CN109487348A - 一种静电纺丝喷头尖端感应场强增强装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种静电纺丝喷头尖端感应场强增强装置及方法，属于静电纺丝领域，主要包括纺丝喷头、第一电极板、第二电极板、第一高压电极、接地电极、第二高压电极，第一电极板带孔且穿过纺丝喷头，与纺丝喷头尖端平齐或者距离尖端一定距离置于同侧，第二电极板与纺丝喷头尖端保持一定距离置于对侧，纺丝喷头与接地电极相连，第一电极板接第一高压电极，第二电极板接第二高压电极，两块带电电极板均使喷头感应带电，且形成的电场叠加，使得静电纺丝喷头尖端感应场强增强，可以实现利用两个较弱施加电压，在降低击穿风险的同时，增加喷头尖端感应场强，从而达到进一步降低纤维直径，增加纺丝喷头射流数量的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种静电纺丝喷头尖端感应场强增强装置及方法，属于静电纺丝领域。
背景技术
静电纺丝是聚合物熔体或者溶液在高压电场作用下，极化或者带电，形成射流，伴随着冷却或者溶剂挥发形成超细纤维的特殊制造工艺。
静电纺丝的关键技术特点是使喷头和接收板之间形成高压电场，具体操作方法是使喷头和接收板置于上下或者左右两个方向，且喷头接地、接收板接高压电极或者接收板接地、喷头接高压电极。增大高压电极输出电压或者缩小接收距离可以提高喷头尖端处的电场强度，从而使射流鞭动增大形成更细纤维并且形成更多射流提高纤维产出效率，但是会大大增加喷头和接收板的击穿风险，损坏设备。所以，如何在不增加击穿风险的前提下，提高喷头尖端处的电场强度成为静电纺丝技术发展的重点和难点。
目前，国内外针对静电纺丝过程中喷头处尖端电场强度的研究，大多集中在多喷头的电场强度均匀性和提高电压等方面，还没有提出在不增加击穿风险的条件下的提高喷头尖端处电场强度的装置及方法。
发明内容
本发明提出了一种静电纺丝喷头尖端感应场强增强装置及方法，使用两块电极板接高压电极分别置于喷头的两侧，其中一块电极板带孔，穿过喷头，与喷头尖端平齐或者置于喷头的后部，另外一块电极板置于喷头的另外一侧，与喷头尖端形成一定距离。这样，两块带电电极板均使喷头感应带电，且形成的电场叠加，使得静电纺丝喷头尖端感应场强增强，可以实现利用两个较弱施加电压，在降低击穿风险的同时，增加喷头尖端感应场强，从而达到进一步降低纤维直径，增加射流数量的目的。
本发明的技术方案是：一种静电纺丝喷头尖端感应场强增强的方法，纺丝喷头穿过第一电极板且与第一电极板同轴设置，第二电极板设置在纺丝喷头的底部出丝端，第二电极板平行于第一电极板，第一电极板和第二电极板分别接高压电极，打开高压电极，调到合适电压，两块电极板实现对喷头感应场强的叠加增强。相比单个电极板对纺丝喷头尖端形成的感应场强强度，增加的电极板对纺丝喷头尖端场强进行了增强，由此便可以形成更细的纤维和更多的射流。经过试验验证发现，如果两个电极板位于喷头尖端的同一侧，距离喷头较近的一个电极板将会对较远的一侧的电极形成静电屏蔽效应，较远的电极板无论施加多高的电压，将不会对喷头尖端感应场强形成叠加增强的效果。
优选的是：第一电极板下表面与纺丝喷头的尖端距离为1-20mm；第二电极板上表面与纺丝喷头的尖端距离为80-100mm。
一种静电纺丝喷头尖端感应场强增强装置，包括纺丝喷头、第一电极板、第二电极板、第一电极板设置孔且穿过纺丝喷头，放置在纺丝喷头上侧，第二电极板置于纺丝喷头的下侧，且与纺丝喷头尖端保持一定的距离，纺丝喷头与接地电极相连，第一电极板连接第一高压电极，第二电极板连接第二高压电极。
优选的是：第一电极板与纺丝喷头尖端平齐或者与尖端有一定的距离，第一电极板下表面与纺丝喷头的尖端距离为1-20mm。
优选的是：第二电极板可以带孔也可以不带孔，第二电极板上表面与纺丝喷头的尖端距离为80-100mm。
优选的是：纺丝喷头可以是溶液或者熔体纺丝喷头，也可以是纺丝针头、锥面喷头或者任意形式的纺丝喷头。
优选的是：第一电极板为中心带孔的平板结构，中心孔可以为圆形、方形、三角形或者其他任意形状，材质为金属、导电塑料、导电橡胶等导电材料。
优选的是：第一电极板的中心孔尺寸比纺丝喷头横截面尺寸大，且中心孔边缘与纺丝喷头外侧保持一定距离不得接触。
优选的是：第一电极板的平面与纺丝喷头尖端平齐或者保持一段距离位于纺丝喷头尖端后方。
优选的是：第二电极板为任意形状的平板结构，材质为金属、导电塑料、导电橡胶等导电材料。
本发明的增益效果：
1、在不增加电极板施加电压的前提下，使得纺丝喷头尖端感应场强获得了增强，从而在静电纺丝中，能够得到更细的纤维和更多的射流。
2、使用两块电极板分别置于纺丝喷头的两侧，分别施加高压静电，这样，两块电极板所形成电场在纺丝喷头尖端处被叠加，纺丝喷头尖端感应场强被增强，以两个较小的施加电压获得了较大的感应场强，同时降低了设备击穿风险，提高了设备安全性和运转连续性。
3、该方法简单易行，突破了以往电极板和纺丝喷头处于对侧的思维定势，适合产业化应用。
附图说明
图1为本发明一种静电纺丝喷头尖端感应场强增强装置的结构示意图。
图2为本发明一种静电纺丝喷头尖端感应场强增强装置应用于针头形式纺丝喷头的结构示意图。
1-纺丝喷头，2-第一电极板，3-第二电极板，4-第一高压电极，5-接地电极，6-第二高压电极，7-纺丝针头
具体实施方式
实施例1
实施例1的示意图如图1所示，纺丝喷头1为圆柱形无针喷头，直径30mm，下端为环形锥面尖端，与接地电极5连接。第一电极板2连接第一高压电极4，第一电极板2为圆环形结构，內圆直径60mm，外圆直径100mm，厚度2mm，纺丝喷头1穿过第一电极板2且同轴放置，第一电极板2下表面与纺丝喷头1尖端距离为15mm。第二电极板3连接第二高压电极6，第二电极板3为圆形结构，直径100mm，厚度2mm，放置于第一电极板2的对侧，第二电极板3的上表面与纺丝喷头1尖端距离为80mm。
聚丙烯(PP)颗粒经过微型挤出机塑化挤出成熔体，经过纺丝喷头1内的流道被均匀分布到其尖端，首先调整第二高压电极6的电压为50kV，纺丝喷头1的尖端产生约50根射流，均匀稳定后，打开第一高压电极4，调整电压为20kV，此时，纺丝喷头1尖端感应场强增强，射流增多到80根，纺丝效率得到显著提高。
实施例2
实施例2的示意图如图2所示，纺丝针头7为注射器头端带自由装卸的中空金属针，纺丝针头7穿过第一电极板2的中心孔同轴布置，距离10mm，其余配置与实施例1相同。用去离子水和聚乙烯醇(PVA)粉末在60℃下搅拌配置，然后冷却到室温得到8％的PVA溶液，装入纺丝针头7中，在压力作用下，溶液被缓慢挤出到纺丝针头7的针尖处，打开第二高压电极6，调整电压为40kV，纺丝针头7的针尖处产生一根剧烈鞭动的螺旋形射流，打开第一高压电极4，调整其电压为20kV，纺丝针头7针尖处的感应场强获得增强，射流鞭动幅度加剧，速度加快，获得大量平均直径200nm的PVA纳米纤维，相比单电极板，纤维更细，同时纺丝效率得到了显著提升。
Claims (10)
1.一种静电纺丝喷头尖端感应场强增强的方法，其特征在于：纺丝喷头穿过第一电极板且与第一电极板同轴设置，第二电极板设置在纺丝喷头的底部出丝端，第二电极板平行于第一电极板，第一电极板和第二电极板分别接高压电极，打开高压电极，调到合适电压，两块电极板实现对喷头感应场强的叠加增强。
2.如权利要求1所述一种静电纺丝喷头尖端感应场强增强的方法，其特征在于：第一电极板下表面与纺丝喷头的尖端距离为1-20mm；第二电极板上表面与纺丝喷头的尖端距离为80-100mm。
3.一种静电纺丝喷头尖端感应场强增强装置，其特征在于：包括纺丝喷头、第一电极板、第二电极板、第一电极板设置孔且穿过纺丝喷头，放置在纺丝喷头上侧，第二电极板置于纺丝喷头的下侧，且与纺丝喷头尖端保持一定的距离，纺丝喷头与接地电极相连，第一电极板连接第一高压电极，第二电极板连接第二高压电极。
4.如权利要求1所述一种静电纺丝喷头尖端感应场强增强装置，其特征在于：第一电极板与纺丝喷头尖端平齐或者与尖端有一定的距离，第一电极板下表面与纺丝喷头的尖端距离为1-20mm。
5.如权利要求1所述一种静电纺丝喷头尖端感应场强增强装置，其特征在于：第二电极板可以带孔也可以不带孔，第二电极板上表面与纺丝喷头的尖端距离为80-100mm。
6.如权利要求1所述一种静电纺丝喷头尖端感应场强增强装置，其特征在于：纺丝喷头可以是溶液或者熔体纺丝喷头，也可以是纺丝针头、锥面喷头或者任意形式的纺丝喷头。
7.如权利要求1所述一种静电纺丝喷头尖端感应场强增强装置，其特征在于：第一电极板为中心带孔的平板结构，中心孔可以为圆形、方形、三角形或者其他任意形状，材质为金属、导电塑料、导电橡胶等导电材料。
8.如权利要求7所述一种静电纺丝喷头尖端感应场强增强装置，其特征在于：第一电极板的中心孔尺寸比纺丝喷头横截面尺寸大，且中心孔边缘与纺丝喷头外侧保持一定距离不得接触。
9.如权利要求1所述一种静电纺丝喷头尖端感应场强增强装置，其特征在于：第一电极板的平面与纺丝喷头尖端平齐或者保持一段距离位于纺丝喷头尖端后方。
10.如权利要求1所述一种静电纺丝喷头尖端感应场强增强装置，其特征在于：第二电极板为任意形状的平板结构，材质为金属、导电塑料、导电橡胶等导电材料。
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