点的位置开设纺丝孔161，纺丝孔161的宽度为7mm。回流板140为板状，从其一端的中间开设有间隙槽141，另一端称为结合端143，间隙槽141的两边形成两个翼板142，两个翼板142在回流板140的结合端143结合为一体，形成两个翼板142平行的叉状结构，两个翼板142之间的平行间距也就是间隙槽141的宽度为5mm，纺丝喷头110插入间隙槽141中，两个翼板142的内侧紧贴支撑架111的两侧面，回流板140的结合端固定在储料槽130的上缘，两个翼板142的末端位于传动轴120的下方呈自由状态，回流板140将纺丝喷头110的支撑架111的两侧面多余的纺丝料液刮下并回流到储料槽130中。

所述的储料罐210的输出端通过输料管240连接计量泵220的输入端，计量泵220的输出端通过输料管240连接储料槽130的进料口250，所述的储料槽130的进料口250位于储料槽130的底部中心位置，出料口260有两个，分别位于储料槽130的两侧，每侧一个，出料口260的高度比传动轴120低1cm，两个出料口260通过输料管240分别接三通转接口合二为一后通过输料管240连接储料罐210，计量泵220的流量设为220ml/h，持续不断地将储料罐210内的纺丝料液输送到储料槽130内，多余的纺丝料液通过出料口260返回储料罐210内，恒温槽B230通恒温25℃的循环水，保证储料罐210的温度恒定。

在驱动系统500的驱动下，纺丝喷头110开始以15rpm的转速旋转，在高压静电场的作用下(临界电压为25kV)，螺旋环112上附着的纺丝料液克服重力和表面张力的束缚分裂成微纳米射流，单个纺丝喷头110的纺丝效率可达90g/h(以纺丝料液的消耗速率计算)，是普通单针纺丝效率的50-100倍，且纺丝纤维的直径离散度较小。

所述的粘度监控系统通过粘度传感器实时监控储料罐210内纺丝料液的粘度，将其控制在1600±50cP，如果纺丝料液的粘度超过1650cP以上，粘度监控系统将根据程序设定补充适量的溶剂到储料罐210中，补充的溶剂将通过搅拌器270快速的分散均匀，使得纺丝料液的温度和粘度稳定在合理的范围之内，并确保纺丝状态的稳定性和纤维尺寸的一致性，纺丝持续稳定运行超过24h，稳定运行时间可更长。

本发明所述的由储料槽、储料罐、输料管和计量泵构成的准闭合供料回路，可以有效抑制纺丝料液中溶剂的快速挥发，解决了纺丝过程中纺丝料液中的溶剂挥发导致的纺丝料液浓度和粘度变化问题，同时实现了纺丝料液的长时间连续供料。

恒温槽A和恒温槽B内通恒温循环水，可保证纺丝过程中纺丝料液的粘度不受外界环境温度的影响，解决了纺丝料液的粘度受环境温度影响变化大而造成纺丝状态不稳定、纳米纤维质量差的问题。

本发明的圆盘状纺丝喷头，是一种方便拆卸和组装的组合体，可以通过调节构成螺旋环的丝线的直径螺旋的外径螺旋的螺距P和纺丝喷头的间距D1，实现对纺丝喷头的载液量和纺丝的临界电压的控制，可有效的提高纺丝的效率和操作安全性。

另外，本发明可拆卸式的环状纺丝喷头制作简单、拆卸方便、易于清洗，制造及维护成本低，解决了堵针、滴液、针头拆卸清洗困难，提高了设备的实用性和生产效率，有利于规模化生产的推广应用。

本发明提供的无针式静电纺丝设备，纺丝喷头的主要组成部件螺旋环取代了针头，解决了针式纺丝喷头的堵针、针头间的电场排斥和纺丝效率低下问题；准闭合供料回路有效地抑制了纺丝过程中储料槽内的溶剂挥发，储料槽与储料罐的恒温槽避免了环境温度变化导致的料液粘度变化；纺丝喷头结构简单，独立可拆卸，易于拆分、组合及清洗，解决了大量纺丝针头的装卸和清洗等不便，降低维护及维修成本，提高了纺丝效率，便于规模化生产，可以很好地满足实际应用的需要。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种无针式静电纺丝设备，其特征在于，包括纺丝盒(100)、供料系统(200)、接收对电极(300)、高压电源(400)和驱动系统(500)，其中：

所述供料系统(200)与所述纺丝盒(100)相连接；

所述接收对电极(300)位于所述纺丝盒(100)的上方，并接地；

所述高压电源(400)的正电极与所述纺丝盒(100)相连，其负电极接地；

所述驱动系统(500)设置在所述纺丝盒(100)的一端；

所述纺丝盒(100)包括纺丝喷头(110)、传动轴(120)、储料槽(130)、回流板(140)、恒温槽A(150)、密封盖(160)和电极接线柱(180)，其中：

所述纺丝盒(100)为双层夹套箱体结构，内层为弧形的所述储料槽(130)，外层为长方体形的所述恒温槽A(150)；

所述传动轴(120)的主体设置在所述储料槽(130)内，所述传动轴(120)穿过所述纺丝喷头(110)，两端伸出所述储料槽(130)和所述恒温槽A(150)外，其中一端连接所述驱动系统(500)；

所述电极接线柱(180)穿过所述恒温槽A(150)和所述储料槽(130)固定于所述储料槽(130)的底部，并与所述高压电源(400)的正电极相连；

所述回流板(140)固定在所述储料槽(130)上，所述纺丝喷头(110)可转动地插入所述回流板(140)上开设的槽内；

所述密封盖(160)罩在所述纺丝喷头(110)的上方；

所述回流板(140)为板状，从其一端的中间开设有间隙槽(141)，另一端为结合端(143)，所述间隙槽(141)的两边形成两个翼板(142)，所述两个翼板(142)在所述结合端(143)结合为一体，形成所述两个翼板(142)平行的叉状结构；

所述密封盖(160)可拆卸，对应于所述纺丝喷头(110)的位置开设有纺丝孔(161)。

2.根据权利要求1所述的无针式静电纺丝设备，其特征在于，所述纺丝喷头(110)为圆盘状组合体，包括圆形的支撑架(111)和螺旋环(112)，其中：

所述支撑架(111)位于所述纺丝喷头(110)的中心；

所述螺旋环(112)位于所述支撑架(111)的外缘；

所述支撑架(111)与所述螺旋环(112)之间的连接方式为嵌套连接或非永久性焊接或导电性粘接；

所述支撑架(111)的直径为20mm-1000mm。

3.根据权利要求2所述的无针式静电纺丝设备，其特征在于，所述支撑架(111)的直径为50mm-200mm。

4.根据权利要求2所述的无针式静电纺丝设备，其特征在于，所述螺旋环(112)是由一条尺寸均匀的丝线首尾相接构成的闭合螺旋环状结构，构成所述螺旋环(112)的所述丝线的直径为0.1mm-5mm；所述螺旋环(112)的外径尺寸为所述螺旋环(112)的螺距P为

5.根据权利要求4所述的无针式静电纺丝设备，其特征在于，所述螺旋环(112)的外径尺寸为所述螺旋环(112)的螺距P为

6.根据权利要求1所述的无针式静电纺丝设备，其特征在于，所述纺丝喷头(110)的数目为1-100个，所述纺丝喷头(110)沿传动轴(120)的轴向平行排列，所述纺丝喷头(110)的数目大于1时，所述纺丝喷头的间距D1为5-30cm。