CN105586645A - 一种多功能真空纺丝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种多功能真空纺丝装置，可以进行真空静电纺丝、真空离心纺丝和真空离心静电纺丝。其中真空离心纺丝和真空离心静电纺丝部分是由传动系统、收集系统、加热系统、密封系统、控制系统、箱体部分组成的。真空静电纺丝部分是由加热系统、收集系统、密封系统、控制系统组成的。该设备可以一机多用，真空环境下减少了环境对纳米纤维丝的扰动，保证生产出均匀、取向性好、超洁净的超细纳米纤维。
Description
技术领域
本发明属于纺丝研究领域，具体涉及离心纺丝、真空纺丝和静电纺丝。
背景技术
纳米纤维由于具有比表面积大、孔隙率大、力学性能好等特性使它广泛的应用于生物医学、过滤材料、电子器械等方面。制造纳米纤维的方式多种多样，相比于其他的纳米纤维制造法，静电纺丝法具有操作简单、能够连续生产纳米纤维丝等优点，因此吸引了各国研究者的目光。传统静电纺丝法按原料的状态可分为熔体静电纺丝和溶液静电纺丝，但是传统静电纺丝的产率相对比较低，不能大规模的进行生产，因此人们将视角转向了离心静电纺丝，这种方法的原理是在离心力和静电力共同作用下进行纤维的制造，通过改变离心力和静电力的大小，来加速射流的速度，从而提高产率。传统的纺丝射流受空气温度、气流流动速率的影响比较大，成型的纤维不均匀，取向性比较差，很难被人们所利用。为了减少环境对纤维的影响，本发明提出了一种密封性更好的多功能真空纺丝装置，能够在真空中进行静电纺丝、离心纺丝、离心静电纺丝，从而制备出具有更高取向性和均匀性的超洁净、超细纤维。
发明内容
本发明的目的是提供一种装置，在真空条件下，通过该装置进行静电纺丝、离心纺丝、离心静电纺丝，制造出取向性和均匀性好的超洁净、超细纳米纤维。
本发明提出了一种多功能真空纺丝装置，能进行真空静电纺丝、真空离心纺丝和真空离心静电纺丝。其中真空离心纺丝和真空离心静电纺丝部分是由传动系统、收集系统、加热系统、密封系统、控制系统、箱体部分组成的。所述传动系统是由驱动电机、变频器、带有永磁铁的磁轴、磁性联轴器、底面有转轮的可旋转磁性纺丝盘构成。其中带有永磁铁的磁轴是由传动轴上焊接磁性联轴器的内转子制成的，底面有转轮的可旋转磁性纺丝盘是由纺丝盘上内焊接电磁联轴器的外转子，并且用螺钉连接转盘制成。驱动电机、变频器、带有永磁铁的磁轴放在真空箱的外部，底面带有转轮的可旋转磁性纺丝盘放于真空箱的内部。所述收集系统由绝缘橡胶垫和金属收集盘组成，绝缘收集垫放于真空箱的底面，金属收集盘放于绝缘橡胶垫上方。所述加热系统是由电磁加热器与底面有转轮的可旋转磁性纺丝盘构成，其放置在真空箱的外部。真空静电纺丝部分由加热系统、收集系统、密封系统、控制系统组成；真空静电纺丝部分的收集系统是由支柱和可移动式支撑板组成的，用来调节纺丝的收集距离。真空静电纺丝部分的加热系统是将电阻丝缠绕在直料筒上实现加热的。真空静电纺丝部分的密封系统和控制系统与真空离心纺丝和真空离心静电纺丝部分的密封系统和控制系统集成在一起。整个装置的密封系统是单纯的静密封，真空离心纺丝和真空离心静电纺丝部分通过磁性联轴器来传递扭矩，避免了使用动密封，从而大大提高了真空箱的密封性。真空箱门与真空箱、真空箱体下端的有机玻璃底座和真空箱之间采用硅橡胶密封条进行密封。高压电源线、真空箱抽气管、加热线圈的导线与真空箱采用O型圈进行密封。整个装置的控制系统是由无线测温热电偶、控制面板、显示面板、温控仪组成的，控制面板对真空度、加热温度、静电电压的实验参数进行设定。无线测温热电偶与底面有转轮的可旋转磁性纺丝盘是通过螺母进行连接，从而对熔体温度进行实时测量，并且将其反馈到温控仪进行控温。箱体部分主要由真空箱和外箱体组成的。真空箱下端和正面的材料为有机玻璃，其它位置为钢材。外箱体分为上下两层，上层放置真空箱，下层放置驱动电机、变频器、温控仪、真空泵设备。
附图说明
图1本发明真空纺丝装置的装配示意图
图2本发明内磁转子的原理示意图
图3本发明外磁转子的原理示意图
图4底面有转轮的可旋转磁性纺丝盘的部件图
图5转盘和纺丝盘连接形式的局部放大图
图中：1温控仪2真空箱抽气管3电磁加热器4O型圈5控制面板6显示面板7可移动式支撑板8静电纺丝设备9真空箱10支柱11底面有转轮的可旋转磁性纺丝盘11-1转盘11-2纺丝盘11-3电磁联轴器的外磁转子11-4螺钉12金属收集盘13绝缘橡胶垫14有机玻璃底座15带有永磁铁的磁轴16变频器17驱动电机18真空泵19外箱体。
具体实施方法
以下将参照附图对本发明作进一步的详细阐述。本领域的技术人员应理解，在此描述的实施例仅为示例，可以设想能够实现相同作用的其它特征，附图所绘制的特征可根据具体情况进行缩小或放大。
本发明提出了一种多功能的真空纺丝装置，能进行真空静电纺丝、真空离心纺丝、和真空离心静电纺丝。其中真空离心纺丝和真空离心静电纺丝部分是由传动系统、收集系统、加热系统、密封系统、控制系统、箱体部分组成的。真空离心纺丝和真空离心静电纺丝部分的传动系统是由驱动电机（17）、变频器（16）、带有永磁铁的磁轴（15）、磁性联轴器、底面有转轮的可旋转磁性纺丝盘（11）构成，其中带有永磁铁的磁轴（15）由传动轴上焊接磁性联轴器的内转子制成，底面有转轮的可旋转磁性纺丝盘（11）是由纺丝盘（11-2）上内焊接电磁联轴器的外转子（11-3），并且用螺钉（11-4）连接转盘（11-1）制成的，驱动电机（17）、变频器（16）、带有永磁铁的磁轴（15）放在真空箱（9）外部，底面带有转轮的可旋转磁性纺丝盘（11）放于真空箱（9）内部；真空离心纺丝和真空离心静电纺丝部分的收集系统由绝缘橡胶垫（13）和金属收集盘（12）组成，绝缘橡胶垫（13）放于真空箱（9）的底面上，金属收集盘（12）放于绝缘橡胶垫垫（13）上方；真空静电纺丝部分的收集系统由支柱（10）和可移动式支撑板（7）组成；真空离心纺丝和真空离心静电纺丝部分的加热系统是由电磁加热器（3）构成，放置在真空箱的外部；真空静电纺丝部分的加热系统是将电阻丝缠绕在直料筒上实现的；整个装置的整体密封系统是单纯的静密封，其中真空离心纺丝和真空离心静电纺丝部分通过电磁联轴器向转盘（11-1）传递扭矩，真空箱门与真空箱（9）、真空箱体下端的有机玻璃底座（14）和真空箱（9）之间采用硅橡胶密封条进行密封，高压电源线、真空箱抽气管（2）、加热线圈的导线与真空箱（9）采用O型圈（4）密封；整个装置的控制系统是由无线测温热电偶、控制面板（5）、显示面板（6）、温控仪（1）组成，通过控制面板（5）对真空度、加热温度、纺丝电压的实验参数进行设定，无线测温热电偶与底面有转轮的可旋转磁性纺丝盘（11）通过螺钉连接，从而对熔体温度进行实时测量，并且将其反馈到温控仪（1）进行控温；箱体部分主要由真空箱（9）和外箱体（19）组成，真空箱（9）下端和正面的材料为有机玻璃，其它位置为钢材，外箱体（19）分为上下两层，上层放置真空箱（9），下层放置驱动电机（17）、变频器（16）、温控仪（1）、真空泵（18）设备。
当采用真空离心静电纺丝时，首先将原料放进底面有转轮的可旋转磁性纺丝盘（11）内，将高压电源的正极接到收集盘（12）上，将负极接到转盘（11-1）上，关闭真空箱（9）操作门，在控制面板（3）上设定真空度、加热温度、纺丝电压的参数，真空泵（18）通过真空箱抽气管（2）将空气抽出，直到达到预先设定的真空度时，真空泵（18）停止工作。电磁加热器（3）将对底面有转轮的可旋转磁性纺丝盘（11）进行加热，无线测温热电偶对熔体进行温度测量，并将温度反馈到温控仪（1）上，从而精确的控制熔体的温度。随后对金属收集盘（12）进行通电，形成高压电场。最后在控制面板（5）上设置底面有转轮的可旋转磁性纺丝盘（11）的转速，控制面板（5）对驱动电机（17）进行控制，驱动电机（17）旋转，带动带有永磁铁的磁轴（15）进行旋转，内磁子与转盘（11-1）连接的外转子（11-3）在磁力作用下传递扭矩，从而使底面有转轮的可旋转磁性纺丝盘（11）进行高速旋转，原料在离心力的作用下向喷丝口处移动，在离心力和静电力的双作用下形成高速射流，随后固化成纳米纤维丝落在收集盘（12）上，待纺丝结束后，切断高压电源、驱动电机（17）电源和电磁加热器（3）电源，在真空箱（9）内通入空气，然后打开真空箱（9），取出真空中纺出的纳米纤维。本装置不使用高压电源部分即能进行离心纺丝。
真空静电纺丝部分包括加热系统、收集系统、密封系统、控制系统。采用真空静电纺丝时，首先通过支柱（10）和可移动的支撑板（7）调节好接收板和出丝口的距离，在静电纺丝设备（8）内加入原料，关闭真空箱门，然后在控制面板（5）上设置真空度、加热温度，真空泵（18）将真空箱（9）内的空气抽出，直到达到预先设定的真空度时，真空泵（18）停止工作。随后电阻丝对直料筒进行加热，直到纺丝材料被融化后，在纺丝喷头和可移动的支撑板（7）上加入高压电源进行静电纺丝，在静电力和重力的作用下产生纳米纤维丝，并落到可移动的支撑板（7）上进行收集。最后取出纳米纤维丝即可。
Claims (2)
1.一种多功能真空纺丝装置，其特征在于，它能进行真空静电纺丝、真空离心纺丝、和真空离心静电纺丝，其中真空离心纺丝和真空离心静电纺丝部分由传动系统、收集系统、加热系统、密封系统、控制系统、箱体部分组成；所述传动系统是由驱动电机、变频器、带有永磁铁的磁轴、磁性联轴器、底面有转轮的可旋转磁性纺丝盘构成，其中带有永磁铁的磁轴由传动轴上焊接磁性联轴器的内转子制成，底面有转轮的可旋转磁性纺丝盘是由纺丝盘上内焊接电磁联轴器的外转子，并且用螺钉连接转盘制成；驱动电机、变频器、带有永磁铁的磁轴放在真空箱的外部，底面带有转轮的可旋转磁性纺丝盘放于真空箱的内部；所述收集系统由绝缘橡胶垫和金属收集盘组成，绝缘收集垫放于真空箱的底面，金属收集盘放于绝缘橡胶垫上方；所述加热系统是由电磁加热器与底面有转轮的可旋转磁性纺丝盘构成，其放置在真空箱的外部；真空静电纺丝部分由加热系统、收集系统、密封系统、控制系统组成；真空静电纺丝部分的收集系统由支柱和可移动式支撑板组成；真空静电纺丝部分的加热系统是将电阻丝缠绕在直料筒上实现；真空静电纺丝部分的密封系统和控制系统与真空离心纺丝和真空离心静电纺丝部分的密封系统和控制系统集成在一起；整个装置的密封系统是单纯的静密封，真空箱门与真空箱、真空箱体下端的有机玻璃底座和真空箱之间采用硅橡胶密封条进行密封，高压电源线、真空箱抽气管、加热线圈的导线与真空箱采用O型圈进行密封；整个装置的控制系统由无线测温热电偶、控制面板、显示面板、温控仪组成，控制面板对真空度、加热温度、静电电压的实验参数进行设定，无线测温热电偶与底面有转轮的可旋转磁性纺丝盘通过螺母进行连接，对熔体温度进行实时测量，并且将其反馈到温控仪进行控温；整个装置的箱体部分由真空箱和外箱体组成，真空箱下端和正面的材料为有机玻璃，其它位置为钢材，外箱体分为上下两层，上层放置真空箱，下层放置驱动电机、变频器、温控仪、真空泵设备。
2.根据权利要求书1所述的一种多功能真空纺丝装置，其特征在于，真空离心纺丝和真空离心静电纺丝部分使用磁力联轴器传递扭矩。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into 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: 20160518 Assignee: SHANDONG YANGGU HUATAI CHEMICAL Co.,Ltd. Assignor: BEIJING University OF CHEMICAL TECHNOLOGY Contract record no.: X2024980001443 Denomination of invention: A multifunctional vacuum spinning device Granted publication date: 20171229 License type: Exclusive License Record date: 20240124 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |