CN109137093A - 一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法 - Google Patents

一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109137093A
CN109137093A CN201811030553.6A CN201811030553A CN109137093A CN 109137093 A CN109137093 A CN 109137093A CN 201811030553 A CN201811030553 A CN 201811030553A CN 109137093 A CN109137093 A CN 109137093A
Authority
CN
China
Prior art keywords
free surface
spray head
water
spraying
fabrics
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811030553.6A
Other languages
English (en)
Inventor
覃小红
毛宁
王荣武
俞建勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nantong Top Textile Machinery Technology Co Ltd
Donghua University
National Dong Hwa University
Original Assignee
Nantong Top Textile Machinery Technology Co Ltd
Donghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nantong Top Textile Machinery Technology Co Ltd, Donghua University filed Critical Nantong Top Textile Machinery Technology Co Ltd
Priority to CN201811030553.6A priority Critical patent/CN109137093A/zh
Publication of CN109137093A publication Critical patent/CN109137093A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0069—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the spinning section, e.g. capillary tube, protrusion or pin
    • 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
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0092—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the electrical field, e.g. combined with a magnetic fields, using biased or alternating fields

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)

Abstract

本发明提供了一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法，所述多喷头是指喷头的数量大于三个，首先将各自由液面喷头摆放在接收装置的下方，自由液面喷头排布方式是在三喷头排布的基础上组合而成，首先以三个喷头排布形成一个基础单元，确定基础单元的形式，后续每增加一个喷头，均采用可与已排布好的喷头形成基础单元的形式的方式进行排布；然后通过电场模拟计算各自由液面喷头的临界电压值；再给各自由液面喷头独立加载所述临界电压，使得各自由液面喷头的自由液面完全被激发出多根射流，抽长拉细成纳米纤维，被接收装置基布接收。本发明采用多喷头排布进行静电纺丝，大大提高了生产效率，同时出丝状态稳定，纺丝效果好，可用于批量化静电纺丝。

Description

一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法
技术领域
本发明涉及静电纺丝技术领域，特别是涉及一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法。
背景技术
静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。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。在电场作用下，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。
申请号为201310032194.9的中国发明专利公开了一种伞状静电纺丝喷头及静电纺丝装置，其属于一种无针式自由液面静电纺丝装置，实现了静电纺丝纳米纤维膜的批量化生产。
然而单个喷头的产量十分有限，因此需要将该种喷头进行组合排布，以真正满足产业化需求，成倍提高生产效率。但是，喷头边缘的电场相互干扰会使得电场扰动，出丝状态不稳定，纺丝效果差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：如何提高静电纺丝的效率，同时保证出丝状态的稳定性，提高纺丝效果。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法，所述多喷头是指喷头的数量大于三个，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将各自由液面喷头摆放在接收装置的下方；自由液面喷头排布方式是在三喷头排布的基础上组合而成，即：首先以三个喷头排布形成一个基础单元，确定基础单元的形式，后续每增加一个喷头，均采用可与已排布好的喷头形成基础单元的形式的方式进行排布；
步骤2：通过电场模拟计算各自由液面喷头的临界电压值；
步骤3：给各自由液面喷头独立加载所述临界电压，使得各自由液面喷头的自由液面完全被激发出多根射流，抽长拉细成纳米纤维，最终被接收装置基布接收。
优选地，所述基础单元的形式为线性排布、等腰三角形排布或等边三角形排布。
更优选地，当基础单元为线性排布时，即首先将三个喷头成线性排布，后续每增加一个喷头，也只能在同一直线上成线性排布下去。
当基础单元为等腰三角形排布时，即首先将三个喷头成等腰三角形排布，后续每增加一个喷头，则该喷头的位置需与既定三个喷头中的任意两个喷头组成等腰三角形。
当基础单元为等边三角形排布时，即首先将三个喷头成等边三角形排布，后续每增加一个喷头，则该喷头的位置需与既定三个喷头中的任意两个喷头组成等边三角形。
更优选地，所述线性排布时，各自由液面喷头中心位置的连线与接收装置平行。
优选地，多喷头纺丝时，在一定距离范围内，由于其相互间的静电场作用使得电场受到干扰。而喷头间距与喷头的直径存在一定的交互关系，根据实际的生产情况设置各自由液面喷头的直径为25-50mm，相邻自由液面喷头的间距为30-100mm；所述间距是指两个自由液面喷头边缘之间的最近距离。
优选地，所述步骤2中，使用有限元模拟软件对不同喷头间距下的自由液面多喷头排布进行电场模拟，求得临界电压值。
优选地，所述步骤3中，接收装置基布运行速度设置为2m/min。
优选地，还包括步骤4：根据接收装置基布上收集到的纳米纤维网面积，计算单位时间内纳米纤维的产量。
本发明提供的方法克服了现有技术的不足，采用多喷头排布进行静电纺丝，大大提高了生产效率，同时出丝状态稳定，纺丝效果好，可用于批量化静电纺丝。
附图说明
图1是四自由液面喷头基于线性排布的俯视图；
图2是四自由液面喷头基于等腰三角形排布的俯视图；
图3是四自由液面喷头基于等边三角形排布的俯视图；
图4是五自由液面喷头基于线性排布的俯视图；
图5是五自由液面喷头基于等腰三角形排布的俯视图；
图6是五自由液面喷头基于等边三角形排布的俯视图；
图7是九自由液面喷头基于等腰三角形排布的俯视图；
图8是九自由液面喷头基于等边三角形排布的俯视图；
图9是九自由液面喷头电场模拟图(两种喷头排布方式a、b下的电场分布状况，颜色的深浅表示电场强度的大小)；
图10是九自由液面喷头临界电压下产量同喷头间距的关系图(图中实线a、b表示，虚线a、b分别表示两种喷头排布方式下临界电压与产量的关系)。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
四喷头排布。自由液面四喷头排布的静电纺丝方法，包括如下步骤：
步骤1：将四个自由液面喷头分别按照如图1、2、3所示的三种位置摆放在接收装置的下方，喷头顶端自由液面距离接收装置200mm。自由液面喷头采用直径为25mm的伞状喷头，喷头间距设置为30-70mm，接收装置基布运行速度设置为2m/min。
步骤2：通过电场模拟计算各自由液面喷头的临界电压值(可以出丝的最小电压值)。
使用有限元模拟软件对不同喷头间距下的四个自由液面喷头排布进行电场模拟，求得临界电压值。
步骤3：四个自由液面喷头独立加载临界电压，使得自由液面完全被激发出多根射流，抽长拉细成纳米纤维被基布接收。
步骤4：根据基布上收集到的纳米纤维网面积计算单位时间内四自由液面喷头的产量。
实施例2
五喷头排布。自由液面五喷头排布的静电纺丝方法，包括如下步骤：
步骤1：将五个自由液面喷头分别按照如图4、5、6所示的三种位置摆放在接收装置的下方，喷头顶端自由液面距离接收装置200mm。自由液面喷头采用直径为25mm的伞状喷头，喷头间距设置为30-70mm，接收装置基布运行速度设置为2m/min。
步骤2：通过电场模拟计算各自由液面喷头的临界电压值(可以出丝的最小电压值)。
使用有限元模拟软件对不同喷头间距下的五个自由液面喷头排布进行电场模拟，求得临界电压值。
步骤3：五个自由液面喷头独立加载临界电压，使得自由液面完全被激发出多根射流，抽长拉细成纳米纤维被基布接收。
步骤4：根据基布上收集到的纳米纤维网面积计算单位时间内五自由液面喷头的产量。
实施例3
九喷头排布。自由液面九喷头排布的静电纺丝方法，包括如下步骤：
步骤1：将九个自由液面喷头分别按照如图7、8所示的两种位置摆放在接收装置的下方，喷头顶端自由液面距离接收装置200mm。自由液面喷头采用直径为25mm的伞状喷头，喷头间距设置为30-70mm，接收装置基布运行速度设置为2m/min。
步骤2：通过电场模拟计算各自由液面喷头的临界电压值(可以出丝的最小电压值)。
使用有限元模拟软件对不同喷头间距下的九个自由液面喷头排布进行电场模拟，求得临界电压值。
步骤3：九个自由液面喷头独立加载临界电压，使得自由液面完全被激发出多根射流，抽长拉细成纳米纤维被基布接收。
步骤4：根据基布上收集到的纳米纤维网面积计算单位时间内九自由液面喷头的产量。
以下通过电场模拟软件ansys来计算九自由液面喷头图7、图8所示的两种排布下各喷头的临界电压值(可以出丝的最小电压值)。模拟参数如下：自由液面喷头为圆柱状，圆柱底面直径为25mm，圆柱体高50mm，相邻喷头之间的间距为30-70mm，材料为黄铜。仿真电压为50kV，所计算的区域是一个边长为200mm的立方体。图9是九自由液面喷头电场模拟图。
图10是九自由液面喷头临界电压下产量同喷头间距的关系图。图7、图8所示的两种排布方式临界电压下产量均随喷头间距的增大而提高。喷头数量越多，喷头之间电场相互干扰越强，电场干扰对纺丝的影响越大，九喷头纺丝头间距超过70mm后电场干扰对产量的影响才较小。
应当理解的是，虽然在这里可能使用量术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法，所述多喷头是指喷头的数量大于三个，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将各自由液面喷头摆放在接收装置的下方；自由液面喷头排布方式是在三喷头排布的基础上组合而成，即：首先以三个喷头排布形成一个基础单元，确定基础单元的形式，后续每增加一个喷头，均采用可与已排布好的喷头形成基础单元的形式的方式进行排布；
步骤2：通过电场模拟计算各自由液面喷头的临界电压值；
步骤3：给各自由液面喷头独立加载所述临界电压，使得各自由液面喷头的自由液面完全被激发出多根射流，抽长拉细成纳米纤维，最终被接收装置基布接收。
2.如权利要求1所述的一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法，其特征在于：所述步骤1中，基础单元的形式为线性排布、等腰三角形排布或等边三角形排布。
3.如权利要求2所述的一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法，其特征在于：当基础单元为线性排布时，即首先将三个喷头成线性排布，后续每增加一个喷头，也只能在同一直线上成线性排布下去；
当基础单元为等腰三角形排布时，即首先将三个喷头成等腰三角形排布，后续每增加一个喷头，则该喷头的位置需与既定三个喷头中的任意两个喷头组成等腰三角形；
当基础单元为等边三角形排布时，即首先将三个喷头成等边三角形排布，后续每增加一个喷头，则该喷头的位置需与既定三个喷头中的任意两个喷头组成等边三角形。
4.如权利要求2或3所述的一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法，其特征在于：所述线性排布时，各自由液面喷头中心位置的连线与接收装置平行。
5.如权利要求1所述的一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法，其特征在于：所述步骤1中，各自由液面喷头的直径为25-50mm。
6.如权利要求1所述的一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法，其特征在于：所述步骤1中，相邻自由液面喷头的间距为30-100mm；所述间距是指两个自由液面喷头边缘之间的最近距离。
7.如权利要求1所述的一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法，其特征在于：所述步骤2中，使用有限元模拟软件对不同喷头间距下的自由液面多喷头排布进行电场模拟，求得临界电压值。
8.如权利要求1所述的一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法，其特征在于：所述步骤3中，接收装置基布运行速度设置为2m/min。
9.如权利要求1所述的一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法，其特征在于：还包括步骤4：根据接收装置基布上收集到的纳米纤维网面积，计算单位时间内纳米纤维的产量。
CN201811030553.6A 2018-09-05 2018-09-05 一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法 Pending CN109137093A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811030553.6A CN109137093A (zh) 2018-09-05 2018-09-05 一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811030553.6A CN109137093A (zh) 2018-09-05 2018-09-05 一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109137093A true CN109137093A (zh) 2019-01-04

Family

ID=64827040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811030553.6A Pending CN109137093A (zh) 2018-09-05 2018-09-05 一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109137093A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101586288A (zh) * 2009-07-06 2009-11-25 江苏泰灵生物科技有限公司 阵列多喷头静电纺丝设备
CN106119991A (zh) * 2016-08-11 2016-11-16 广东工业大学 一种圆柱面三角波阵列的静电纺丝喷头及静电纺丝方法
CN205821540U (zh) * 2016-06-24 2016-12-21 佛山轻子精密测控技术有限公司 一种梯形波阵列的静电纺丝喷头及静电纺丝装置
KR101688818B1 (ko) * 2015-02-16 2017-01-02 주식회사 에이앤에프 다중 노즐 전기방사 장치
CN107142531A (zh) * 2017-07-19 2017-09-08 广东工业大学 一种静电纺丝喷射装置
CN107245763A (zh) * 2017-07-19 2017-10-13 广东工业大学 一种静电纺丝阵列式喷头

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101586288A (zh) * 2009-07-06 2009-11-25 江苏泰灵生物科技有限公司 阵列多喷头静电纺丝设备
KR101688818B1 (ko) * 2015-02-16 2017-01-02 주식회사 에이앤에프 다중 노즐 전기방사 장치
CN205821540U (zh) * 2016-06-24 2016-12-21 佛山轻子精密测控技术有限公司 一种梯形波阵列的静电纺丝喷头及静电纺丝装置
CN106119991A (zh) * 2016-08-11 2016-11-16 广东工业大学 一种圆柱面三角波阵列的静电纺丝喷头及静电纺丝方法
CN107142531A (zh) * 2017-07-19 2017-09-08 广东工业大学 一种静电纺丝喷射装置
CN107245763A (zh) * 2017-07-19 2017-10-13 广东工业大学 一种静电纺丝阵列式喷头

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨恩龙: "中国博士学位论文全文数据库电子期刊工程科技Ⅰ辑", 《中国博士学位论文全文数据库电子期刊工程科技Ⅰ辑》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101210352B (zh) Taylor锥多喷头静电纺丝机
CN103088443B (zh) 一种伞状静电纺丝喷头及静电纺丝方法
CN107366029B (zh) 一种批量化制备纳米纤维的静电纺丝装置
CN103334163B (zh) 电纺喷头单元，电纺液成丝装置及静电纺丝机
CN104611772B (zh) 一种批量制备同轴纳米纤维的静电纺丝装置
CN107523887B (zh) 环形静电喷丝机构以及静电喷丝装置
CN106222763B (zh) 一种连续制备螺旋微纳米纤维的静电纺丝装置及其方法
CN107366052A (zh) 取向集束装置、静电纺纱设备及纳米纤维纱线制备方法
Zheng et al. Electric field design for multijet electropsinning with uniform electric field
He et al. Multineedle electrospinning
JP6699093B2 (ja) 静電紡糸用スピナレット
CN103088444B (zh) 一种提高静电纺丝多射流的方法及装置
CN105274635A (zh) 一种气泡静电纺丝装置
CN107022794A (zh) 一种自扭曲螺旋、成捻结构微纳米纤维的制备方法
CN203229592U (zh) 一种伞状静电纺丝喷头
CN103103642A (zh) 一种取向静电纺纳米纤维涡流纺成纱装置及方法
CN108411384B (zh) 一种顺重力圆柱形静电纺丝装置及方法
CN103668482B (zh) 一种电场均布的多射流静电纺丝喷头
CN103334166A (zh) 电纺液成丝装置及静电纺丝机
CN109137093A (zh) 一种自由液面多喷头排布的静电纺丝方法
CN107245763A (zh) 一种静电纺丝阵列式喷头
CN203451695U (zh) 一种取向静电纺纳米纤维涡流纺成纱装置
CN108893787A (zh) 一种基于微分多边形叶片的放射状电纺喷嘴
CN108914222A (zh) 一种自由液面双喷头排布的静电纺丝方法
CN110117824B (zh) 连续取向纳米纤维纱线静电纺丝装置及其使用方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190104

RJ01 Rejection of invention patent application after publication