CN105970310A - 一种具有尖端结构盘状电极静电纺丝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有尖端结构盘状电极静电纺丝装置，用于静电纺丝技术领域，包括高压供电装置、纺丝电极和接收电极，纺丝电极呈圆盘状，纺丝电极通过转轴安装于转轴座上，纺丝电极具有锐利的外缘轮廓，高压供电装置可在纺丝电极和接收电极间形成产生射流所需的电场。本发明所设计的纺丝电极锐利的外缘轮廓形成尖端结构，在尖端处具有电荷聚集效应，能够促进诱导纺丝，降低纺丝电压，解决无针静电纺丝技术中存在的纺丝电压较高的问题并进一步提高纤维的生产质量及产量；不存在传统的针头式静电纺丝装置容易出现的喷头阻塞、难清理，阵列喷头在纺丝过程中容易出现“边缘效应”现象等缺点；该装置结构简单，加工容易，便于工业化应用。
Description
技术领域
本发明用于静电纺丝技术领域，特别是涉及一种具有尖端结构盘状电极静电纺丝装置。
背景技术
静电纺丝技术是一种利用静电场力生产纳米纤维的技术，其原理是：在高压静电场中，带电聚合物溶液在电场力的作用下形成泰勒锥，当电场力足够大，使得带电液滴克服自身表面张力形成带电射流，最后在收集机构上沉积固化成纳米纤维结构。
传统的针头式静电纺丝装置容易出现的喷头阻塞、难清理，阵列喷头在纺丝过程中容易出现“边缘效应”现象等缺点都影响了纤维质量，纺丝效率及产量较低。相比于喷头式静电纺，无针式静电纺具有产量高，纺丝设备简单，生产成本较低等特点。
专利CN201510390839.5提出的一种无针静电纺丝技术，其纺丝电极上的针尖结构，能够加强纺丝区域是的电场强度，降低纺丝电压，提高纤维质量，但阵列排布的针尖如果布置得不合理，容易造成针尖彼此电场的相互影响，削弱针尖上的电场强度，此外，阵列排布的针尖个数有限，难以增大纺丝面积，进而提高产量。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种具有尖端结构盘状电极静电纺丝装置，其提高了利用聚合物溶液制造纳米纤维的效率和稳定性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有尖端结构盘状电极静电纺丝装置，包括高压供电装置、纺丝电极和接收电极，所述纺丝电极呈圆盘状，纺丝电极通过与其轴线重合的转轴安装于转轴座上，所述纺丝电极具有锐利的外缘轮廓，高压供电装置与纺丝电极和接收电极导电连接并可在纺丝电极和接收电极间形成产生射流所需的电场。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述纺丝电极的下方设有液槽，纺丝电极绕转轴旋转时，纺丝电极的底部可浸没于液槽内的纺丝溶液中。
进一步作为本发明技术方案的改进，液槽的上方设有槽盖，槽盖和液槽紧密固定连接，槽盖上开有槽口，纺丝电极通过所述槽口部分置于液槽内，并与液槽内的纺丝溶液接触，槽盖上设有刮片，刮片与纺丝电极间的间隙可调，通过调节间隙的大小进而控制纺丝电极上纺丝溶液的厚度。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述高压供电装置的一极通过电缆线与接收电极连接起来，另一极通过电缆线与设置在液槽上的高压接头连接起来，所述接收电极和纺丝电极间设有挡板，所述挡板于纺丝电极的上方区域设有尺寸可调的开口。
进一步作为本发明技术方案的改进，还包括液泵和液箱，所述液槽上设有进液口，通过进液管将液箱、液泵、进液口依次连接起来，液泵能够为纺丝过程提供稳定持续的供液，所述液槽上设有出液口，出液口与液箱通过出液管连接。
进一步作为本发明技术方案的改进，液槽的两侧均设有转轴座，转轴的两端通过轴承安装于转轴座上，转轴为绝缘轴，还包括可驱动转轴转动的电机，电机固定在电机座上，电机的输出端与转轴间设有传动机构。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述传动机构包括同步带与同步轮，或者链轮与链条，或者绝缘联轴器。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述纺丝电极的外缘轮廓截面呈三角形或抛物线形或单支双曲线形或曳物线形。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述转轴上设有多个直径相同的纺丝电极，各纺丝电极等间距均匀分布。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述转轴上设有多个纺丝电极，各纺丝电极等间距均匀分布，转轴上多个纺丝电极的直径从中间沿两侧逐渐减小。
本发明的有益效果：
1、本发明所设计的纺丝电极锐利的外缘轮廓形成尖端结构，在尖端处具有电荷聚集效应，能够促进诱导纺丝，降低纺丝电压，解决无针静电纺丝技术中存在的纺丝电压较高的问题并进一步提高纤维的生产质量及产量；
2、不存在传统的针头式静电纺丝装置容易出现的喷头阻塞、难清理，阵列喷头在纺丝过程中容易出现“边缘效应”现象等缺点；
3、该装置结构简单，加工容易，便于工业化应用。
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是本发明整体结构主视图；
图3是图2中A-A处剖视图；
图4是本发明外缘轮廓呈三角形的纺丝电极截面示意图；
图5是本发明外缘轮廓呈曳物线形的纺丝电极截面示意图；
图6是本发明外缘轮廓呈抛物线形或单支双曲线形的纺丝电极截面示意图；
图7是本发明转轴上设有多个直径相同的纺丝电极结构示意图；
图8是本发明转轴上设有多个直径依次递减的纺丝电极结构示意图。
具体实施方式
参照图1至图8，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。
本发明提供了一种具有尖端结构盘状电极静电纺丝装置，参照图1、图2和图3，包括高压供电装置201、纺丝电极401和接收电极101，所述纺丝电极401呈圆盘状，纺丝电极401为导电材质，纺丝电极401的厚度为0.1mm-20mm，优选1mm-10mm，直径为5-500mm，优选为10-200mm，纺丝电极401通过与其轴线重合的转轴402安装于转轴座404上，所述纺丝电极401具有锐利的外缘轮廓，锐利的外缘轮廓使得纺丝所需电压低，能耗小，纤维的质量较好，产量更高；所述纺丝电极401的外缘轮廓可为多种形式，图4-图6所示为三种优选结构，即截面呈三角形或抛物线形或单支双曲线形或曳物线形。接收电极101为导电材质，其可为平板或圆柱。用来接收从纺丝电极401上喷射出来的纳米纤维，接收电极101设置在纺丝电极401的下方。所述纺丝电极401的下方设有液槽307，纺丝电极401绕转轴402旋转时，纺丝电极401的底部可浸没于液槽307内的纺丝溶液中。所述高压供电装置201采用高压静电发生器，所述高压供电装置201的一极通过电缆线202与接收电极101连接起来，另一极通过电缆线202与设置在液槽307上的高压接头203连接起来，高压供电装置201可在纺丝电极401和接收电极101间形成产生射流所需的电场。
参照图1，所述接收电极101和纺丝电极401间设有挡板102，所述挡板102于纺丝电极401的上方区域设有尺寸可调的开口，开口可根据不同的工艺要求调节纺丝区域，从而实现纺丝过程的可控性。
参见图1、图2，还包括液泵304和液箱301，所述液槽上设有进液口，通过进液管将液箱、液泵、进液口依次连接起来，液泵能够为纺丝过程提供稳定持续的供液，所述液槽上设有出液口，出液口与液箱通过出液管连接。通过液泵304及进液管302将液箱301中的纺丝溶液定量的输送到液槽307，并通过出液管303将溶液回流到液槽307去，从而实现持续稳定的循环供液，保证了溶液性质前后的稳定性。此外，液槽307的上方设有槽盖308，槽盖308和液槽307紧密固定连接，槽盖308上开有槽口，纺丝电极401通过所述槽口部分置于液槽307内，并与液槽307内的纺丝溶液接触，从而实现液槽307的相对密封，避免液槽307中的纺丝溶液与空气发生接触。此外，槽盖308上设有刮片，刮片与纺丝电极401间的间隙可调，通过调节间隙的大小进而控制纺丝电极上纺丝溶液的厚度。
液槽307的两侧均设有转轴座404，转轴402的两端通过轴承403安装于转轴座404上，转轴402为绝缘轴，还包括可驱动转轴402转动的电机501，电机501固定在电机座502上，电机501的输出端与转轴402间设有传动机构503。所述传动机构503包括同步带与同步轮，或者链轮与链条，或者绝缘联轴器等多种形式。
所述纺丝电极401可为单个圆盘的形式，也可为多个圆盘并列设置的形式，如图7所示， 所述转轴402上设有多个直径相同的纺丝电极401，各纺丝电极401等间距均匀分布。如图8所示，所述转轴402上设有多个纺丝电极401，各纺丝电极401等间距均匀分布，转轴402上多个纺丝电极401的直径从中间沿两侧逐渐减小。
工作时，纺丝电极401有一部分浸没在液槽307的纺丝溶液中，当高压静电发生器201启动时，纺丝电极401通过纺丝溶液与高压接头203与高压静电发生器201的一极导通，并在纺丝电极401与接收电极101之间产生高压就静电场。纺丝电极401在传动机构503带动下作旋转运动，当纺丝电极401附着有纺丝溶液的区域运动至圆盘顶部位置时，在电场力的作用下形成泰勒锥，当电场力增大到一定程度时，形成带电射流，最终沉积在接收电极101上。由于纺丝电极401上的尖端结构具有尖端电荷聚集效应，更容易产生电荷聚集，因而该结构的纺丝电极401所需要的纺丝电压较低，能耗较低。
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 (10)
1.一种具有尖端结构盘状电极静电纺丝装置，其特征在于：包括高压供电装置、纺丝电极和接收电极，所述纺丝电极呈圆盘状，纺丝电极通过与其轴线重合的转轴安装于转轴座上，所述纺丝电极具有锐利的外缘轮廓，高压供电装置与纺丝电极和接收电极导电连接并可在纺丝电极和接收电极间形成产生射流所需的电场。
2.根据权利要求1所述的具有尖端结构盘状电极静电纺丝装置，其特征在于：所述纺丝电极的下方设有液槽，纺丝电极绕转轴旋转时，纺丝电极的底部可浸没于液槽内的纺丝溶液中。
3.根据权利要求2所述的具有尖端结构盘状电极静电纺丝装置，其特征在于：液槽的上方设有槽盖，槽盖和液槽紧密固定连接，槽盖上开有槽口，纺丝电极通过所述槽口部分置于液槽内，并与液槽内的纺丝溶液接触，槽盖上设有刮片，刮片与纺丝电极间的间隙可调，通过调节间隙的大小进而控制纺丝电极上纺丝溶液的厚度。
4.根据权利要求2所述的具有尖端结构盘状电极静电纺丝装置，其特征在于：所述高压供电装置的一极通过电缆线与接收电极连接起来，另一极通过电缆线与设置在液槽上的高压接头连接起来，所述接收电极和纺丝电极间设有挡板，所述挡板于纺丝电极的上方区域设有尺寸可调的开口。
5.根据权利要求2所述的具有尖端结构盘状电极静电纺丝装置，其特征在于：还包括液泵和液箱，所述液槽上设有进液口，通过进液管将液箱、液泵、进液口依次连接起来，液泵能够为纺丝过程提供稳定持续的供液，所述液槽上设有出液口，出液口与液箱通过出液管连接。
6.根据权利要求2所述的具有尖端结构盘状电极静电纺丝装置，其特征在于：液槽的两侧均设有转轴座，转轴的两端通过轴承安装于转轴座上，转轴为绝缘轴，还包括可驱动转轴转动的电机，电机固定在电机座上，电机的输出端与转轴间设有传动机构。
7.根据权利要求6所述的具有尖端结构盘状电极静电纺丝装置，其特征在于：所述传动机构包括同步带与同步轮，或者链轮与链条，或者绝缘联轴器。
8.根据权利要求1所述的具有尖端结构盘状电极静电纺丝装置，其特征在于：所述纺丝电极的外缘轮廓截面呈三角形或抛物线形或单支双曲线形或曳物线形。
9.根据权利要求1所述的具有尖端结构盘状电极静电纺丝装置，其特征在于：所述转轴上设有多个直径相同的纺丝电极，各纺丝电极等间距均匀分布。
10.根据权利要求1所述的具有尖端结构盘状电极静电纺丝装置，其特征在于：所述转轴上设有多个纺丝电极，各纺丝电极等间距均匀分布，转轴上多个纺丝电极的直径从中间沿两侧逐渐减小。
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