CN109666996A - 基于泰勒锥形电场的静电设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于泰勒锥形电场的静电设备，涉及静电纺纱应用，包括供应口、静电场发生器、加捻器，所述静电场发生器包括高压电源、负电极、正电极、电场罩，以及正电极上用于产生静电场的针头；所述加捻器与自由端须条之间设置有喇叭口与过渡管，所述喇叭口用于获取自由端须条导入的纤维，所述过渡管为葫芦管；所述正电极采用若干个针头与金属导电片一体成型的结构，构成泰勒锥形电力线。若干个所述针头采用圆形排布方式。本发明能够加快纤维的接入，还能够简化受力过程，进而加快静电纺纱生产的效率；通过设置若干个针头并按照圆形或正三角形排布，能够有效形成理想的静电场；具有适应静电纺纱过程、使用方便的特点。

Description

基于泰勒锥形电场的静电设备

技术领域

本发明涉及静电应用，具体涉及基于泰勒锥形电场的静电设备。

背景技术

静电纺纱是指在纺纱过程中利用静电场对纤维的作用力，使纤维得到伸直、排列和凝聚，并在自由端须条加捻时起到平衡的作用，使纺纱能连续进行。是属于自由端纺纱范畴的一种新型纺纱技术。静电纺纱装置是由单纤维供应机构、静电场发生器、加捻器和卷绕机构4个部分所组成，图1为静电场发生器与加捻器的结构示意图。主要工艺流程为并条给湿，低速刺辊分梳，气流剥棉输送，封闭容器电场中定向排列及高速回转加捻成纱。静电纺纱的具体过程为：利用气流把单纤维吸走，通过输棉管送入静电场。在高压静电场的作用下，由于极化和电离作用使纤维两端呈现相反的电荷，产生静电力F。沿轴线的分力F﹑F使纤维伸直，并沿轴线分力较大的一方移动﹔垂直于轴线方向的分力F﹑F使纤维转动按电力线方向排列，并向电场中心移动，凝聚成自由端须条；由于电晕放电使纤维某一种电荷产生静电力F作用在纤维的重心上，它将使纤维沿电力线方向异性电极运动。凝聚在电场中心线上的自由端须条经过加捻器加捻成纱，然后由引纱罗拉引出直接卷绕成为筒子。存在问题是纱疵较多，劳动生产率及经济效益还赶不上传统纺纱工艺。但其优点是产量高，大成形，将粗纱、细纱、筒子3道工序合为一道，且用电省。特别是用于生产包芯竹节、彩色竹节及混纺方面更能显示静电纺纱的优越性。

但是，随着纳米纺丝行业的发展，静电纺纱技术与现有的转杯纺、喷气纺、摩擦纺相比，纱疵、经济效益的差距逐渐减小，因此静电纺纱得到越来越多的关注。目前静电纺纱仍然存在的问题包括：

1、当纵向拉伸力一定时，加捻三角区的加捻角度越大，单根纤维所受到的力就越大越容易发生断裂；加捻三角区长度越大，单根纤维的非握持长度越长，纤维弱环问题越严重，加捻三角区越大，越容易导致纤维断裂，使得纱线的基本参数(纱线捻度、成纱速度、细度、条干均匀度、强力等)调控困难，造成纱线断头，难以连续成纱，无法批量制备；

2、现有高压静电场多以单针头进行定向极化，这种方式是产生静电纺纱捻度不足的原因之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是目前静电纺纱设备存在加捻器容易拉断纤维、纺纱成型不够均匀、静电场对纤维的控制粗放的问题，目的在于提供基于泰勒锥形电场的静电设备，解决上述问题。

本发明通过下述技术方案实现：

基于泰勒锥形电场的静电设备，包括供应口、静电场发生器、加捻器，所述静电场发生器包括高压电源、负电极、正电极、电场罩，以及正电极上用于产生静电场的针头，所述电场罩包围所述高压电源、负电极、正电极；所述负电极、正电极在高压电源作用下，通过针头在电场罩内形成电力线；电场罩设置有供应口和吸风管，所述供应口与吸风管作用引导纤维进入电场罩内，所述电力线引导纤维附着在自由端须条上，所述自由端须条引导纤维进入加捻器中加捻成纱；所述加捻器与自由端须条之间设置有喇叭口与过渡管，所述喇叭口用于获取自由端须条导入的纤维，所述过渡管为葫芦管；所述正电极采用若干个针头与金属导电片一体成型的结构，构成泰勒锥形电力线。通常静电纺纱用的加捻器并没有具体的匹配结构，因此通常采用转杯纺、喷气纺、摩擦纺等常用纺纱配合的加捻器。但是，静电纺纱并非采用常见的罗拉引入，因此容易进入加捻器时发生散落的现象，进而引起纺纱不均匀等问题。对此，本发明的原理为：自由端须条将具有一定捻度的纤维在气道和牵伸罗拉的作用下进入加捻器，通过喇叭口使得加捻三角区的加捻角度由小到大，使得纤维受到牵拉时得到缓冲，有效避免拉断纤维的情况发生；为避免纤维由于静电作用在喇叭口仍然受到额外电场力的作用，因此喇叭口采用防静电塑料。过渡管采用葫芦管，能够允许纤维在进入加捻点前，将较为松散的纤维阻挡在葫芦管的大直径管内，而将经过静电场选择后的捻度较大、均匀的纤维持续进入加捻点。因此，葫芦管比普通的圆管增加了初步筛选的功能，能够有效提高纤维加捻的质量和效率。相较于现有技术中引纱管与输送管分离的现状，本发明采用过渡管、输送管连通的方式，不仅能够加快纤维的接入，还能够简化受力过程，进而加快静电纺纱生产的效率。泰勒锥在静电纺丝领域形成纤维细丝具有重要意义，是指在电场作用下，静电纺丝时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；而在静电纺丝中，采用泰勒锥形电力线，能够使纤维受到的电力具有定向性，进而获得更为均匀、强度更高的自由端须条，使加捻器不容易折断纤维。而设置若干个针头，而并非单针头，是为了避免纤维在单针头针尖出的纤维粘附，形成不均匀的结构，不利于后期加捻器的加捻。

进一步地，若干个所述针头采用圆形排布方式。采用圆形排布方式依据仿真分析，能够有效避免线性排布时针头整体场强分布不均匀的情况，也能够构成泰勒锥形的电力线。

进一步地，若干个所述针头采用正三角形排布方式。采用正三角形排布依据仿真分析，能够有效均衡场强，减小射流间的静电排斥力，形成的泰勒锥为四棱锥型。

进一步地，所述金属导电片采用铜、银钨、碳化钨、及铂族合金。由于静电场产生的高压电源所提供的高压电可达3～60kV，因此需要具有耐高温和导电良好的金属材料提供稳定电场。

进一步地，所述加捻器采用喷气涡流纺复式加捻器。是一种利用喷气涡流加捻纤维须条的喷气涡流纺复式加捻器，利用正压气流生成涡流场和管道流，纤维经输送管道进入涡流场。纤维须条随高速旋转气流回转，在纤维须条高速回转同时，管道流保护和引导正在加捻的纤维须条快速离开涡流场，在此过程中，纤维须条完成了加捻并高速生产出有捻纱线。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明基于泰勒锥形电场的静电设备，通过设置喇叭口、过渡管、有效避免拉断纤维的情况发生，能够加快纤维的接入，还能够简化受力过程，进而加快静电纺纱生产的效率；

2、本发明基于泰勒锥形电场的静电设备，通过设置若干个针头并按照圆形或正三角形排布，能够有效形成理想的静电场，提高静电纺纱的效率；

3、本发明基于泰勒锥形电场的静电设备，具有适应静电纺纱过程、使用方便的特点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为静电纺纱中静电场发生器与加拈器的结构示意图；

图2为本发明一种实施例形成泰勒锥形电力线的静电场发生器与加拈器结构示意图；

图3为本发明一种实施例的加拈器的结构示意图；

图4为本发明一种实施例的针头圆形排布时正电极的结构示意图；

图5为本发明一种实施例的针头正三角形排布时正电极结构示意图。

附图中标记及对应的部件名称：

1-加捻器，11-喇叭口，12-过渡管，21-负电极，22-正电极，221-针头，23-高压电源，3-自由端须条，4-电力线，5-供应口，6-纤维，7-电场罩，8-吸风管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图2-3所示，本发明基于泰勒锥形电场的静电设备，包括供应口5、静电场发生器、加捻器1，所述静电场发生器包括高压电源23、负电极21、正电极22、电场罩7，以及正电极22上用于产生静电场的针头221，所述电场罩7包围所述高压电源23、负电极21、正电极22；所述负电极21、正电极22在高压电源23作用下，通过针头221在电场罩7内形成电力线4；电场罩7设置有供应口5和吸风管8，所述供应口5与吸风管8作用引导纤维6进入电场罩7内，所述电力线4引导纤维6附着在自由端须条3上，所述自由端须条3引导纤维6进入加捻器1中加捻成纱；所述加捻器1与自由端须条3之间设置有喇叭口11与过渡管12，所述喇叭口11用于获取自由端须条3导入的纤维6，所述过渡管12为葫芦管；所述正电极22采用若干个针头221与金属导电片一体成型的结构，构成泰勒锥形电力线4。通常静电纺纱用的加捻器1并没有具体的匹配结构，因此通常采用转杯纺、喷气纺、摩擦纺等常用纺纱配合的加捻器1。但是，静电纺纱并非采用常见的罗拉引入，因此容易进入加捻器1时发生散落的现象，进而引起纺纱不均匀等问题。对此，本发明的原理为：自由端须条3将具有一定捻度的纤维6在气道和牵伸罗拉的作用下进入加捻器1，通过喇叭口11使得加捻三角区的加捻角度由小到大，使得纤维6受到牵拉时得到缓冲，有效避免拉断纤维6的情况发生；为避免纤维6由于静电作用在喇叭口11仍然受到额外电场力的作用，因此喇叭口11采用防静电塑料。过渡管12采用葫芦管，能够允许纤维6在进入加捻点前，将较为松散的纤维6阻挡在葫芦管的大直径管内，而将经过静电场选择后的捻度较大、均匀的纤维6持续进入加捻点。因此，葫芦管比普通的圆管增加了初步筛选的功能，能够有效提高纤维6加捻的质量和效率。相较于现有技术中引纱管与输送管分离的现状，本发明采用过渡管12、输送管连通的方式，不仅能够加快纤维6的接入，还能够简化受力过程，进而加快静电纺纱生产的效率。泰勒锥在静电纺丝领域形成纤维6细丝具有重要意义，是指在电场作用下，静电纺丝时针头221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6细丝；而在静电纺丝中，采用泰勒锥形电力线4，能够使纤维6受到的电力具有定向性，进而获得更为均匀、强度更高的自由端须条3，使加捻器1不容易折断纤维6。而设置若干个针头221，而并非单针头221，是为了避免纤维6在单针头221针尖出的纤维6粘附，形成不均匀的结构，不利于后期加捻器1的加捻。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上做出了如下进一步限定：如图2-4所示，若干个所述针头221采用圆形排布方式。采用圆形排布方式依据仿真分析，能够有效避免线性排布时针头221整体场强分布不均匀的情况，也能够构成泰勒锥形的电力线4。

若干个所述针头221采用正三角形排布方式。采用正三角形排布依据仿真分析，能够有效均衡场强，减小射流间的静电排斥力，形成的泰勒锥为四棱锥型。

所述金属导电片采用铜、银钨、碳化钨、及铂族合金。由于静电场产生的高压电源23所提供的高压电可达3～60kV，因此需要具有耐高温和导电良好的金属材料提供稳定电场。

所述加捻器1采用喷气涡流纺复式加捻器1。这是一种利用喷气涡流加捻纤维须条的喷气涡流纺复式加捻器，利用正压气流生成涡流场和管道流，纤维6经输送管道进入涡流场。纤维须条随高速旋转气流回转，在纤维须条高速回转同时，管道流保护和引导正在加捻的纤维须条快速离开涡流场，在此过程中，纤维须条完成了加捻并高速生产出有捻纱线。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于泰勒锥形电场的静电设备，包括供应口（5）、静电场发生器、加捻器（1），所述静电场发生器包括高压电源（23）、负电极（21）、正电极（22）、电场罩（7），以及正电极（22）上用于产生静电场的针头（221）。

2.根据权利要求1所述的基于泰勒锥形电场的静电设备，其特征在于，所述电场罩（7）包围所述高压电源（23）、负电极（21）、正电极（22）。

3.根据权利要求1所述的基于泰勒锥形电场的静电设备，其特征在于，所述负电极（21）、正电极（22）在高压电源（23）作用下，通过针头（221）在电场罩（7）内形成电力线（4）。

4.根据权利要求1所述的基于泰勒锥形电场的静电设备，其特征在于，电场罩（7）设置有供应口（5）和吸风管（8），所述供应口（5）与吸风管（8）作用引导纤维（6）进入电场罩（7）内，所述电力线（4）引导纤维（6）附着在自由端须条（3）上，所述自由端须条（3）引导纤维（6）进入加捻器（1）中加捻成纱；其特征在于，所述加捻器（1）与自由端须条（3）之间设置有喇叭口（11）与过渡管（12），所述喇叭口（11）用于获取自由端须条（3）导入的纤维（6），所述过渡管（12）为葫芦管；所述正电极（22）采用若干个针头（221）与金属导电片一体成型的结构，构成泰勒锥形电力线（4）。

5.根据权利要求1所述的基于泰勒锥形电场的静电设备，其特征在于，若干个所述针头（221）采用圆形排布方式。

6.根据权利要求1所述的基于泰勒锥形电场的静电设备，其特征在于，若干个所述针头（221）采用正三角形排布方式。

7.根据权利要求1所述的基于泰勒锥形电场的静电设备，其特征在于，所述金属导电片采用铜、银钨、碳化钨、及铂族合金。

8.根据权利要求1所述的基于泰勒锥形电场的静电设备，其特征在于，所述加捻器（1）采用喷气涡流纺复式加捻器。