CN105401233A - 一种尖齿笼状电极静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尖齿笼状电极静电纺丝装置，包括尖齿笼状电极、电源及收集装置，尖齿笼状电极包括两个端板及一个和多个尖齿直线型电极，两个端板上设有转轴，尖齿直线型电极在远离转轴的一侧边缘设有若干与转轴的轴线等距且均匀分布的尖齿，电源分别与尖齿笼状电极和收集装置导电连接，电源开启后可在各尖齿和收集装置间形成射流所需的电场。用直线型尖齿电极来组合尖齿笼状电极，结构简单，方便加工，容易保证每一根电极安装在同一圆上，从而保证了电场的均匀性，而且两个端板间具有多个直线型尖齿电极时，通过转轴转动，可在其中一个直线型尖齿电极纺丝中，完成其他直线型尖齿电极上溶液的均布操作，使纺丝工作持续进行，提高纺丝效率。

Description

一种尖齿笼状电极静电纺丝装置

技术领域

本发明用于静电纺丝技术领域，特别是涉及一种尖齿笼状电极静电纺丝装置。

背景技术

目前，纳米纤维已经广泛运用于环保、生物医药等领域，而目前用于生产纳米纤维最多的技术即为静电纺丝技术，此技术依靠高压静电场的作用，把射流拉伸、劈裂，最终形成纳米纤维的方法。

静电纺丝纳米纤维的工业化运用离不开静电纺丝的纳米纤维批量生产问题，目前用于批量生产纳米纤维的技术有多喷头静电纺丝装置，此方法可以实现批量化静电纺丝，但每个喷头的供液差异性较大，而且难于解决喷头堵塞和滴液问题；第一代蜘蛛纺技术，可以实现大批量生产，而且产量比较大，但其能耗较大，并且用于纺丝溶液与空气接触面积比较大，造成前后纺丝质量不一的情况，因此已经被埃尔马克公司淘汰，第二代蜘蛛纺技术解决了溶液挥发性问题，但牺牲了产量，同时存在一个电极丝难清洗的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种利用尖齿电极，可诱导纺丝，降低能耗的尖齿笼状电极静电纺丝装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种尖齿笼状电极静电纺丝装置，包括尖齿笼状电极、电源及与所述尖齿笼状电极正对设置的收集装置，所述尖齿笼状电极包括两个端板及设在两个端板间的一个和多个尖齿直线型电极，两个端板上设有转轴，所述尖齿直线型电极在远离转轴的一侧边缘设有若干与所述转轴的轴线等距且均匀分布的尖齿，所述电源分别与所述尖齿笼状电极和收集装置导电连接，电源开启后可在各尖齿和收集装置间形成射流所需的电场。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述端板为圆盘，所述圆盘在一个圆周上开设若干插孔，若干尖齿直线型电极的两端安装在所述插孔内，尖齿直线型电极和两端的圆盘形成笼状结构，各尖齿直线型电极的尖齿到所述转轴轴线的距离大于所述圆盘的直径。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述尖齿直线型电极包括直线型的金属片，所述金属片的边缘通过剪裁形成尖齿。

进一步作为本发明技术方案的改进，在所述尖齿笼状电极的下方设有喂液箱，所述喂液箱的两端具有侧边绝缘挡板，侧边绝缘挡板上设有轴承孔，所述尖齿笼状电极的转轴通过轴承装在侧边绝缘挡板的轴承孔内，所述转轴的一端设有电机，所述电机的输出轴通过绝缘的传动机构与转轴连接。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述喂液箱在两侧边绝缘挡板间设有前后绝缘挡板，喂液箱通过侧边绝缘挡板和前后绝缘挡板形成正对所述接收装置的开放口。

进一步作为本发明技术方案的改进，还包括储液容器，所述喂液箱在一侧边绝缘挡板上设有进液口，在喂液箱的底部设有出液口，所述储液容器通过导液管分别与进液口和出液口连接，储液容器与进液口间的导液管上设有供液泵，储液容器与出液口间的导液管上设有回流泵。

进一步作为本发明技术方案的改进，喂液箱内在进液口和出液口间设有液流槽，所述液流槽的顶部收窄并在所述尖齿笼状电极的下方形成溢出槽口，所述喂液箱内在溢出槽口的顶部形成供尖齿笼状电极转动时浸蘸纺丝溶液的喂液仓。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述喂液仓的底部形成向所述溢出槽口倾斜的回流斜坡，所述回流斜坡为直线型坡或者曲线形坡。

本发明的有益效果：本发明中尖齿的尖端具有尖端电荷聚集效应，通过在尖齿上均布纺丝溶液，电源开启后在尖齿和收集装置间的射流电场作用下，均布在齿尖的溶液上电荷更容易聚集，最终突破纺丝溶液的表面张力，形成稳定的射流，又因尖齿的大小和分布位置均匀，因此射流电场分布均匀，所产生射流也比较均匀，因此可以收集到均匀的纳米纤维。

本发明具有以下优点：

1.本发明采用设有尖齿的尖齿直线型电极，齿尖具有尖端电荷聚集效应，容易诱导实现纺丝；

2.尖齿直线型电极的尖齿大小以及间距均匀，射流电场分布均匀，可以均匀产生射流，可以沉积均匀的纳米纤维；

3.用直线型尖齿电极来组合尖齿笼状电极，相比拱形电极结构简单，方便加工，容易保证每一根电极安装在同一圆上，从而保证了电场的均匀性，而且两个端板间具有多个直线型尖齿电极时，通过转轴转动，可在其中一个直线型尖齿电极纺丝中，完成其他直线型尖齿电极上溶液的均布操作，使纺丝工作持续进行，提高纺丝效率；

4.采用尖齿笼状电极可以减小溶液与空气的接触面积，从而保证前后不同时间的纺丝质量；

5.此电极结构简单，方便加工，适用于大批量制造。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明主视图；

图3是图2中A-A处剖视图；

图4是本发明喂液箱俯视图；

图5是图4中B-B处剖视图；

图6是本发明尖齿笼状电极结构示意图；

图7是本发明尖齿直线型电极结构示意图。

具体实施方式

参照图1至图7，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构。以下将详细说明本发明各元件的结构特点，而如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，是以图1所示的结构为参考描述，但本发明的实际使用方向并不局限于此。

本发明提供了一种尖齿笼状电极静电纺丝装置，包括尖齿笼状电极、电源4及与所述尖齿笼状电极正对设置的收集装置2，所述尖齿笼状电极包括两个端板及设在两个端板间的一个和多个尖齿直线型电极16，本发明中尖齿直线型电极16优选设置多个，所述尖齿直线型电极16包括直线型的金属片，所述金属片的边缘通过剪裁形成尖齿。所述端板为圆盘6，所述圆盘6在一个圆周上开设若干插孔，若干尖齿直线型电极16的两端安装在所述插孔内，尖齿直线型电极16和两端的圆盘6形成笼状结构，两个端板上设有转轴7，在所述尖齿笼状电极的下方设有喂液箱17，所述喂液箱17的两端具有侧边绝缘挡板28，侧边绝缘挡板28上设有轴承孔27，所述尖齿笼状电极的转轴7通过轴承装在侧边绝缘挡板28的轴承孔27内，所述转轴7的一端设有电机1，所述电机1的输出轴通过绝缘的传动机构18与转轴7连接。圆盘6与尖齿直线型电极16、转轴7均为导电材料，并且在安装的同时，在物理上是互相电路导通的；轴承孔27上安装的轴承也是导电的，电机1通过传动机构18与转轴7连接，传动机构18是可以将电机1与转轴7在物理上绝缘的，传动机构18将电机1的动力传动给转轴7，带动尖齿笼状纺丝电极上的尖齿直线型电极16转动；

所述尖齿直线型电极16在远离转轴7的一侧边缘设有若干与所述转轴7的轴线等距且均匀分布的尖齿，所述电源4分别与所述尖齿笼状电极和收集装置2导电连接，电源4开启后可在各尖齿和收集装置2间形成射流所需的电场。使得每根尖齿直线型电极16的尖齿齿尖都能内切于同一圆弧上，各尖齿直线型电极16的尖齿到所述转轴7轴线的距离大于所述圆盘6的直径，使得尖齿直线型电极16在浸泡纺丝溶液时，圆盘6不会浸泡溶液，也可以减小圆盘6对纺丝空间电场的影响。

所述喂液箱17在两侧边绝缘挡板28间设有前后绝缘挡板23，两侧边绝缘挡板28和前后绝缘挡板23隔绝了纺丝电极受除收集装置外的其他装置的电场影响，喂液箱17通过侧边绝缘挡板28和前后绝缘挡板23形成正对所述接收装置2的开放口。前后绝缘挡板23与侧边绝缘挡板28的另外一个作用为防止带液尖齿笼状电极在转动过程中受离心力和电场力作用，溶液向四周喷射，因此构成了喂液箱17的结构采用单方向的开放口。

还包括储液容器12，所述喂液箱17在一侧边绝缘挡板28上设有进液口22，在喂液箱17的底部设有出液口21，所述储液容器12通过导液管8、10、13、15分别与进液口22和出液口21连接，储液容器12与进液口22间的导液管8、10上设有供液泵9，储液容器12与出液口21间的导液管13、15上设有回流泵14。喂液箱17内在进液口22和出液口21间设有液流槽26，所述液流槽26的顶部收窄并在所述尖齿笼状电极的下方形成溢出槽口25，所述喂液箱17内在溢出槽口25的顶部形成供尖齿笼状电极转动时浸蘸纺丝溶液11的喂液仓。所述喂液仓的底部形成向所述溢出槽口25倾斜的回流斜坡24，所述回流斜坡24为直线型坡或者曲线形坡。采用本喂液箱17供液结构和供液方式，降低了喂液箱17中溶液与空气的接触面积，减小溶剂挥发，保证了纺丝质量，同时实现了循环供液，对连续批量化生产提供了可能。

工作时，在供液泵9的作用下，储液容器12里面的纺丝溶液11被输送至喂液箱17里面的液流槽26中，液流槽26的另一侧有一个出液口21，出液口21是通过导液管15与回流泵14导通的，回流泵14通过导液管13将回流溶液输送回储液容器12里面完成一个循环；纺丝溶液11在供液泵9与回流泵14的作用下，纺丝溶液11在液流槽26里面充满，从溢出槽口25中溢出，在回流斜坡24上形成一个喂液仓，通过调整供液泵9与回流泵14的工作参数，可以在纺丝过程中维持纺丝液11在回流斜坡24形成的喂液仓溶液量的大小，从而控制尖齿笼状电极中尖齿直线型电极16浸泡在溶液里面的深度，供液泵9与回流泵14在保证喂液液面高度的同时，使得溶液循环流动，有利于新鲜纺丝溶液的补充，保证了从溢出槽口25溢出的溶液供应稳定，保证纺丝质量，同时保证了溶液的回流，减少挥发。尖齿笼状电极在电机1带动下转动，每一根尖齿直线型电极16都将有均等的机会浸泡溶液从而携带溶液，从尖齿直线型电极16上滴落的溶液在回流斜坡24的作用下可回流至液槽中；收集装置2安装在喂液箱17唯一开放口相对的地方，电源4的一极通过导线3导通收集装置2，收集装置为导电材料，电源4的另外一极通过导线5与尖齿笼状电极的转轴7导通，因此笼状电极与收集装置2之间形成一个高压电场，尖齿笼状电极在转动过程中，尖齿直线型电极16的尖齿上带有纺丝溶液，当带有纺丝溶液的尖齿直线型电极16转动至喂液箱17唯一开放口时，在受到电场的作用下，尖齿受到尖端电荷聚集效应，诱导尖齿上的溶液形成射流，在空中进一步劈裂，最终在收集装置上沉积成纳米纤维。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种尖齿笼状电极静电纺丝装置，其特征在于：包括尖齿笼状电极、电源及与所述尖齿笼状电极正对设置的收集装置，所述尖齿笼状电极包括两个端板及设在两个端板间的一个和多个尖齿直线型电极，两个端板上设有转轴，所述尖齿直线型电极在远离转轴的一侧边缘设有若干与所述转轴的轴线等距且均匀分布的尖齿，所述电源分别与所述尖齿笼状电极和收集装置导电连接，电源开启后可在各尖齿和收集装置间形成射流所需的电场。

2.根据权利要求1所述的尖齿笼状电极静电纺丝装置，其特征在于：所述端板为圆盘，所述圆盘在一个圆周上开设若干插孔，若干尖齿直线型电极的两端安装在所述插孔内，尖齿直线型电极和两端的圆盘形成笼状结构，各尖齿直线型电极的尖齿到所述转轴轴线的距离大于所述圆盘的直径。

3.根据权利要求2所述的尖齿笼状电极静电纺丝装置，其特征在于：所述尖齿直线型电极包括直线型的金属片，所述金属片的边缘通过剪裁形成尖齿。

4.根据权利要求1所述的尖齿笼状电极静电纺丝装置，其特征在于：在所述尖齿笼状电极的下方设有喂液箱，所述喂液箱的两端具有侧边绝缘挡板，侧边绝缘挡板上设有轴承孔，所述尖齿笼状电极的转轴通过轴承装在侧边绝缘挡板的轴承孔内，所述转轴的一端设有电机，所述电机的输出轴通过绝缘的传动机构与转轴连接。

5.根据权利要求4所述的尖齿笼状电极静电纺丝装置，其特征在于：所述喂液箱在两侧边绝缘挡板间设有前后绝缘挡板，喂液箱通过侧边绝缘挡板和前后绝缘挡板形成正对所述接收装置的开放口。

6.根据权利要求4或5所述的尖齿笼状电极静电纺丝装置，其特征在于：还包括储液容器，所述喂液箱在一侧边绝缘挡板上设有进液口，在喂液箱的底部设有出液口，所述储液容器通过导液管分别与进液口和出液口连接，储液容器与进液口间的导液管上设有供液泵，储液容器与出液口间的导液管上设有回流泵。

7.根据权利要求6所述的尖齿笼状电极静电纺丝装置，其特征在于：喂液箱内在进液口和出液口间设有液流槽，所述液流槽的顶部收窄并在所述尖齿笼状电极的下方形成溢出槽口，所述喂液箱内在溢出槽口的顶部形成供尖齿笼状电极转动时浸蘸纺丝溶液的喂液仓。

8.根据权利要求7所述的尖齿笼状电极静电纺丝装置，其特征在于：所述喂液仓的底部形成向所述溢出槽口倾斜的回流斜坡，所述回流斜坡为直线型坡或者曲线形坡。