CN109554772A - 静电纺丝装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静电纺丝装置包括：总控制器、静电电压调节器、推液控制器、喷射头、接收圆台、推液杆、储液管、导液管、加热层、加热控制器；总控制器分别与静电电压调节器、推液控制器、加热控制器连接；推液杆推入储液管的进液口，储液管输出口与导液管一端连接，导液管另一端与喷射头连接；推液控制器与推液组件的推液杆连接；静电电压调节器的正极与喷射头连接，负极与接收圆台连接；加热层包裹在储液管以及导液管上；加热控制器与加热层连接。本发明通过采用在储液管和导液管上包裹加热层，通过加热控制器控制加热层加热的方式使得溶液在自然环境下的电纺中可以充分挥发从而提高纤维的成丝效率，降低其粘度。

Description

静电纺丝装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝装置及其工作方法，尤其涉及一种防带电溶液喷洒粘连的静电纺丝装置及其工作方法，属于纺织机械技术领域。

背景技术

在工业生产和人类生活中，由于纳米纤维具有小孔径、高孔隙率、大比表面积等的力学特征和表面特征，被越来越广泛的应用于生物医学工程、能量储存和复合材料等领域。静电纺丝技术是目前唯一能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法。静电纺丝技术是把聚合物溶液或熔体在正负电极形成的电场力作用下(形成Taylor椎)使带电溶液喷出，形成射流，再在电场的作用下分散固化从而形成纳米纤维。常用的静电纺丝装置主要由3部分组成：高压静电发生器、喷头或金属针头以及接受装置，通过高压电源形成的电场使纺丝溶液客服表面张力，形成射流，在接收装置表面聚集形成纳米纤维。目前制约纳米纤维广泛使用的主要原因是纳米纤维产量低。在静电纺丝过程中，常使用用于医疗注射的微量注射泵和收集装置，在开放的环境下制备纳米纤维，过程中容易受到外界环境的温度干扰，由于不同纺丝溶液粘稠温度点不同，为保证溶液在自然环境下可以完全挥发、提高纳米纤维的成丝效率和纤维质量并且保证纺制高浓度液体时溶液不易粘稠，从而保持良好的液体流动性进而又可避免造成针头或导液管内壁堵塞，所以对纺丝过程中，溶液工作时的输出温度必须有要求。在特定环境下，因为纺丝溶液浓度高、液体流动性差而过于粘稠，从而造成静电纺丝泰勒锥成型困难、溶液难以推进等，甚至会造成针头和导液管内壁堵塞。

现有专利CN107099863A采用热光灯加热的方法来控制纺丝的环境温度，仅仅保证了工作环境温度，纺丝过程中任然无法充分把控溶液的温度，无法很好的改善溶液流动性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静电纺丝装置及其工作方法，解决在静电纺丝过程中无法充分把控溶液温度、无法很好改善溶液流动性的技术缺陷。

一种静电纺丝装置包括：总控制器、静电电压调节器、推液控制器、喷射头、接收圆台、推液杆、储液管、导液管、加热层、加热控制器；所述总控制器分别与所述静电电压调节器、推液控制器、加热控制器连接；所述推液杆推入所述储液管的进液口，所述储液管输出口与导液管一端连接，导液管另一端与喷射头连接；所述推液控制器与所述推液组件的推液杆连接；所述静电电压调节器的正极与所述喷射头连接，负极与所述接收圆台连接；所述加热层包裹在所述储液管以及导液管上；所述加热控制器与所述加热层连接。

进一步地，所述加热层包括第一加热层、第二加热层；所述第一加热层包裹在所述储液管上；所述第二加热层包裹在所述导液管上；所述加热控制器分别与所述第一加热层以及第二加热层连接。

进一步地，所述加热层是柔性编织加热套。

进一步地，所述推液杆与溶液接触的一端设有搅液部件。

进一步地，所述静电纺丝装置还包括阴影采集器、阴影制造器；所述阴影制造器与阴影采集器相对设置在所述喷射头与接收圆台之间，所述喷射头喷出的溶液经过所述阴影制造器与阴影采集器之间；所述总控制器与所述阴影采集器以及阴影制造器连接。

一种静电纺丝装置的工作方法，具体步骤如下：

步骤1：在总控制器中设置预设加热层加热温度、预设水滴型阴影响应时间；

步骤2：总控制器控制加热控制器将加热层加热至预设加热层加热温度；

步骤3：当加热层加热至预设加热层加热温度后，总控制器控制推液控制器推液，总控制器控制静电电压调节器产生电压，总控制器控制阴影采集器采集射流阴影；

步骤4：当阴影采集器采集到射流中有水滴型阴影时，判断水滴型阴影持续时间；当阴影持续时间达到预设水滴型阴影响应时间时，总控制器控制加热控制器对加热层加热直至水滴型阴影消失。

进一步地，所述步骤1中还包括设置最小加热温度、最小加热持续时间；所述步骤4中总控制器先控制加热控制器的方法包括：

总控制器控制加热控制器进行递增式升温，具体步骤如下：总控制器控制加热控制器将加热层温度升高一个最小加热温度，并保持，当保持时间达到持续最小加热持续时间时，判断是否存在水滴型阴影，当不存在水滴型阴影时，停止升温，当存在水滴型阴影时，重复递增式升温过程。

进一步地，所述步骤1中还包括设置最大温度；所述步骤4中总控制器先控制加热控制器的方法包括：

当温度达到最大温度时，总控制器控制加热控制器停止升温，总控制器控制推液控制器减少推液量，直至水滴型阴影消失。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在原有的静电纺丝装置基础上，通过采用在储液管和导液管上包裹加热层，通过加热控制器控制加热层加热的方式使得溶液在自然环境下的电纺中可以充分挥发从而提高纤维的成丝效率，降低其粘度。运用阴影制造器和阴影采集器，可以实时监控射流喷液情况，并根据射流喷液情况实时控制加热层温度，保证电纺效果。

附图说明

图1是本发明的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明静电纺丝装置包括：总控制器1、静电电压调节器2、推液控制器3、喷射头4、接收圆台5、推液杆6、储液管7、导液管8、加热层、加热控制器10、阴影采集器11、阴影制造器12，加热层优选柔性编织加热套；总控制器1分别与静电电压调节器2、推液控制器3、加热控制器10连接；推液杆6推入储液管7的进液口，推液杆6与溶液接触的一端设有搅液部件13，储液管7输出口与导液管8一端连接，导液管8另一端与喷射头4连接；推液控制器3与推液组件的推液杆6连接；静电电压调节器2的正极与喷射头4连接，负极与接收圆台5连接；加热层包裹在储液管7以及导液管8上；加热控制器10与加热层连接；优选将加热层分成两个独立加热层：第一加热层91、第二加热层92，第一加热层91包裹在储液管7上，独立的加热层可以独立的对储液管7、导液管8进行加热，当储液管7中液体较少时，可以停止加热或降低温度，在保证加热要求的情况下降低能耗，也更好的控制；第二加热层92包裹在导液管8上；加热控制器10分别与第一加热层91以及第二加热层92连接；阴影制造器12与阴影采集器11相对设置在喷射头4与接收圆台5之间，喷射头4喷出的溶液经过阴影制造器12与阴影采集器11之间；总控制器1与阴影采集器11以及阴影制造器12连接。

静电纺丝装置工作方式如下：

先在总控制器1中设置预设加热层加热温度、预设水滴型阴影响应时间、最小加热温度、最小加热持续时间，预设加热层加热温度是指加热层所需加热的温度，预设水滴型阴影响应时间是指当水滴型阴影出现时水滴型阴影持续多少时间后开始加热，最小加热温度是指在出现粘连时加热层每次加热的最小温度，最小加热持续时间是指在加热层增加最小温度后持续该温度的时间，储液管7的直径较大，存液较多，导液管8直径较小，存液较少，所需的加热温度会有不同，预设加热层加热温度可以针对第一加热层91和第二加热层92分别设置。

再让总控制器1控制加热控制器10将加热层加热至预设加热层加热温度，当加热层加热至预设加热层加热温度后，总控制器1控制推液控制器3推液，，中控制器1控制搅液部件进行搅拌，由于储液管7中溶液较多，进行搅拌后可以使得加热均匀，总控制器1控制静电电压调节器2产生电压，总控制器1控制阴影采集器11采集射流阴影，并开始基于阴影采集器11采集的阴影影像判断是否出现粘连情况，由于射流正常情况下是喷洒颗粒是均匀的，投射的阴影也是颗粒均匀的阴影，如果出现粘连会出现异于其他正常颗粒阴影的大直径的水滴型的阴影。

当阴影采集器11采集到射流中有水滴型阴影时开始计时，并判断水滴型阴影持续时间；当阴影持续时间达到预设水滴型阴影响应时间时，总控制器1控制加热控制器10对加热层加热直至水滴型阴影消失。为了更好的控制加热温度，可以在总控制器1中预设最小加热温度、最小加热持续时间，总控制器1控制加热控制器10进行递增式升温，具体步骤如下：总控制器1控制加热控制器10将加热层温度升高一个最小加热温度，并保持，当保持时间达到持续最小加热持续时间时，判断是否存在水滴型阴影，当不存在水滴型阴影时，停止升温，当存在水滴型阴影时，重复递增式升温过程。因采用溶液不同，每种溶液特性不同，存在最高加热温度，当达到最高加热温度时任未能使粘连情况消失，则可以通过降低推液量来将解决，但由于推液量初始就很低，所以优先通过升温来处理粘连情况，当升温无法解决时再通过缓慢降低推液量来处理粘连情况。可以在总控制器1设置最大温度，当温度达到最大温度时，总控制器1控制加热控制器10停止升温，总控制器1控制推液控制器3减少推液量，直至水滴型阴影消失。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种静电纺丝装置，其特征在于，包括：总控制器、静电电压调节器、推液控制器、喷射头、接收圆台、推液杆、储液管、导液管、加热层、加热控制器；所述总控制器分别与所述静电电压调节器、推液控制器、加热控制器连接；所述推液杆推入所述储液管的进液口，所述储液管输出口与导液管一端连接，导液管另一端与喷射头连接；所述推液控制器与所述推液组件的推液杆连接；所述静电电压调节器的正极与所述喷射头连接，负极与所述接收圆台连接；所述加热层包裹在所述储液管以及导液管上；所述加热控制器与所述加热层连接。

2.如权利要求1所述的静电纺丝装置，其特征在于，所述加热层包括第一加热层、第二加热层；所述第一加热层包裹在所述储液管上；所述第二加热层包裹在所述导液管上；所述加热控制器分别与所述第一加热层以及第二加热层连接。

3.如权利要求1或2所述的静电纺丝装置，其特征在于，所述加热层是柔性编织加热套。

4.如权利要求1中所述的静电纺丝装置，其特征在于，所述推液杆与溶液接触的一端设有搅液部件。

5.如权利要求1所述的静电纺丝装置，其特征在于，所述静电纺丝装置还包括阴影采集器、阴影制造器；所述阴影制造器与阴影采集器相对设置在所述喷射头与接收圆台之间，所述喷射头喷出的溶液经过所述阴影制造器与阴影采集器之间；所述总控制器与所述阴影采集器以及阴影制造器连接。

6.一种如权利要求1-5中任一所述的静电纺丝装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在总控制器中设置预设加热层加热温度、预设水滴型阴影响应时间；

步骤2：总控制器控制加热控制器将加热层加热至预设加热层加热温度；

步骤3：当加热层加热至预设加热层加热温度后，总控制器控制推液控制器推液，总控制器控制静电电压调节器产生电压，总控制器控制阴影采集器采集射流阴影；

步骤4：当阴影采集器采集到射流中有水滴型阴影时，判断水滴型阴影持续时间；当阴影持续时间达到预设水滴型阴影响应时间时，总控制器控制加热控制器对加热层加热直至水滴型阴影消失。

7.如权利要求6所述的静电纺丝装置的工作方法，其特征在于，所述步骤1中还包括设置最小加热温度、最小加热持续时间；所述步骤4中总控制器先控制加热控制器的方法包括：

总控制器控制加热控制器进行递增式升温，具体步骤如下：总控制器控制加热控制器将加热层温度升高一个最小加热温度，并保持，当保持时间达到持续最小加热持续时间时，判断是否存在水滴型阴影，当不存在水滴型阴影时，停止升温，当存在水滴型阴影时，重复递增式升温过程。

8.如权利要求6或7所述的静电纺丝装置的工作方法，其特征在于，所述步骤1中还包括设置最大温度；所述步骤4中总控制器先控制加热控制器的方法包括：

当温度达到最大温度时，总控制器控制加热控制器停止升温，总控制器控制推液控制器减少推液量，直至水滴型阴影消失。