CN107268093A - 一种带有纺丝溶液温度控制部件的静电纺丝设备 - Google Patents

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范长增
贾浩
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/78—Heating arrangements specially adapted for immersion heating
    • H05B3/82—Fixedly-mounted immersion heaters

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Abstract

本发明提供一种带有纺丝溶液温度控制部件的静电纺丝设备，包括纺丝溶液温度控制部件，纺丝溶液温度控制部件包括纺丝溶液腔体和纺丝溶液温度控制系统，纺丝溶液腔体为圆柱形金属腔体，金属腔体内盛装纺丝溶液的腔体壁中均匀安装4～8根电阻加热棒和1个电热偶，电阻加热棒和热电偶与纺丝溶液温度控制系统相连接，金属腔体内设有推进活塞，推进活塞与金属腔体内壁配合实现对纺丝溶液的封装，推进活塞与推进杆连接，推进杆与步进电机输出端连接，步进电机输入端与静电纺丝控制系统连接，金属腔体底部设有喷头连接口，喷头连接口通过溶液导出管与喷头连通。本发明采用电阻加热棒对纺丝溶液直接加热，其加热温度可达500℃，实现在高温下的静电纺丝。

Description

一种带有纺丝溶液温度控制部件的静电纺丝设备
技术领域
本发明涉及静电纺丝设备，具体涉及一种可对纺丝溶液进行直接加热的静电纺丝设备。
背景技术
静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。在外加电场的作用下，医用注射器针头处的液滴会由球形变为圆锥形(即“泰勒锥”)，并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。
目前市场上的静电纺丝设备根据纺丝溶液的不同主要分为溶液型静电纺丝、熔融型静电纺丝，对于溶液型静电纺丝设备，静电纺丝溶液主要是由医用注射器盛装，其通过微量泵实现对纺丝溶液的供给并经由导流管和纺丝喷头与外加电场相连，从而实现静电纺丝的过程。现在市场上的溶液型静电纺丝设备主要是常温下的静电纺丝设备，其仅能调节静电纺丝时的环境温度，且温度的调节范围较窄，在0℃～80℃之间，这对静电纺丝的研究和设备的优化具有较大的局限性，因此，能够大幅度调节静电纺丝溶液的温度就成了目前科研领域要攻克的课题之一。
发明内容
本发明旨在提供一种能够在静电纺丝过程中对静电纺丝溶液进行直接加热的静电纺丝设备。
本发明目的通过下述技术方案来实现：一种带有纺丝溶液温度控制部件的静电纺丝设备，包括静电纺丝设备，还包括纺丝溶液温度控制部件，所述纺丝溶液温度控制部件包括纺丝溶液腔体和纺丝溶液温度控制系统，所述纺丝溶液腔体为圆柱形金属腔体，所述金属腔体上部通过固定螺丝固定在悬挂臂上并悬挂在静电纺丝设备内部，所述金属腔体内盛装纺丝溶液的腔体壁中均匀安装4～8根电阻加热棒和1个电热偶，电阻加热棒和热电偶与纺丝溶液温度控制系统相连接，所述电阻加热棒用于对金属腔体和纺丝溶液进行加热，所述热电偶用于反馈金属腔体的温度，所述纺丝溶液温度控制系统用于控制加热温度，所述金属腔体内设有推进活塞，所述推进活塞与金属腔体内壁配合实现对纺丝溶液的封装，所述推进活塞与推进杆连接，所述推进杆与步进电机输出端连接，步进电机输入端与静电纺丝控制系统连接，所述金属腔体底部设有喷头连接口，所述喷头连接口通过溶液导出管与喷头连通。
本发明以实现常用静电纺丝设备全部功能为基础，通过采用多个电阻加热棒对纺丝溶液腔体进行加热，从而实现对纺丝溶液的加热，可使纺丝溶液的加热温度达到500℃，之后再加高电压进行静电纺丝过程。通过采用升高溶液温度的方式，实现较高温度下的静电纺丝从而达到高温下制备纳米纤维的目的。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
(1)本发明设备可以通过对纺丝溶液直接加热实现在高温下的静电纺丝。
(2)本发明设备设有多根电阻加热棒，对纺丝溶液的加热更均匀。
附图说明
图1为一种带有纺丝溶液温度控制部件的静电纺丝设备结构示意图。
图2为图1所示设备的纺丝溶液腔体结构示意图。
图3为图2所示纺丝溶液腔体的仰视图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明：
如图1～3所示，本发明实施例的一种带有纺丝溶液温度控制部件的静电纺丝设备，包括：步进电机1、悬挂臂2、推进杆3、固定螺丝4、纺丝溶液腔体5、热电偶6、电阻加热棒7、溶液导出管8、喷头9、静电纺丝控制系统10、溶液温度控制系统11，其中，纺丝溶液腔体5选用圆柱形铸铁腔体，外径为65mm，壁厚为11mm，高度为100mm，铸铁腔体上部设有4个固定螺孔5-1，铸铁腔体通过4个固定螺丝4固定在悬挂臂2上，并悬挂在静电纺丝设备内部；盛装纺丝溶液的腔体壁5-1中均匀设有6个加热棒安装孔5-4和1个热电偶安装孔5-6，用于安装6根电阻加热棒7和1个热电偶6，电阻加热棒的直径为8.0mm，长度为50mm，电阻加热棒可使纺丝溶液的加热温度达到500℃。热电偶选用铂铑合金热电偶，直径为3.0mm，长度为32mm。电阻加热棒7和热电偶6与纺丝溶液温度控制系11统电连接。纺丝溶液温度控制系统用于溶液温度调节与控制，其通过热电偶反馈的温度信息，根据目标温度调节电阻加热棒的电流、电压，实现对静电纺丝溶液温度的控制，从而使纺丝溶液稳定在目标温度，其显示屏可显示目标温度和当前温度，以便对静电纺丝过程进行控制。圆柱形铸铁腔体内设有推进活塞5-2，推进活塞与金属腔体内壁配合实现对纺丝溶液的封装，推进活塞与推进杆3连接，推进杆3与步进电机1输出端连接，步进电机1输入端与静电纺丝控制系统10连接，铸铁腔体底部设有喷头连接口5-5，喷头连接口5-5通过溶液导出管8与喷头9连通。喷头连接口5-5与溶液导出管8通过M10的螺口相连接，溶液导出管为黄铜材质，出口外径为3.0mm，管壁厚度为0.75mm。
本发明设备的安装及工作过程如下：
(1)将配置好的溶液装到纺丝溶液腔体5内，并通过推进活塞5-2将纺丝溶液密封于纺丝溶液腔内，通过喷头连接口5-5安装好静电纺丝的溶液导出管8与喷头9；
(2)将装有静电纺丝溶液的腔体通过4个固定螺孔5-1用固定螺丝4安装到悬挂臂2上；
(3)将推进活塞5-2与推进杆3通过定位孔相连以实现推进活塞并与步进电机1相连，以实现对纺丝溶液的推送；
(4)将6根电阻加热棒放入加热棒安装孔5-4内并固定，同时将热电偶安装于热电偶安装孔5-6内，并连接好溶液温度控制系统10以实现对静电纺丝溶液温度的控制；
(5)接通电源，通过溶液温度控制系统10调节温度至目标温度，待一段时间至达到目标温度并保持稳定；
(6)接通静电纺丝设备的电源，调节电压、接收板距离至合适参数，待电压稳定后即可进行静电纺丝过程；
(7)打开静电纺丝控制系统11的电脑及相关软件，在Z轴控制模块中通过调节相关参数控制静电纺丝过程。

Claims (5)

1.一种带有纺丝溶液温度控制部件的静电纺丝设备，其特征在于：包括纺丝溶液温度控制部件，所述纺丝溶液温度控制部件包括纺丝溶液腔体和纺丝溶液温度控制系统，所述纺丝溶液腔体为圆柱形金属腔体，所述金属腔体上部通过固定螺丝固定在悬挂臂上并悬挂在静电纺丝设备内部，所述金属腔体内盛装纺丝溶液的腔体壁中均匀安装4～8根电阻加热棒和1个电热偶，电阻加热棒和热电偶与纺丝溶液温度控制系统相连接，所述电阻加热棒用于对金属腔体和纺丝溶液进行加热，所述热电偶用于反馈金属腔体的温度，所述纺丝溶液温度控制系统用于控制加热温度，所述金属腔体内设有推进活塞，所述推进活塞与金属腔体内壁配合实现对纺丝溶液的封装，所述推进活塞与推进杆连接，所述推进杆与步进电机输出端连接，步进电机输入端与静电纺丝控制系统连接，所述金属腔体底部设有喷头连接口，所述喷头连接口通过溶液导出管与喷头连通。
2.根据权利要求1所述的一种带有纺丝溶液温度控制部件的静电纺丝设备，其特征在于：所述金属腔体为铸铁腔体，外径为65mm，壁厚为11mm，高度为100mm。
3.根据权利要求1所述的一种带有纺丝溶液温度控制部件的静电纺丝设备，其特征在于：所述电阻加热棒的直径为8.0mm，长度为50mm，所述热电偶为铂铑合金热电偶，直径为3.0mm，长度为32mm。
4.根据权利要求1所述的一种带有纺丝溶液温度控制部件的静电纺丝设备，其特征在于：所述喷头连接口与溶液导出管通过M10的螺口相连接，所述溶液导出管为黄铜材质，出口外径为3.0mm，管壁厚度为0.75mm。
5.根据权利要求1所述的一种带有纺丝溶液温度控制部件的静电纺丝设备，其特征在于：所述电阻加热棒可使纺丝溶液的加热温度达到500℃。
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