CN109468687B - 一种实验室教学用静电纺丝机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实验室教学用静电纺丝机，包括控制机箱、高压供电装置、加速与平衡电场室、纺丝针头、供液装置、纺丝接收板，加速与平衡电场室包括间隔设置的第一支撑板、第二支撑板，第一支撑板、第二支撑板之间设有圆筒形静电屏蔽罩以及隔离圆管，第一支撑板上设有与隔离圆管相通的出丝口，第二支撑板上、与隔离圆管圆心对应位置设有纺丝针头插孔，纺丝针头插孔处设有空心铜管，空心铜管延伸至纺丝腔，在空心铜管尾端设有碗扣状铜片，第二支撑板内设有高压接线孔，导线经高压接线孔连接空心铜管及高压供电装置，纺丝针头连接供液装置并置于空心铜管内。本发明采用一体化设计，模块化程度较高，提高了教学的便捷性和安全性。

Description

一种实验室教学用静电纺丝机
技术领域
本发明涉及静电纺丝技术领域，特别是涉及一种实验室教学用静电纺丝装置。
背景技术
静电纺丝技术是通过静电力作为牵引力克服射流表面张力和内部的粘滞力来制备纳米纤维的技术。具体是将具有一定黏度的聚合物溶液通过推送装置输入高压电场中，聚合物溶液内部的电子对或自由离子会产生定向移动，从而在其表面产生细微的电流，根据同种电荷相斥的原理，导致静电力的方向与聚合物溶液的表面张力和内部的粘滞力方向相反，当静电力的大小等于流体的表面张力及内部的粘滞力之和时，管内的溶液将克服自身的表面张力和粘滞力，在末端处于平衡态，形成半球状的小液滴，随着静电力的增大，管末端半球状的带电聚合物溶液在喷头处形成泰勒锥，最终克服分子间作用力和表面张力形成射流。当射流向接收装置运动的时候，随着射流与接收装置之间距离的减小，射流受到的静电力变大，导致合力变大，射流会出现加速现象，从而使射流在运动过程中发生劈裂和拉伸，同时溶剂挥发，射流喷射至纺丝接收装置并凝固成纳米纤维。通过静电纺丝法可以制备出有机、无机材料的不同结构和不同形貌的的纤维。由于静电纺丝法的设备简单，灵活性高，成本低廉，适用范围广等优点，广泛应用与实验室教学与研究。
传统的静电纺丝装置，主要由注射纺丝溶液的推进泵、高压电源和纺丝接收版三部分拼装而成。现场实验中，需要对各部分进行组装连线，操作复杂，射流向四周飞散，造成纺丝过程中纺丝的飘散，尤其当溶液浓度相对低时，情况变得更为严重。这样不仅污染了试验环境，同时也造成了试验材料的浪费，纺丝效率大大降低且纺丝过程中具有高压电场，这种组装式的设备具有一定的安全隐患。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种一体化的、便于操作、纺丝高效并且安全的实验室教学用静电纺丝机。
本发明采用的技术方案如下：一种实验室教学用静电纺丝机，包括控制机箱，在控制机箱内设有高压供电装置，在控制机箱外设有加速与平衡电场室、纺丝针头、供液装置、纺丝接收板，所述加速与平衡电场室包括间隔设置的第一支撑板、第二支撑板，第一支撑板、第二支撑板由绝缘材料制成，第一支撑板、第二支撑板之间设有圆筒形静电屏蔽罩以及隔离圆管，隔离圆管置于静电屏蔽罩内，隔离圆管内为纺丝腔，第一支撑板上设有与隔离圆管相通的出丝口，第二支撑板上、与隔离圆管圆心对应位置设有纺丝针头插孔，纺丝针头插孔处设有空心铜管，在第二支撑板内、空心铜管的外围设有静电屏蔽罩，空心铜管延伸至纺丝腔，在空心铜管末端设有碗扣状铜片，第二支撑板内设有高压接线孔，导线经高压接线孔连接空心铜管及高压供电装置，纺丝针头连接供液装置并置于空心铜管内，纺丝针头伸出空心铜管，纺丝接收板与出丝口相对。
进一步地，所述隔离圆管活动置于第一支撑板、第二支撑板之间，其可从出丝口取出。
进一步地，所述静电屏蔽罩为八目铜网。
进一步地，所述隔离圆管为透明状有机玻璃管。
进一步地，纺丝接收板通过柔性接收板活动杆固定在控制机箱上。
进一步地，还包括暖光射灯，所述暖光射灯通过柔性射灯活动杆固定在控制机箱上。
进一步地，所述供液装置包括容量瓶、蠕动泵、导管，在控制机箱上设有容量瓶固定架，所述容量瓶置于容量瓶固定架上，导管通过蠕动泵连接容量瓶和纺丝针头。
进一步地，在纺丝接收板旁还安装有温度与湿度传感器。
进一步地，在控制机箱内还设有电源控制模块、高压控制模块、蠕动泵控制模块、纺丝机主控模块，所述电源控制模块用于提供所需电源，并提供过电流过电压保护控制以及急停保护模式控制，所述高压控制模块用于提供纺丝所需的高压，所述蠕动泵控制模块用于控制蠕动泵进而控制溶液推进速度，所述纺丝机主控模块为纺丝机的主控中心，用于显示控制，温湿度采集，蠕动泵控制模块、高压控制模块、电源控制模块的协调控制，在控制机箱上相应设置有显示面板、急停开关、启动按钮、暂停按钮、电压调节旋钮、溶液推进速度旋钮。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）通过增加碗扣状铜片，将发散状电场转变成一个平衡挤压电场，喷射流拉伸和延伸后受电场分布影响，形成挤压效果，因而在接收板上喷射区域更加集中，极大提高纺丝效率；
（2）设置静电屏蔽罩，进行静电保护，并与碗扣状铜片共同作用提供平衡电场；
（3）隔离圆管可隔离高压并为纺丝提供相对清洁的放丝环境，活动设置的隔离圆管可便于清洗从纺丝针头流出液体，隔离圆管采用透明状有机玻璃管便于观察纺丝过程；
（4）暖光射灯通过柔性射灯活动杆固定在控制机箱上，可以随意移动位置，可便于观察纺丝过程；
（5）纺丝接收板通过柔性接收板活动杆固定在控制机箱上，可以随意移动，方便调节纺丝距离，在纺丝接收板旁还安装有温度与湿度传感器，可实时采集温度和湿度，用于观测纺丝环境的温度与湿度，为纺丝提供必要的环境指示；
（6）采用一体化设计，模块化程度较高，便携、高效和安全，纺丝电压、溶液的推进速度连续可调，且实现了过电压过电流断电保护，提高了教学的便捷性和安全性。
附图说明
图1是本实施例的整体结构示意图。
图2是本实施例的加速与平衡电场室的结构示意图。
图3a是传统的纺丝电场分布示意图。
图3b是本发明的纺丝电场分布示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
如图1、图2所示，本实施例的一种实验室教学用静电纺丝机，包括控制机箱1，在控制机箱1内设有电源控制模块101、高压控制模块102、蠕动泵控制模块103、纺丝机主控模块104，在控制机箱1上相应设置有显示面板105、急停开关106、启动按钮107、暂停按钮108、电压调节旋钮109、溶液推进速度旋钮110。在控制机箱1外还设有加速与平衡电场室2、纺丝针头3、供液装置4、纺丝接收板5。
所述加速与平衡电场室2包括间隔设置的第一支撑板201、第二支撑板202，第一支撑板201、第二支撑板202由绝缘材料制成，第一支撑板201、第二支撑板202之间设有圆筒形静电屏蔽罩203以及隔离圆管204，所述静电屏蔽罩203为八目铜网。所述隔离圆管204为透明状有机玻璃管。隔离圆管204置于静电屏蔽罩203内，隔离圆管204内为纺丝腔，第一支撑板201上设有与隔离圆管204相通的出丝口，隔离圆管204可从出丝口取出。第二支撑板202上、与隔离圆管204圆心对应位置设有纺丝针头插孔，纺丝针头插孔处设有空心铜管205，空心铜管205延伸至纺丝腔，在空心铜管205尾端设有碗扣状铜片206，第二支撑板202内设有高压接线孔207，导线经高压接线孔207连接空心铜管205及高压控制模块102。
所述供液装置4包括容量瓶402、蠕动泵403、导管404，在控制机箱1上设有容量瓶固定架401，所述容量瓶402置于容量瓶固定架401上，导管404通过蠕动泵403连接容量瓶402和纺丝针头3，纺丝针头3置于空心铜管205内并伸出空心铜管205。
纺丝接收板5通过柔性接收板活动杆6固定在控制机箱1上，纺丝接收板5与出丝口相对。在纺丝接收板5旁还安装有温度与湿度传感器7。还设有暖光射灯8，所述暖光射灯8通过柔性射灯活动杆9固定在控制机箱1上。
所述电源控制模块101用于提供所需电源，并提供过电流过电压保护控制以及急停保护模式控制，所述高压控制模块102用于提供纺丝所需的高压，所述蠕动泵控制模块103用于控制蠕动泵403进而控制溶液推进速度，所述纺丝机主控模块104为纺丝机的主控中心，用于显示控制，温、湿度采集，蠕动泵控制模块103、高压控制模块102、电源控制模块101的协调控制。
显示面板105用于用于显示当前时间、温度、湿度、蠕动泵推进速度、电压和电流，急停开关106用于紧急情况下，断电安全保护，启动按钮107用于启动静电纺丝机，暂停按钮108用于控制静电纺丝机暂停，电压调节旋钮109用于调节电压，溶液推进速度旋钮110用于调节溶液推进速度。
本发明的实验室教学用静电纺丝机通过增加碗扣状铜片，将发散状电场（如图3a所示）转变成一个平衡挤压电场（如图3b所示），喷射流拉伸和延伸后受电场分布影响，形成挤压效果，因而在接收板上喷射区域更加集中，极大提高纺丝效率。
在前述说明书与相关附图中存在的教导的帮助下，本发明所属领域的技术人员将会想到本发明的许多修改和其它实施方案。因此，要理解的是，本发明不限于公开的具体实施方案，修改和其它实施方案被认为包括在所附权利要求的范围内。尽管本文中使用了特定术语，它们仅以一般和描述性意义使用，而不用于限制。

Claims (7)

1.一种实验室教学用静电纺丝机，其特征在于：包括控制机箱，在控制机箱内设有高压供电装置，在控制机箱外设有加速与平衡电场室、纺丝针头、供液装置、纺丝接收板，所述加速与平衡电场室包括间隔设置的第一支撑板、第二支撑板，第一支撑板、第二支撑板由绝缘材料制成，第一支撑板、第二支撑板之间设有圆筒形静电屏蔽罩以及隔离圆管，隔离圆管置于静电屏蔽罩内，隔离圆管内为纺丝腔，第一支撑板上设有与隔离圆管相通的出丝口，第二支撑板上、与隔离圆管圆心对应位置设有纺丝针头插孔，纺丝针头插孔处设有空心铜管，在第二支撑板内、空心铜管的外围设有静电屏蔽罩，空心铜管延伸至纺丝腔，在空心铜管末端设有碗扣状铜片，第二支撑板内设有高压接线孔，导线经高压接线孔连接空心铜管及高压供电装置，纺丝针头连接供液装置并置于空心铜管内，纺丝针头伸出空心铜管，纺丝接收板与出丝口相对，纺丝接收板通过柔性接收板活动杆固定在控制机箱上，还包括暖光射灯，所述暖光射灯通过柔性射灯活动杆固定在控制机箱上。
2.如权利要求1所述的一种实验室教学用静电纺丝机，其特征在于：所述隔离圆管活动置于第一支撑板、第二支撑板之间，其可从出丝口取出。
3.如权利要求1所述的一种实验室教学用静电纺丝机，其特征在于：所述静电屏蔽罩为八目铜网。
4.如权利要求1所述的一种实验室教学用静电纺丝机，其特征在于：所述隔离圆管为透明状有机玻璃管。
5.如权利要求1-4任意一项所述的一种实验室教学用静电纺丝机，其特征在于：所述供液装置包括容量瓶、蠕动泵、导管，在控制机箱上设有容量瓶固定架，所述容量瓶置于容量瓶固定架上，导管通过蠕动泵连接容量瓶和纺丝针头。
6. 如权利要求5所述的一种实验室教学用静电纺丝机，其特征在于： 在纺丝接收板旁还安装有温度与湿度传感器。
7.如权利要求6所述的一种实验室教学用静电纺丝机，其特征在于：在控制机箱内还设有电源控制模块、高压控制模块、蠕动泵控制模块、纺丝机主控模块，所述电源控制模块用于提供所需电源，并提供过电流过电压保护控制以及急停保护模式控制，所述高压控制模块用于提供纺丝所需的高压，所述蠕动泵控制模块用于控制蠕动泵进而控制溶液推进速度，所述纺丝机主控模块为纺丝机的主控中心，用于显示控制和温湿度采集以及蠕动泵控制模块、高压控制模块、电源控制模块的协调控制，在控制机箱上相应设置有显示面板、急停开关、启动按钮、暂停按钮、电压调节旋钮、溶液推进速度旋钮。
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