CN109457305A - 一种内置电极真空环境静电纺丝装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种内置电极真空环境静电纺丝装置及方法，包括：套筒及喷头，所述套筒的上端设有流体入口，所述套筒上设有与流体入口连通的直流道，所述套筒的外侧设有加热圈，所述套筒与喷头之间由于直径差异而形成环形流道且直流道与环形流道连通，所述喷头下端向外延伸形成锥面尖端且喷头中间去除材料形成腔体，所述腔体的上端嵌接有柱塞，所述柱塞上设有伸入腔体内的绝缘套管，所述绝缘套管远离柱塞的一端设有悬空的金属小球且与高压静电发生器连接，所述柱塞上设有抽气管且在抽气管上设有单向阀，所述套筒上连接有接地电极。本发明相对于现有技术的优点：其结构紧凑，操作方便，提高了生产效率，降低了纤维直径，解除了对接收方式的限制。

Description

一种内置电极真空环境静电纺丝装置及方法
技术领域
本发明涉及一种内置电极真空环境静电纺丝装置及方法，属于静电纺丝领域。
背景技术
静电纺丝技术是利用高压静电将聚合物熔体或者溶液制备成微纳纤维的方法，具有设备简单、操作容易等特点，是目前制备聚合物连续纳米纤维最重要的方法之一。
传统溶液静电纺丝装置是毛细管针头接高压静电，接收板接地，毛细管针头处溶液带电形成射流，最终溶剂挥发形成纤维制品。熔体静电纺丝大都为了保持熔体温度，增加了加热组件，往往采用喷头接地，而接收装置接高压静电，喷头感应带电的方式形成射流。两种静电施加方法目的都是为了在喷头和接收装置之间形成高压电场，实验表明，施加电压越高或者纺丝距离越近，则场强越强，射流鞭动越剧烈，纤维越细。对于无针静电纺丝，场强越强，则射流数目越多。为了得到更细更多的纤维，并且保证一定的拉伸距离，就需要施加更高的电压以增大喷头处场强。但是，随着施加电压的升高，空气被电离形成的电荷积累到一定程度时，喷头与接收装置之间的空气被击穿，高压静电发生器自保切断电源，纺丝过程中断，甚至引起设备损坏。而把整个设备置于真空环境能够提高击穿电压阈值，但是操作难度大，难以实施。因此，需要开发一种能够有效提高击穿电压阈值的静电纺丝装置。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种内置电极真空环境静电纺丝装置及方法，其结构紧凑，操作方便，能够提高单喷头生产效率和降低纤维直径，该装置也能够实现纤维在任意表面的喷涂，解除了静电纺丝装置中对接收方式的限制。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种内置电极静电纺丝方法，将电极置于纺丝喷头内部并且悬空，电极施加高压静电，如果纺丝喷头接地，则纺丝喷头整体感应与施加电荷极性相反的异种电荷；如果纺丝喷头不接地，则纺丝喷头内表面感应异种电荷，外表面带同种电荷，进而使得纺丝喷头外表面熔体或者溶液带电形成射流，最终固化成纤维，进一步的，纺丝喷头内部抽真空以增大静电击穿阈值，增大纺丝喷头感应电荷密度。
一种内置电极真空环境静电纺丝装置，包括：套筒及镶嵌在套筒内的喷头，所述套筒的上端设有用于熔体或者溶液进入的流体入口，所述套筒上设有与流体入口连通的直流道，所述套筒的外侧设有用于保持流体温度的加热圈，所述套筒与喷头之间由于直径差异而形成环形流道且直流道与环形流道连通，所述套筒与喷头之间具有间隙，用于熔体或者溶液流通发散，所述喷头下端向外延伸形成锥面尖端且喷头中间去除材料形成腔体，所述腔体的上端嵌接有柱塞，所述柱塞上设有伸入腔体内的绝缘套管，所述绝缘套管远离柱塞的一端设有悬空的金属小球且金属小球通过导线与设置在腔体外的高压静电发生器连接，所述柱塞上设有用于将腔体抽成真空的抽气管且在抽气管上设有单向阀，所述套筒上连接有接地电极。
进一步的，所述环形流道的间隙为0.5-1mm。
进一步的，所述柱塞与套筒的接触面上设有密封圈。
进一步的，所述绝缘套管与柱塞过盈配合。
本发明的有益效果为：
本发明结构简单，将电极悬空置于喷头内部，并且将电极所在腔体抽真空，喷头感应带电，形成射流，真空环境有利于提高静电击穿阈值，使其能够施加更高电压，以形成更多射流，提高单喷头生产效率和降低纤维直径，并且高压电极和接地电极结合为一体且位于同侧，纤维纺向对侧，使得纤维接收装置不再需要接任何电极，解除了静电纺丝装置中对接收方式的限制，能够实现纤维在任意表面的喷涂，设备安全可靠，不易损坏，纺丝不易中断，操作容易。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
附图标记对照表：
1-流体入口，2-套筒，3-加热圈，4-喷头，5-纤维，6-金属小球，7-绝缘套管，8-柱塞，9-密封圈，10-接地电极，11-高压静电发生器，12-单向阀，201-直流道，401-环形流道，402-腔体
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种内置电极真空环境静电纺丝装置，包括：套筒2及镶嵌在套筒2内的喷头4，所述套筒2的上端设有用于熔体或者溶液进入的流体入口1，所述套筒2上设有与流体入口1连通的直流道201，所述套筒2的外侧设有用于保持流体温度的加热圈3，所述套筒2与喷头4之间由于直径差异而形成环形流道401且直流道201与环形流道401连通，所述套筒2与喷头4之间具有间隙，用于熔体或者溶液流通发散，所述喷头4下端向外延伸形成锥面尖端且喷头4中间去除材料形成腔体402，所述腔体402的上端嵌接有柱塞8，所述柱塞8上设有伸入腔体402内的绝缘套管7，所述绝缘套管7远离柱塞8的一端设有悬空的金属小球6且金属小球6通过导线与设置在腔体402外的高压静电发生器11连接，所述柱塞8上设有用于将腔体402抽成真空的抽气管且在抽气管上设有单向阀12，所述套筒2上连接有接地电极10。
所述环形流道401的间隙为0.5-1mm。
所述柱塞8与套筒2的接触面上设有密封圈9。
所述绝缘套管7与柱塞8过盈配合。
该装置使用过程中，套筒2和喷头4配合间隙形成熔体或者溶液流通的环形流道401，间隙0.5-1mm，套筒2外部包裹加热圈3，保持流体温度，喷头4下端外表面为向外延伸的锥面，聚合物熔体或者溶液由流体入口1经过套筒2上的直流道201进入环形流道401中，经过环形流道401的再分布，进而在锥面上均匀分布，最后在喷头4下部环形尖端均匀分布，喷头4的腔体402与柱塞8形成封闭空间，金属小球6悬空置于封闭空间内部，工作之前先用真空泵连接单向阀12将腔体402抽真空，然后打开高压静电发生器11，调节电压到5-50kV，套筒2接地且与喷头4连接，则喷头4整体带与施加电荷极性相反的异种电荷，且环形尖端密度最大，从而激发熔体或者溶液形成多射流，真空环境能够提高静电击穿阈值，从而能够施加更高电压，激发更多射流，提高生产效率，该装置也能够实现纤维5在任意表面的喷涂，解除了静电纺丝装置中对接收方式的限制。
以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本发明专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种内置电极真空环境静电纺丝装置，其特征在于，包括：套筒(2)及镶嵌在套筒(2)内的喷头(4)，所述套筒(2)的上端设有用于熔体或者溶液进入的流体入口(1)，所述套筒(2)上设有与流体入口(1)连通的直流道(201)，所述套筒(2)的外侧设有用于保持流体温度的加热圈(3)，所述套筒(2)与喷头(4)之间由于直径差异而形成环形流道(401)且直流道(201)与环形流道(401)连通，所述套筒(2)与喷头(4)之间具有间隙，用于熔体流通发散，所述喷头(4)下端向外延伸形成锥面尖端且喷头(4)中间去除材料形成腔体(402)，所述腔体(402)的上端嵌接有柱塞(8)，所述柱塞(8)上设有伸入腔体(402)内的绝缘套管(7)，所述绝缘套管(7)远离柱塞(8)的一端设有悬空的金属小球(6)且金属小球(6)通过导线与设置在腔体(402)外的高压静电发生器(11)连接，所述柱塞(8)上设有用于将腔体(402)抽成真空的抽气管且在抽气管上设有单向阀(12)，所述套筒(2)上连接有接地电极(10)。
2.根据权利要求1所述的一种内置电极真空环境静电纺丝装置，其特征在于：所述环形流道(401)的间隙为0.5-1mm。
3.根据权利要求1所述的一种内置电极真空环境静电纺丝装置，其特征在于：所述柱塞(8)与套筒(2)的接触面上设有密封圈(9)。
4.根据权利要求1所述的一种内置电极真空环境静电纺丝装置，其特征在于：所述绝缘套管(7)与柱塞(8)过盈配合。
5.一种内置电极静电纺丝方法，其特征在于：将电极置于纺丝喷头内部并且悬空，电极施加高压静电，如果纺丝喷头接地，则纺丝喷头整体感应与施加电荷极性相反的异种电荷；如果纺丝喷头不接地，则纺丝喷头内表面感应异种电荷，外表面带同种电荷，进而使得纺丝喷头外表面熔体或者溶液带电形成射流，最终固化成纤维。
6.根据权利要求5所述的一种内置电极静电纺丝方法，其特征在于：所述纺丝喷头内部抽真空。
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