CN109023557B - 一种静电纺丝装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种静电纺丝装置，包括驱动装置、进液联轴器、通液轴、溶液箱、旋转头、多个喷丝口、气泵、收集器、诱导绳、高压电源。本发明一种静电纺丝装置，通过气泵对溶液箱充气，利用气压差将纺丝溶液压到喷丝口，使溶液箱同时对多个喷丝口精确供液；诱导绳随旋转头甩动时，具有打散纺丝溶液、诱导纺丝溶液喷射、有效降低启动电压的作用；喷丝口旋转时，纺丝溶液在离心力的作用下甩入高压电场，产生射流，且通过调节高压电源的输出值、收集器与喷丝口的间距、纺丝溶液的溶度、气泵的压力等电纺工艺参数，能够进一步调节、控制射流的形成量和纤维的产量、品质。

Description

一种静电纺丝装置
技术领域
本发明涉及静电纺丝技术领域，具体为一种静电纺丝装置。
背景技术
静电纺丝，又称电纺，是生产纳米纤维的主要方法之一，以其工艺简单、成本低等优点成为材料领域中重要的研究课题。静电纺丝技术的原理为：将电纺装置喷丝口处的聚合物液滴处于高压静电场中，聚合物液滴会形成泰勒锥，当电场力足够大，液滴将克服表面张力在泰勒锥锥顶处形成射流，并在电场力、电荷排斥力等作用下被拉伸、细化，最后在收集装置上形成纳米纤维。
提高静电纺丝产量一直是电纺技术领域中的热点问题。采用实心针头蘸取法进行电纺无法连续供液，难以应用到批量化生产。单针头式静电纺丝技术虽然可以连续提供纺丝溶液，但是针头容易堵塞、单射流产量低等问题无法得到有效解决。采用多针头式静电纺丝技术，是单针头电纺技术的扩展，虽然在一定程度上可以提高纺丝产量，但是针头之间的电场力相互干扰，纤维向周边扩散，出现射流不稳定、纤维均匀度差、针头滴液等现象。
批量、高效地生产品质良好的纳米纤维是急需解决的问题。如CN 103334163 A公布的静电纺丝机，合理调整针头的内径、长度以及排列方式，解决多针头式电纺过程中出现的电场干扰现象。CN102703996 A 公开的一种静电纺丝装置气泡静电纺丝装置，CN102061530 A提出的离心式静电纺丝装置，CN103114347提供的连续纤维制造装置，都能较好地进行批量电纺。但是以上各技术方案无法同时满足纤维直径分布均匀、纤维形貌良好、射流喷射范围均匀以及电纺产量高等要求，批量化静电纺丝装置需要进一步地研制、改进。
为了解决上述问题，本案由此而生。
发明内容
（一）解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种纤维直径分布均匀、纤维形貌良好、射流喷射范围均匀以及电纺产量高的静电纺丝装置。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种静电纺丝装置，包括驱动装置、进液联轴器、通液轴、溶液箱、旋转头、多个喷丝口、气泵、收集器、诱导绳、高压电源。
所述通液轴和进液联轴器设置在溶液箱的内部，驱动装置设置在溶液箱的外部；所述进液联轴器的上端与通液轴连接，下端与驱动装置连接；所述旋转头与通液轴伸出溶液箱外侧的一端连接；所述喷丝口均布在旋转头的外周圆面上；所述气泵位于溶液箱的外部，且与溶液箱连接；所述进液联轴器、通液轴、旋转头和喷丝口四者内腔互相相通，且腔内设有多根诱导绳；所述多根诱导绳分别从喷丝口一一引出；所述收集器位于喷丝口的上方，且与高压电源的输出端连接。
优选的，所述诱导绳由10~200股不拧股、呈松散状态的绳芯组成。
优选的，所述驱动装置的输出转速为30rpm~1000rpm。
优选的，所述高压电源的输出电压值为1kV~50kV。
优选的，所述溶液箱上设置有观察口。
优选的，所述通液轴与溶液箱的上下交界处分别设置有上密封件和下密封件。
优选的，所述旋转头外周圆面设有多个喷丝口，喷丝口内径范围为0.06mm~20mm。
优选的，所述旋转头、喷丝口由绝缘材料制成。
（三）有益效果
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比，具备以下优点：本发明通过气泵对溶液箱充气，利用气压差将纺丝溶液压到喷丝口，从而使溶液箱同时对多个喷丝口精确供液；诱导绳随旋转头甩动时，诱导绳互相碰触，具有打散纺丝溶液、诱导纺丝溶液喷射、有效降低启动电压的作用；通液轴内的诱导绳之间、诱导绳与轴内壁之间构成毛细间隙，有利于溶液输送；喷丝口旋转时，纺丝溶液在离心力的作用下甩入高压电场，产生射流，且通过调节高压电源的输出值、收集器与喷丝口的间距、纺丝溶液的溶度、气泵的压力等电纺工艺参数，能够进一步调节、控制射流的形成量和纤维的产量、品质。
附图说明
图1为本发明示意图；
图2为本发明中通液轴结构正面剖视图。
图中：1驱动装置、2溶液箱、3收集器、4进液联轴器、5通液轴、6旋转头、7喷丝口、8气泵、9诱导绳、10高压电源、11上密封件、12下密封件。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细阐述。
如图1所示：一种静电纺丝装置，包括驱动装置1、进液联轴器4、通液轴5、溶液箱2、旋转头6、多个喷丝口7、气泵8、收集器3、诱导绳9、高压电源10。驱动装置1由驱动电机、联轴器、转动轴组成，驱动装置1输出转速范围为30rpm~1000rpm，收集器3可以为收集板、滚筒、金属电极网等电纺领域中常见的收集装置，收集器3上连接有高压电源10，高压电源10输出电压值为1kV~50kV，通过调节高压电源10的输出值、收集器3与喷丝口7的间距、纺丝溶液的溶度、气泵8的压力等电纺工艺参数，进一步调节、控制射流的形成量和纤维的产量、品质。
如图2所示：通液轴5和进液联轴器4设置在溶液箱2的内部，驱动装置1设置在溶液箱2的外部，进液联轴器4的上端与通液轴5连接，下端与驱动装置1连接，通液轴5由绝缘、耐腐蚀材料制成，内腔直径范围为5mm~3cm；旋转头6与通液轴5伸出溶液箱2外侧的一端连接，旋转头6由绝缘材料制成。
通液轴5与溶液箱2的上下交界处分别设置有上密封件11和下密封件12，密封件用以保证溶液箱2的密封性，旋转头6上设置有喷丝口7，其中旋转头6、喷丝口7由绝缘材料制成；其中进液联轴器4、通液轴5和旋转头6同轴心布置，且由驱动装置1驱动。
溶液箱2的外部设置有气泵8，通过气泵8对溶液箱2充气，保持溶液箱2内压力差并利用气压差将纺丝溶液压到喷丝口7，从而使溶液箱2同时对多个喷丝口7精确供液，且喷丝口7旋转时，纺丝溶液在离心力的作用下甩入高压电场，产生射流，不同旋转速度，其诱导效果不同。
如图1-2所示：进液联轴器4、通液轴5、旋转头6和喷丝口7四者内腔互相相通，且腔内设有多根诱导绳9，多根诱导绳9分别从喷丝口7一一引出，诱导绳9由10~200股绳芯组成，绳芯不拧股、保持各绳芯处于松散状态，同时诱导绳9在随旋转头6甩动时，具有打散纺丝溶液、诱导纺丝溶液喷射、有效降低启动电压的作用，选用不同直径、表面形状、材料的绳芯，其诱导效果不同。
进液联轴器4的外圆周面上均布多个进液孔，喷丝口7均布在旋转头6的外周圆面上。溶液箱2上设置有观察口，观察口的设置能够观察溶液箱2内纺丝液的使用情况。
本实施例的溶液，由进液联轴器4圆周面上均布的进液孔进入，流经通液轴5、旋转头6、最后从喷丝口7甩出。
工作原理：
1、按图1、图2所示装配装置，向溶液箱2内注入纺丝溶液；
2、设定驱动装置1中驱动电机的输出转速，使得诱导绳9开始甩动；
3、设定气泵8的输出压力，将纺丝溶液从溶液箱2内压到喷丝口7，此时纺丝溶液在诱导绳9的作用下，从喷丝口7中甩出；
4、设定收集器3（本实施例采用收集板）与喷丝口7的距离；
5、设定高压电源10的输出值，此时电纺丝溶液产生射流，并向收集板喷射，沉淀，最后形成纳米纤维。
以上所述依据实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项使用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其保护的范围。

Claims (8)

1.一种静电纺丝装置，其特征在于：包括驱动装置(1)、进液联轴器(4)、通液轴(5)、溶液箱(2)、旋转头(6)、多个喷丝口(7)、气泵(8)、收集器(3)、诱导绳(9)、高压电源(10)；
所述通液轴(5)和进液联轴器(4)设置在溶液箱(2)的内部，驱动装置(1)设置在溶液箱(2)的外部；所述进液联轴器(4)的上端与通液轴(5)连接，下端与驱动装置(1)连接；所述旋转头(6)与通液轴(5)伸出溶液箱(2)外侧的一端连接；所述喷丝口(7)均布在旋转头(6)的外周圆面上；所述气泵(8)位于溶液箱(2)的外部，且与溶液箱(2)连接；所述进液联轴器(4)、通液轴(5)、旋转头(6)和喷丝口(7)四者内腔互相相通，且腔内设有多根诱导绳(9)；所述多根诱导绳(9)分别从喷丝口(7)一一引出；所述收集器(3)位于喷丝口(7)的上方，且与高压电源(10)的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的一种静电纺丝装置，其特征在于：所述诱导绳(9)由10～200股不拧股、呈松散状态的绳芯组成。
3.根据权利要求1所述的一种静电纺丝装置，其特征在于：所述驱动装置(1)的输出转速为30rpm～1000rpm。
4.根据权利要求1所述的一种静电纺丝装置，其特征在于：所述高压电源(10)的输出电压值为1kV～50kV。
5.根据权利要求1所述的一种静电纺丝装置，其特征在于：所述溶液箱(2)上设置有观察口。
6.根据权利要求1所述的一种静电纺丝装置，其特征在于：所述通液轴(5)与溶液箱(2)的上下交界处分别设置有上密封件(11)和下密封件(12)。
7.根据权利要求1所述的一种静电纺丝装置，其特征在于：所述喷丝口(7)内径范围为0.06mm～20mm。
8.根据权利要求1所述的一种静电纺丝装置，其特征在于：所述旋转头(6)、喷丝口(7)由绝缘材料制成。
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