CN108221066A - 一种基于气动的静电纺丝装置 - Google Patents

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冯章启
李通
史传梅
袁旭
严珂
夏鹭
夏一鹭
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    • 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
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种基于气动的静电纺丝装置，设有供气装置、气体分流装置以及喷射装置。其中，供气装置引入高压气流，可转移射流表面电荷，降低表面电荷密度，减小射流间的电荷干扰，同时可以细化纳米纤维，改善纳米纤维的质量；通过导气装置，使喷射针头之间留有空隙，进一步降低射流间的电荷干扰，通过干燥装置，降低湿度对操作条件的影响，从而降低环境参数对静电纺丝的影响；采用喷射针头，易拆卸，易清洗，易更换。该装置能改善静电纺丝的质量，显著提高静电纺丝的产率，解决了传统静电纺丝所具有的问题，改良了近年来利用鞘气进行静电纺丝的装置，为静电纺丝的产业化提供了可能。

Description

一种基于气动的静电纺丝装置
技术领域
本发明涉及一种静电纺丝装置，尤其是涉及利用鞘气分流提高静电纺丝效率的一种基于气动的静电纺丝装置。
背景技术
静电纺丝技术是指聚合物溶液或熔体在高压静电场力作用下发生喷射拉伸，经溶剂挥发固化，得到纤维状材料的一种方法。静电纺丝技术具有工艺简单，可纺聚合物较广和成本低的优点。静电纺丝相对于其他常规纺丝工艺最主要的特点是可得到比表面积大、孔隙率高、孔径小、长径比大的纳米纤维。静电纺丝的过程参数主要包括聚合物溶液的性质、工艺参数以及环境参数(包括温度、湿度)，
调节各因素对产品的纤维直径、孔隙率、强度等性能指标有重要影响。其中纤维直径是最关键的性能指标，研究表明，高压、低粘度、低流体推进量有利于纤维的细化。由于静电纺丝纳米纤维高度比表面积和孔隙率，已在服装材料、过滤材料、生物医用材料电极和隔膜材料等方面得到广泛应用。
传统静电纺丝装置，通常每小时最多纺1.5g，或者每小时最多能喷6ml，电纺的效率很低。近年来，提高静电纺丝效率的方法主要是采用多针头静电纺丝装置来进行批量制造，但是由于静电排斥力的作用，使各个喷射针头的喷射状态不一致，难以保证每个喷射针头进行持续纺丝，同时静电排斥力也使射流不稳定，使纳米纤维的形态尺寸差异大，影响纳米纤维膜的质量。也有部分引入高压气体来提高效率，但是受到环境参数影响较大，尤其是湿度的影响，当湿度较大时，通过供气泵提供气体时，气体中含较多水分，影响电纺。目前规模化静电纺丝装置所采用的喷头很难拆卸，且易堵塞，难清理，造成很大的资源浪费，严重阻碍了静电纺丝的发展。
发明内容
本发明目的在于，针对上述问题，提供减小纺丝射流间的静电排斥力的干扰，提高静电纺丝效率，降低环境参数对电纺的影响，提高静电纺丝质量的一种基于气动的静电纺丝装置。
本发明设有供气装置、气体分流装置以及喷射装置；
供气装置包括：依次连接的气体干燥装置、空气压缩机，气体导管转接装置；
与气体导管转接装置相连的气体分流装置连接喷射装置；
其中，喷射装置包括高压电源，可控注射装置，注射器，喷射针头、导气装置以及接收装置；可控注射装置与注射器连接，注射器与喷射针头连接；通过引气通道、导气通道构成的所述导气装置；其中，引气通道连接气体分流装置，导气通道一端封闭，另一端对应接收装置开口；喷射针头穿过导气通道封闭一端并延伸接近接收装置，高压电源的负极接地，正极与导气装置连接。
供气装置的气体干燥装置、空气压缩机，气体导管转接装置之间通过内径6～8mm的气体导管连接；气体分流装置一端通过气体导管转接装置与内径为3～5mm的气体导管连接，另一端与喷射装置之间通过内径为3～5mm的气体导管连接。
进一步的，喷射针头为一根或多根,喷射针头为21号不锈钢针头。
进一步的，导气装置为金属三通管。
进一步的，供气装置的空气压缩机与气体导管转接装置之间设有调压阀，气体压力表；
进一步的，气体分流装置与喷射装置之间设有辅助调压阀，辅助气体压力表。
进一步的，气体干燥装置，内部设有干燥剂及升温装置。
优选的，喷射针头与导气装置之间设有密封结构，密封结构采用AB胶、密封圈。
在本发明中，气体分流装置连接有不少于1个喷射装置。
本发明具有以下显著优点：
1.通过引入高压气流，可转移射流表面电荷，降低表面电荷密度，减小射流间的电荷干扰，同时可以细化纳米纤维，改善纳米纤维的质量；
2.通过导气装置，使喷射针头之间留有空隙，进一步降低射流间的电荷干扰，进一步改善静电纺丝的质量，还可显著提高静电纺丝的产率；
3.通过干燥装置，降低湿度对操作条件的影响，从而降低环境参数对静电纺丝的影响；采用自制喷射针头，易拆卸，易清洗，易更换。
4.解决了传统静电纺丝所具有的问题，改良了近年来利用鞘气进行静电纺丝的装置，为静电纺丝的产业化提供了可能。
附图说明
图1是本发明实施例的结构组成示意图，图中箭头为气流方向。
图2是本发明实施例的喷射针头与导气装置组合的结构示意图。
图3是本发明实施例气体干燥装置的结构示意图。
图4是本发明实施例多喷射针头与导气装置组合的结构示意图。
图中，各标记为：1.气体干燥装置，2.空气压缩机，3.分气装置，4.气体压力表，5.调压阀，6.内径6～8mm的气体导管，7.辅助调压阀，8.辅助气体压力表，9.气体导管转接装置，10.高压电源，11.可控注射装置，12.注射器，13.导气通道，14.接收装置，15.内径3～5mm的气体导管，16.引气通道，17.喷射针头，18.加热装置，19.干燥剂。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参见图1～3，本发明实施例设有供气装置、气体分流装置以及喷射装置；
供气装置包括：依次连接的气体干燥装置1，空气压缩机2，气体导管转接装置9；供气装置之间通过内径6～8mm的气体导管6连接；供气装置中气体干燥装置1与气体导管转接装置9之间设有调压阀5，气体压力表4。气体干燥装置1中，内部设有干燥剂19及升温装置18。
与气体导管转接装置9相连的气体分流装置3连接喷射装置；供气装置与喷射装置之间通过内径为3～5mm的气体导管15连接。气体分流装置3与喷射装置之间设有辅助调压阀7，辅助气体压力表8。
喷射装置包括高压电源10，可控注射装置11，注射器12，喷射针头17、导气装置以及接收装置14；所述可控注射装置11与注射器12连接，注射器12与喷射针头17连接；通过引气通道16、导气通道13构成的所述导气装置；本实施例中导气装置采用金属三通管。
其中，引气通道16连接气体分流装置3，导气通道13一端封闭，另一端对应接收装置14开口；喷射针头17穿过导气通道13封闭一端并延伸接近接收装置14，喷射针头17为21号不锈钢针头。
高压电源10的负极接地，正极与导气通道13连接。
喷射针头17与导气装置之间设有密封结构，密封结构采用AB胶。
图2局部放大导气装置与喷射针头17组合结构图，喷射针头通过密封装置与金属三通管连接，金属三通管一侧为引气装置16，另一侧为导气通道13，气体由引气通道16流入，经导气通道13流出，对喷射针头17喷嘴处的泰勒锥进行拉伸，细化纤维，改善纤维质量。
图3放大气体干燥装置1的结构图，设有升温装置18，干燥剂19，进气口与出气口。升温装置18与干燥剂19均可干燥气体，升温装置18升高气体干燥装置1内的气温，达到除湿目的，干燥剂19可以吸收气体中的水分，也可达到除湿目的，进气口保障装置足够气体进入操作系统，出气口将干燥气体输送给空气压缩机2，达到连续生产的目的。
图4针头和导气装置连接的放大图，以三针头为例，喷射针头与金属三通管同过密封装置连接，且多喷射针头在导气装置中呈均匀阵列排布，可以有效均分气流，确保各个喷射针头在纺丝时的工艺参数相同，从而保障产品即纳米纤维的质量，其他连接方式与单针头连接方式相同。
本实施例装置在工作时，气体干燥装置通过升温装置提高干燥装置内气温，达到除湿目的，通过干燥剂吸收气体中的水分，从另一方面除湿，提供干燥气体给空气压缩机，降低湿度对操作条件的影响。空气压缩机压缩干燥气体，压缩的辅助气体依次通过气体转接装置、气体分流装置，最终输送至引气通道，由导气通道吹向接收装置。气体分流装置可以将辅助气体分成多股气流，分别与多个引气通道连接，可以提高纺丝的效率，且可以控制喷射针头间的距离，减小静电排斥力的影响，从而改善现有利用鞘气进行静电纺丝的装置。连接在装置中的调压阀，辅助调压阀均调节管路中的气体流量，气体压力表及辅助气体压力表均可测定管路中的气体压强。高压电源正极连接在导气通道，接地端即负极与接收装置连接，提供静电场；可控注射装置与注射器连接，注射器与喷射针头连接，喷射针头穿过导气通道，流经导气通道的辅助气流对喷射针头喷嘴处的泰勒锥进行拉伸，可达到细化纤维，改善纤维的质量，且可带走部分表面电荷，减小静电排斥力，进行静电纺丝，提高电纺效率，并且改善纳米纤维质量。
本实施例在进行时，采用导气装置与喷射针头的组合进行，易拆卸，易清洗，易更换，并且提高资源的重复使用率。喷射针头与导气装置之间的独特设计，能够克服静电纺丝效率低，静电排斥力大的问题，为静电纺丝的产业化提供了可能。本实施例中经调压阀5及辅助调压阀7调节气流，间接调节气压，经气体压力表测定气压，气压控制在50kpa～200kpa；气体经气体干燥装置1干燥后，湿度控制在20％～30％；本实施例中，分气装置3有俩个分气口，在生产中可根据实际需要确定分气口数量。
尽管结合本实施方案具体介绍了本发明，但所属技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的想法和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于气动的静电纺丝装置，其特征在于，包括：供气装置、气体分流装置(3)以及喷射装置；
供气装置包括：依次连接的气体干燥装置(1)、空气压缩机(2)，气体导管转接装置(9)；
与气体导管转接装置(9)相连的气体分流装置(3)连接喷射装置；
所述的喷射装置包括高压电源(10)，可控注射装置(11)，注射器(12)，喷射针头(17)、导气装置以及接收装置(14)；所述可控注射装置(11)与注射器(12)连接，注射器(12)与喷射针头(17)连接；通过引气通道(16)、导气通道(13)构成的所述导气装置；其中，引气通道(16)连接气体分流装置(3)，导气通道(13)一端封闭，另一端对应接收装置(14)开口；喷射针头(17)穿过导气通道(13)封闭一端并延伸并接近接收装置(14)，高压电源(10)的负极接地，正极与导气装置(13)连接。
2.如权利要求1所述的基于气动的静电纺丝装置，其特征在于，所述供气装置的各部分之间通过内径6～8mm的气体导管(6)连接；气体分流装置(3)一端通过气体导管转接装置(9)与内径为3～5mm的气体导管(15)连接，另一端与喷射装置之间通过内径为3～5mm的气体导管(15)连接。
3.如权利要求1所述的基于气动的静电纺丝装置，其特征在于，所述喷射针头(17)为一根或多根。
4.如权利要求1或3所述的基于气动的静电纺丝装置，其特征在于，喷射针头(17)为21号不锈钢针头。
5.如权利要求1所述的基于气动的静电纺丝装置，其特征在于，所述的导气装置为金属三通管。
6.如权利要求1所述的基于气动的静电纺丝装置，其特征在于，供气装置的空气压缩机(2)与气体导管转接装置(9)之间设有调压阀(5)，气体压力表(4)；气体分流装置(3)与喷射装置之间设有辅助调压阀(7)，辅助气体压力表(8)。
7.如权利要求1所述的基于气动的静电纺丝装置，其特征在于，所述气体干燥装置(1)，内部设有干燥剂(19)及升温装置(18)。
8.如权利要求1所述的基于气动的静电纺丝装置，其特征在于，所述的喷射针头(17)与导气装置之间设有密封结构。
9.如权利要求1所述的基于气动的静电纺丝装置，其特征在于，所述的密封结构为AB胶、密封圈。
10.如权利要求1所述的基于气动的静电纺丝装置，其特征在于，所述的喷射装置不少于1个。
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