CN108374205A - 一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置，主要由驱动电机、电机支撑架、减速机、端盖、机筒、固定螺栓、动磨盘、喷嘴、驱动轴、自锁螺母、垫片、加热装置、温度传感器、轴承、料筒和气流导管组成。本发明装置采用磨盘式挤出机进行给料，在精确控制流量的同时，缩短了熔体流程，有效地防止了由于流程过长而引起高聚物熔体分解。装置结构简单，体积小，占用空间少，对加料方式无特殊要求，大小颗粒粒料、粉料均可，由于磨盘的存在尤其对大颗粒物料有优越性。动磨盘侧面开有螺线渐变流道，从上到下逐渐变浅，对熔体提供额外的输送力，同时使熔体在动磨盘外径周向均匀分布。动磨盘与端盖机筒之间的间隙可调，可满足加工更多种类物料的工艺要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置，属于静电纺丝领域。
背景技术
随着纳米科技的不断发展，纳米纤维在生活中的应用越来越广泛，静电纺丝被公认为是制备纳米纤维最简单最有效的方法。静电纺丝纳米纤维由于其高孔隙率、低渗透阻力的特点在微纳过滤、细胞培养、油水分离、制衣等方面有广泛的应用及发展前景。
目前静电纺丝的给料方式有压力式给料、螺杆挤出机给料等，但是每种给料方式都有一定的不足，压力式给料难以控制给料速率，不利于产生连续均匀的纤维。螺杆给料虽然可以控制给料速率，但是熔体流道较长不利于熔体的稳定性且设备占用空间较大。以上两种静电纺丝喷头存在共同的不足，CN103924309A中熔体通过纺丝喷嘴套件上均匀分布的流孔进入纺丝喷嘴与纺丝喷嘴套件之间的缝隙中，不利于熔体的均匀分布。CN103225116B中由于横向进风管以及键的存在同样不利于熔体的均匀分布，这种熔体的不均匀分布，直接导致纤维的不匀性。长塑化易导致高温下聚合物一定程度的降解，缩短塑化流程长，减少熔体在流道中的停留时间，有必要提出短流程的塑化及输送装置及方法。
发明内容
针对以上问题，本发明提出一种磨盘式熔体微分静电纺装置，利用具有螺线渐变流道的磨盘挤出机进行给料，精确控制给料速率的同时减小设备体积使物料塑化均匀并使熔融的物料均匀地分布在喷嘴周围，保证高效率的同时解决了熔体分布不均匀的问题且缩短了熔体流程，为熔体静电纺丝的进一步研究奠定了基础。
本发明提出一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置，纺丝装置主要由驱动电机、电机支撑架、减速机、端盖、机筒、固定螺栓、动磨盘、喷嘴、驱动轴、自锁螺母、垫片、加热装置、温度传感器、轴承、料筒和气流导管组成，料筒与端盖采用螺钉连接，端盖与机筒通过螺栓连接，驱动电机与气流导管固定在电机支撑架上，电机支撑架通过螺纹连接固定在机筒上，驱动轴通过轴上轴肩定位，驱动轴上装有动磨盘，动磨盘通过花键与驱动轴连接，由驱动轴上的固定螺母定位，喷嘴与驱动轴通过螺纹连接。
本发明一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置，采用磨盘式挤出机进行给料，驱动电机通过减速机驱动驱动轴旋转，驱动轴上装有动磨盘，通过花键与驱动轴连接，由驱动轴上的固定螺母固定，并通过调节上下螺母的位置实现动与端盖机筒上下间隙的改变以适应于不同黏度的物料，通过改变驱动电机的转速实现对给料的精确控制。
本发明一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置，熔融的熔体沿机筒内径均匀地分布在机筒与喷嘴的缝隙，在喷嘴外锥面上形成泰勒锥，可通过增大机筒内径增大熔体的均匀分布范围从而提高产量。
本发明一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置，动磨盘表面上接近边缘设计有凸棱并且凸棱相对于半径方向有一定的夹角，上下表面与半径的夹角相反，例如上表面与半径的夹角为30°及下表面与半径的夹角为-30°，使动磨盘上下表面的物料随着动磨盘的旋转均能够向动磨盘的内外边缘移动，即动磨盘上表面物料随着动磨盘的旋转向动磨盘的边缘移动，动磨盘的下表面物料随着动磨盘的旋转向动磨盘内侧移动，动磨盘侧面有螺线渐变流道，螺线渐变流道从上到下逐渐变浅，对物料提供额外的向下输送力并使物料均匀的分布在动磨盘周围。端盖的下端面及机筒的上端面上有凸棱，凸棱可以是扇形、菊花形或者臼目形。
本发明一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置，驱动轴内气流导管通高速气流，纤维在高速气流的拉伸作用下进一步细化，同时高速气流在纤维束中心由于伯努利原理形成的局部负压使纤维束向中心聚拢，有利于纤维直径的细化和聚拢收集。
本发明一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置，其外锥面喷嘴与驱动轴通过螺纹连接，易于拆装便于清洗，外锥面喷嘴与机筒锥面相互平行，通过对喷嘴与驱动轴螺纹配合的调节，改变缝隙的大小，对流量进行二次调节以实现更加精确的控制。
本发明一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置，其外锥面喷嘴与驱动轴通过螺纹连接并随着驱动轴的旋转而旋转，由于喷嘴的旋转，进一步使分布在喷嘴外锥面与机筒内锥面的缝隙熔体均布。
由以上方案可知，本发明一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置与现有技术相比有如下优点：
1、采用磨盘式挤出机进行给料，在精确控制流量的同时，缩短了熔体流程，有效的防止了由于流程过长而引起高聚物熔体分解。装置结构简单，体积小，占用空间少，对加料方式无特殊要求，大小颗粒粒料、粉料均可，由于磨盘的存在尤其对大颗粒物料有优越性。
2、采用磨盘式挤出机进行给料，使熔融的熔体沿机筒内径均匀的分布在机筒的内锥面上，提高纺丝纤维的均匀性。通过增大机筒内径，增大熔体均匀分布的面积，从而大大提高纺丝的产量与效率。
3、动磨盘侧面开有螺线渐变流道，从上到下逐渐变浅，对熔体提供额外的输送力，同时使熔体在动磨盘外径周向均匀分布。
3、动磨盘与端盖机筒之间的间隙可调，可满足加工更多种类物料的工艺要求。
4、外锥面喷嘴与驱动轴采用螺纹连接，易于拆装便于清洗，通过对喷头与驱动轴螺纹配合的调节，改变内外锥面缝隙的大小，对流量进行二次调节以实现更加精确的控制。
5、外锥面喷嘴驱动轴采用螺纹连接并随着驱动轴的旋转而旋转，使内外锥面缝隙中的流体分布更加均匀。
附图说明
图1为本发明一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置结构示意图。
图2为图1所示装置的动磨盘俯视图。
图3为图1所示装置的动磨盘轴测图。
图中：1-驱动电机，2-电机支撑架，3-减速器，4-端盖，5-固定螺栓，6-垫片，7-动磨盘，8-机筒，9-喷嘴，10-驱动轴，11-电磁加热装置，12-温度传感器，13-固定螺母，14-轴承，15-料筒，16-气流导管。
具体实施方式
本发明一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置及方法。如图1-3所示，该熔体静电纺丝装置由驱动电机1、电机支撑架2、减速器3、端盖4、固定螺栓5、垫片6、动磨盘7、机筒8、喷嘴9、驱动轴10、电磁加热装置11、温度传感器12、固定螺母13、轴承14、料筒15、气流导管16组成。料筒15与端盖4采用螺钉连接，驱动电机1与气流导管16固定在电机支撑架2上，电机支撑架2通过螺纹连接固定在端盖4上，驱动轴10通过轴上轴肩定位，驱动轴10上装有动磨盘6，通过花键与驱动轴10连接，由驱动轴10上的固定螺母13定位，喷嘴9与驱动轴10通过螺纹连接。
纺丝工作时，打开电磁加热装置11，在温度传感器12的控制下加热动磨盘7、机筒8和喷嘴9，待升温到设定的温度后，打开驱动电机1，带动驱动轴10及动磨盘7以设定的转速旋转，打开外接气源，向气流气流导管16输送空气，加料到料筒15中，物料在重力的作用下落到端盖4与动磨盘7的间隙，物料在间隙中熔融，熔融物料随着动磨盘6的旋转向动磨盘6的外围流动到动磨盘4与机筒8的间隙中，熔融物料在重力以及动盘7渐变流道的作用下进入到动磨盘7与机筒8的间隙，并随着动磨盘7的旋转向机筒8的内侧流动，均匀地分布到机筒8内侧璧面并向下流动到机筒8与喷嘴9的间隙，在喷嘴9外锥面的边缘形成泰勒锥。
Claims (6)
1.一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置，其特征在于：主要由驱动电机、电机支撑架、减速机、端盖、机筒、固定螺栓、动磨盘、喷嘴、驱动轴、自锁螺母、垫片、加热装置、温度传感器、轴承、料筒和气流导管组成，料筒与端盖采用螺钉连接，端盖与机筒通过螺栓连接，驱动电机与气流导管固定在电机支撑架上，电机支撑架通过螺纹连接固定在机筒上，驱动轴通过轴上轴肩定位，驱动轴上装有动磨盘，动磨盘通过花键与驱动轴连接，由驱动轴上的固定螺母定位，喷嘴与驱动轴通过螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置，其特征在于：动磨盘表面上接近边缘设计有凸棱并且凸棱相对于半径方向有一定的夹角，上下表面与半径的夹角相反，动磨盘侧面有螺线渐变流道，螺线渐变流道从上到下逐渐变浅，对物料提供额外的向下输送力并使物料均匀的分布在动磨盘周围。
3.根据权利要求1所述的一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置，其特征在于：端盖的下端面及机筒的上端面上有凸棱。
4.根据权利要求3所述的一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置，其特征在于：凸棱是扇形、菊花形或者臼目形。
5.根据权利要求1所述的一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置，其特征在于：驱动轴内气流导管通高速气流。
6.根据权利要求1所述的一种磨盘式熔体微分静电纺丝装置，其特征在于：外锥面喷嘴与驱动轴通过螺纹连接，外锥面喷嘴与机筒锥面相互平行，通过对喷嘴与驱动轴螺纹配合的调节。
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