CN109972212A - 一种环形往复移动封闭式静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环形往复移动封闭式静电纺丝装置，包括纤维收集器、纤维发生器、溶液槽、往复移动旋转机构和高电压发生装置，其中纤维发生器安装在溶液槽内并与往复移动旋转机构连接传动实现纤维发生器边旋转边往复移动，纤维发生器和纤维收集器分别与高电压发生装置的正负极连接，在纤维收集器和纤维发生器之间形成用于实现静电纺丝的高压静电场。本发明通过使纤维发生器往复移动，能够克服电场不连续造成的纤维收集器上接收的纳米纤维均匀性较差的缺点，通过在密封盖板上增加气流，可以大幅增加纳米纤维的产量。

Description

一种环形往复移动封闭式静电纺丝装置

技术领域

本发明属于静电纺丝装置技术领域，具体涉及一种环形往复移动封闭式静电纺丝装置。

背景技术

近年来，通过各种纳米纤维生产方法的大量研究实验对比，静电纺丝逐渐成为一种稳定制备纳米纤维的重要方法。该方法生产工艺简单，应用范围广泛，只需在喷头与接收极之间施加一个高压静电场，不同种类的纺丝溶液均可制备出各种功能性的纳米纤维。纺丝溶液的种类从人工合成高分子到天然高分子，凡是可溶可熔高分子均可采用静电纺丝的方法制备，且生产稳定，形态可控性比较强。

产量问题和稳定性问题是一直制约着静电纺丝技术发展的两大瓶颈，虽然经过广大科研人员的努力，静电纺丝装置的产量和稳定性都有了很大的提高，但仍满足不了规模化生产的需求。目前静电纺丝技术普遍应用的方案主要有针纺装置和无针纺装置两种形式。

为了实现规模化生产，针纺装置普遍采用针头阵列形式进行纺丝。但存在的问题是针头之间会产生电场相互干扰的“边缘效应”，导致单针射流发生明显偏移，纺丝效率和质量降低，且存在纺丝装置复杂、针头容易堵塞、各针头供液量不均匀、供液系统复杂、清洗不方便的问题，纺丝装置出现问题以后，解决时间较长导致规模化生产受限。

无针纺解决了针纺的固有缺点，单位时间内通过在纺丝头表面尽可能多的形成泰勒锥，从而提高生产纳米纤维的产量，一种是以缆线为代表的纺丝电极，如公告号为CN101755079B的专利通过一套往复移动刷料机构将溶液涂覆在线缆上，此种方式通过封闭的供液系统为电极提供新鲜的纺丝溶液，有利于生产的稳定进行，其缺点在于施加于线缆上的高压静电在长度方向分布不均匀，两端的高压电场高于中间，因此会造成纺丝过程中,纺丝射流不均匀,进而使收集到的纳米纤维层不均匀，另外由于往复刷料机构在刷料过程中会将未纺完的料液作为废液清掉，会造成纺丝溶液的大量浪费。另一种是绕轴心旋转型纺丝电极，如公告号为CN202107802U的专利和公开号为CN102216502A的专利分别以螺旋叶片和弹簧作为纺丝电极，虽然解决了电场分布不均和溶液可重复使用的问题，但存在的问题是这些装置均采用开放式的体系，聚合物纺丝液的表面暴露在空气中，造成大量溶剂挥发。随着纺丝过程进行，溶液浓度会越来越大，纤维也随溶液浓度的增加越来越粗，因而影响纳米纤维生产的稳定性。如公告号为CN205711076U的专利公开了采用圆环作为电极，并用盖板对溶液槽内溶液进行密封，防止溶液槽内溶剂的挥发，确保纺丝溶液在纺丝过程中的浓度稳定性。但缺点是平行的圆环位置固定，与收集器之间的电场不连续，容易造成收集器上接收的纳米纤维层均匀性较差。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种能够进行规模化稳定生产纳米纤维的环形往复移动封闭式静电纺丝装置，能够将高分子溶液在高压静电场下制备成纳米纤维膜。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种环形往复移动封闭式静电纺丝装置，其特征在于包括纤维收集器、纤维发生器、溶液槽、往复移动旋转机构和高电压发生装置，其中纤维发生器安装在溶液槽内并与往复移动旋转机构连接传动实现纤维发生器边旋转边往复移动，纤维发生器和纤维收集器分别与高电压发生装置的正负极连接，在纤维收集器和纤维发生器之间形成用于实现静电纺丝的高压静电场。

优选的，所述往复移动旋转机构包括以下五种结构形式：

所述往复移动旋转机构主要由直线轴承、滚动轴承、从动同步带轮、被动轴、滚动轴承、同步带、伺服电机、主动轴、主动同步带轮、气缸和线性滑轨构成，主动同步带轮与从动同步带轮通过同步带连接，从动同步带轮中心孔带双平面台阶，被动轴一端设有两个与从动同步带轮中心孔相配合的平台面，用于实现从动同步带轮带动被动轴旋转并实现被动轴在从动同步带轮中心孔内往复移动，从动同步带轮固定在两个滚动轴承之间，用于轴向限位，直线轴承由滚动轴承支撑，驱动轴轴向往复运动由直线轴承支撑，驱动轴与直线轴承同步回转，线性滑轨与I型溶液槽滑动配合，气缸推动I型溶液槽时，带动驱动轴和被动轴同步往复移动；

或者所述往复移动旋转机构主要由直线轴承、滚动轴承、被动轴、被动圆皮带轮、气缸、滚动轴承、圆皮带、伺服电机、主动轴、主动圆皮带轮和线性滑轨构成，伺服电机输出轴通过主动轴与主动圆皮带轮连接，主动圆皮带轮通过圆皮带与被动圆皮带轮连接，被动圆皮带轮中心孔带双平面台阶，两平面及圆弧面上设置有沟槽，以减少中心轴往复移动时产生的摩擦力，被动轴一端设有两个与被动圆皮带轮中心孔相配合的平台面，用于实现被动圆皮带轮带动被动轴旋转同时实现被动轴在被动圆皮带轮中心孔内往复移动，被动圆皮带轮固定于两个滚动轴承之间用于实现轴向限位，被动轴的一端与气缸连接，被动轴的另一端通过联轴器与驱动轴的一端连接，直线轴承由滚动轴承支撑，驱动轴轴向往复运动由直线轴承支撑，驱动轴的另一侧延伸至溶液槽内并通过轴承固定于溶液槽的侧壁上，驱动轴与溶液槽轴承的连接部位设有用于实现驱动轴轴向限位的止退台阶，溶液槽内部的驱动轴上设有纤维发生器，溶液槽滑配于线型滑轨上并由驱动轴带动实现往复移动；

或者所述往复移动旋转机构主要由直线轴承、滚动轴承、驱动轴、滚动轴承、伺服电机、线性滑轨、伺服电机、气缸、丝杆、螺母、滚动轴承和线性滑轨构成，驱动轴由滚动轴承支撑并轴向限位，伺服电机与驱动转轴连接并固定在线性滑轨上，驱动转轴与驱动轴连接.直线轴承由滚动轴承支撑，驱动轴轴向往复运动由直线轴承支撑，驱动轴与直线轴承同步回转，线性滑轨与III型溶液槽滑动配合，螺母与III型溶液槽连接，丝杠与螺母配合且被滚动轴承支撑并轴向限位，丝杆为双向往复丝杆，伺服电机带动丝杆单向转动时，螺母带动III型溶液槽及驱动轴同步往复移动，丝杆为滚珠丝杠或梯形丝杠，伺服电机带动丝杆正反向转动，螺母带动III型溶液槽及驱动轴同步往复移动；

或者所述往复移动旋转机构主要由被动轴、被动齿轮、滚动轴承、气缸、伺服电机、线型滑轨、主动轴和主动齿轮构成，伺服电机输出轴通过主动轴与主动齿轮连接，主动齿轮与被动齿轮相啮合，被动齿轮固定于被动轴上，主动轴和被动轴分别通过滚动轴承支撑并限位，伺服电机及滚动轴承安装板滑配于线型滑轨上，被动轴的一端与固定于支架上的气缸连接，由气缸的伸缩带动滚动轴承安装板沿线型滑轨往复移动，被动轴的另一端通过联轴器与驱动轴的一端连接，驱动轴的另一侧延伸至溶液槽内并通过轴承固定于溶液槽的侧壁上，溶液槽内部的驱动轴上设有纤维发生器；

或者所述往复移动旋转机构主要由被动轴、固定螺母、被动齿轮、直线轴承、滚动轴承、伺服电机、主动轴、主动齿轮和滚动轴承构成，伺服电机输出轴通过主动轴与主动齿轮连接，主动轴通过滚动轴承支撑，主动齿轮与被动齿轮相啮合，主动齿轮的宽度为被动齿轮宽度加被动齿轮移动距离，被动齿轮固定于被动轴上，被动轴往复运动由直线轴承及固定螺母支撑，直线轴承由滚动轴承支撑，被动轴与直线轴承同步回转，被动轴与固定螺母配合部位为双向往复螺杆结构，被动轴的末端通过联轴器与驱动轴一端连接，驱动轴的另一侧延伸至溶液槽内并通过轴承固定于溶液槽的侧壁上，溶液槽内部的驱动轴上设有纤维发生器，被动齿轮带动被动轴旋转时，被动轴上双向往复螺螺纹与固定螺母内螺纹配合从而带动驱动轴旋转并往复移动。

优选的，所述纤维发生器包括六种结构形式，其中I型纤维发生器、II型纤维发生器和III型纤维发生器用于中心轴驱动方式，IV纤维发生器、V型纤维发生器和VI纤维发生器用于侧轴驱动方式；

I型纤维发生器、II型纤维发生器和III型纤维发生器均有至少两个轮幅，同心环内径与驱动轴相配合，其中I型纤维发生器圆环外缘开V型口，II型纤维发生器圆环外缘开U型口，III型纤维发生器T型圆盘直径为40-300mm，端部高度为3-60mm，端部厚度为1-20mm，总厚度为5-40mm；

IV型纤维发生器、V型纤维发生器和VI型纤维发生器的截面均为十字状，端部高度为3-60mm，端部厚度为1-20mm，总厚度为5-40mm，纤维发生器内侧为环形驱动轮轨道，其中IV型纤维发生器端部外缘开V型口，内侧轨道为齿轮，该齿轮与主动驱动齿轮和被动齿轮相啮合传动，主动驱动齿轮与被动齿轮的中心连线经过IV型纤维发生器的圆心，该主动驱动齿轮固定于驱动轴上；V型纤维发生器端部外缘开U型口，内侧轨道为V型截面环，该V型截面环与被动V型轮和主动V型轮相匹配传动，被动V型轮与主动V型轮的中心连线经过V型纤维发生器的圆心，主动V型轮固定于驱动轴上；VI型纤维发生器内侧轨道为U型截面环，该U型截面环与被动U型轮和主动U型轮相匹配传动，被动U型轮与主动U型轮的中心连线经过VI型纤维发生器的圆心，主动U型轮固定于驱动轴上。

优选的，所述环形往复移动封闭式静电纺丝装置还包括密封盖板，该密封盖板安装在溶液槽上，用于对溶液槽内的溶液进行局部密封，密封盖板上设置纤维发生器出口，使纤维发生器能够自由旋转。

优选的，所述密封盖板包括中心轴驱动形式密封盖板和侧轴驱动形式密封盖板，其中中心轴驱动形式密封盖板与I型纤维发生器、II型纤维发生器和III纤维发生器配合使用，侧轴驱动形式密封盖板与IV型纤维发生器、V型纤维发生器和VI型纤维发生器配合使用，侧轴驱动形式密封盖板由密封上盖板II和下密封盖板II组成，密封下盖板I和密封下盖板II均为凹槽结构，对应纤维发生器处开长槽孔，纤维发生器间凹槽四周联通，分别与密封上盖板I和密封上盖板II紧密配合，使密封盖板形成中空结构，气体在密封盖板内均匀分布，密封下盖板I与移动溶液槽密封固定连接并随移动溶液槽同步往复移动，密封下盖板II与固定溶液槽结合处设有轨道，能够随纤维发生器相对溶液槽同步往复移动。

优选的，所述环形往复移动封闭式静电纺丝装置还包括供气装置，该供气装置与密封盖板上的进气孔连接，密封盖板上设有出气孔，该出气孔分布在每个纤维发生器两侧，用于实现气体在纺丝过程中加速纳米纤维生成速度，从而增加纳米纤维的产出量。

优选的，所述溶液槽分为移动式溶液槽和固定式溶液槽，移动式溶液槽分为I型溶液槽、II型溶液槽和III型溶液槽，与线性滑轨滑动配合，在往复移动旋转机构的驱动下溶液槽和纤维发生器同步往复移动，在其侧边设置进出液口，与循环供液装置连接，I型溶液槽和滚动轴承配合，II型溶液槽和滚动轴承配合同时和溶液盖板配合，溶液槽盖板对应纤维发生器处开有长槽孔，对底部溶液进行密封，III型溶液槽和滚动轴承配合，对应纤维发生器处设置V型槽，且四周环形沟槽将所有V型槽联通在一起，III型溶液槽底部与溶液盖板将四周环形沟槽进行封闭，固定式溶液槽为IV型溶液槽，和直线轴承配合，工作时固定不动，纤维发生器在其内部往复移动。

优选的，所述环形往复移动封闭式静电纺丝装置还包括循环供液装置，该循环供液装置通过管路与溶液槽连通，通过泵或带压力气体将新鲜溶液注入到溶液槽内，通过泵或真空将循环溶液抽到供液装置内，用于维持溶液槽内溶液黏度的稳定性。

优选的，所述的环形往复移动封闭式静电纺丝装置，包括沿第一方向阵列设置的多个纤维发生器；

溶液槽和密封盖板，密封盖板遮盖于溶液槽的顶端开口，所述密封盖板上开设有供所述纤维发生器穿过的多个窗口；

纤维收集器，与所述纤维发生器相对设置；

高压发生装置，在纤维收集器和纤维发生器之间形成用于实现静电纺丝的高压静电场；

动力装置，作用于所述纤维发生器和密封盖板，可带动所述纤维发生器旋转，并可带动所述纤维发生器和密封盖板沿第一方向同步移动。

优选的，所述纤维发生器为圆环形或圆盘形。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、采用环形纤维发生器，并在溶液槽上安装密封盖板，将溶液槽封闭，同时配合循环供液装置，能够克服开放式溶液槽纺丝过程中溶剂易挥发，影响纺丝质量的缺点，也能够克服封闭式溶液槽刷料过程中产生废料的缺点；

2、通过往复移动旋转机构使纤维发生器边旋转边往复移动，能够克服电场不连续造成的纤维收集器上接收的纳米纤维均匀性较差的缺点；

3、通过密封盖板上纤维发生器周边出气孔增加辅助气流，可以大幅增加纳米纤维的产量。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是第一种形式往复移动旋转机构的结构示意图；

图3是图2的截面图；

图4是第二种形式往复移动旋转机构的结构示意图；

图5是第三种形式往复移动旋转机构的结构示意图；

图6是第四种形式往复移动旋转机构的结构示意图；

图7是第五种形式往复移动旋转机构的结构示意图；

图8是I型纤维发生器的结构示意图；

图9是II型纤维发生器的结构示意图；

图10是III型纤维发生器的结构示意图；

图11是IV型纤维发生器的结构示意图；

图12是V型纤维发生器的结构示意图；

图13是VI型纤维发生器的结构示意图；

图14是图2或图6的截面图；

图15是图4的截面图；

图16是图5的截面图；

图17是中心轴驱动形式密封盖板结构示意图；

图18是侧轴驱动形式密封盖板结构示意图。

具体实施方式

结合附图详细描述本发明的技术方案。

一种环形往复移动封闭式静电纺丝装置，由纤维收集器100，纤维发生器200，密封盖板300，溶液槽400，往复移动旋转机构500，供气装置600，循环供液装置700和高电压发生装置800组成。

所述纤维发生器200安装在溶液槽400内，与往复移动旋转机构500连接，实现纤维发生器200边旋转边往复移动；密封盖板300安装在溶液槽400上，对溶液槽400内的溶液进行密封，同时供气装置600提供的气体从密封盖板的出气孔处排气，加速纳米纤维的产生；高电压发生装置800的正极与纤维发生器200连接，高电压发生装置800的负极与纤维收集装置100连接，或地线与纤维收集器100连接，使纤维发生器200与纤维收集装置100之间形成高电压静电场；循环供液装置700将溶液槽400内旧溶液抽走同时将新溶液补充进来，使纺丝溶液浓度在纺丝过程中保持一致。

所述纤维收集器100由金属网带或防静电皮带和金属辊组成，具有良好的导电性。

所述纤维发生器200具有六种结构形式，I型纤维发生器202，II型纤维发生器208，III型纤维发生器206为中心轴驱动方式；IV型纤维发生器204，V型纤维发生器210，VI型纤维发生器215为侧轴驱动方式。

进一步的I型纤维发生器202，II型纤维发生器208，III型纤维发生器206有两个及以上轮幅2022。同心环2023内径与驱动轴相配合。

进一步的I型纤维发生器202，II型纤维发生器208的圆环线径为1毫米到15毫米,圆环直径为40毫米到300毫米,数量为1到50个，两个相邻纤维发生器之间间距为20毫米到100毫米。

进一步的I型纤维发生器202，圆环外缘开V型口，开口角度为20度到150度。

进一步的II型纤维发生器208，圆环外缘开U型口，U型开口宽度小于线半径r。

进一步的III型纤维发生器206，T型圆盘2061直径为40mm到300mm，端部高度为3mm到60mm，端部厚度为1毫米到20毫米，总厚度为5毫米到40毫米，一组数量为1到50个，两个III型纤维发生器206之间间距20毫米到100毫米。

进一步的IV型纤维发生器204，V型纤维发生器210，VI型纤维发生器215截面为十字状，端部高度为3mm到60mm，端部厚度为1毫米到20毫米,总厚度为5毫米到40毫米,纤维发生器内侧为环形驱动轮轨道，一组数量为1到50个，两个IV型纤维发生器204或V型纤维发生器210或VI型纤维发生器215之间间距20毫米到100毫米。

进一步的IV型纤维发生器204，端部外缘开V型口，开口角度为20度到150度。内侧轨道为齿轮，与主动驱动齿轮206，被动齿轮205齿型相匹配，且主动驱动齿轮206，被动齿轮205的中心连线经过IV型纤维发生器204的圆心。

进一步的V型纤维发生器210，端部外缘开U型口，U型开口宽度为1毫米到5毫米。内侧轨道为V型截面环，与被动V型轮211，主动V型轮212形状相匹配，且被动V型轮211，主动V型轮212的中心连线经过V型纤维发生器210的圆心。

进一步的VI型纤维发生器215，内侧轨道为U型截面环，与被动U型轮213和主动U型轮214形状相匹配，且被动U型轮213和主动U型轮214的中心连线经过VI型纤维发生器215的圆心。

所述密封盖板300，有两种结构形式，中心轴驱动形式由密封上盖板I301和下密封盖板I302组成，侧轴驱动形式由密封上盖板II303和下密封盖板II304组成。

进一步的中心轴驱动形式密封盖板与I型纤维发生器202，II型纤维发生器208，III型纤维发生器206配合使用。

进一步的侧轴驱动形式密封盖板与IV型纤维发生器204，V型纤维发生器210，VI型纤维发生器215配合使用。进一步的密封下盖板I302和密封下盖板II304为凹槽结构，对应纤维发生器处开长槽孔，纤维发生器间凹槽四周联通，与密封上盖板I301和密封上盖板II303紧密配合，使密封盖板300形成中空结构，气体在内部能够均匀分布。

进一步的密封下盖板I302与溶液槽400密封固定在一起，并能一起往复移动。

进一步的密封下盖板II304与溶液槽400结合处设置有轨道，能够随纤维发生器200相对溶液槽400往复移动。

进一步的密封下盖板I302和密封下盖板II304侧边设置有进气口和出气口，与供气装置600连接。

进一步的密封上盖板I301对应纤维发生器处开长槽孔，使纤维发生器能够自由旋转，在纤维发生器两侧设置出气孔，在纺丝时能够使气体增加纳米纤维的产出量。

进一步的密封上盖板II303对应纤维发生器出口设置2个圆形出口，使纤维发生器能够自由旋转，在纤维发生器两侧设置出气孔，在纺丝时能够使气体增加纳米纤维的产出量。

所述溶液槽400分为可移动式溶液槽和固定式溶液槽。

进一步的移动式溶液槽分为I型溶液槽402，II型溶液槽403，III型溶液槽405，在侧边设置进出液口，与循环供液装置700连接，与线性滑轨511连接。

进一步的I型溶液槽402和滚动轴承401配合，纺丝溶液701高度为h1+d<h<h2。

进一步的II型溶液槽403和滚动轴承401配合，同时和溶液盖板404配合，纺丝溶液701高度为h1<h<h1+h3。

进一步的溶液槽盖板404对应纤维发生器处开有长槽孔，对底部溶液进行密封。

进一步的III型溶液槽405和滚动轴承401配合，对应纤维发生器处设置V型槽，且四周环形沟槽将所有V型槽联通在一起。

进一步的III型溶液槽405底部与溶液盖板408将四周环形沟槽进行封闭。

进一步的纺丝溶液701液面高度h1<h<h1+h3，使VI型纤维发生器215的端部浸入到溶液内。

进一步的固定式溶液槽为IV型溶液槽407，和直线轴承406配合，工作时固定不动，纤维发生器在内部往复移动。

所述往复移动旋转机构500有5种结构形式。用于纤维发生器200在纺丝工作过程中边旋转边往复移动。

进一步的移动旋转机构500，由直线轴承501，滚动轴承502，从动同步带轮503，被动轴504，滚动轴承505，同步带506，伺服电机507，主动轴508，主动同步带轮509，气缸510，线性滑轨511组成。

进一步的主动同步带轮509与从动同步带轮503齿型相同，齿数相等，通过同步带506连接在一起。

进一步的从动同步带轮503中心孔带双平面台阶，且两平面及圆弧面上设置有沟槽，以减少中心轴往复移动时产生的摩擦力。被动轴504一端有两个平台面，与从动同步带轮503中心孔相配合，一方面通过平台面可以使从动同步带轮503带动被动轴504旋转，另一方面被动轴504可以在从动同步带轮503中心孔内往复移动。

进一步的从动同步带轮503固定在两个滚动轴承505之间，轴向被限位。同步带506材质为聚氨酯加玻璃纤维制成，具有绝缘性能。

进一步的所述直线轴承501由滚动轴承502支撑，驱动轴201轴向往复运动由直线轴承支撑，当驱动轴201旋转时，与直线轴承501一起回转。

线性滑轨511与I型溶液槽402连接在一起，气缸510推动I型溶液槽402时，带动驱动轴201和被动轴504一起往复移动。图2

所述往复移动旋转机构500，其特征在于包含直线轴承501，滚动轴承502，被动轴512，被动圆皮带轮513，气缸510，滚动轴承505，圆皮带514，伺服电机507，主动轴508，主动圆皮带轮515，线性滑轨511。

进一步的主动圆皮带轮515与被动圆皮带轮513直径相等，型号一致，通过圆皮带514连接在一起。主动圆皮带轮515与被动圆皮带轮513材质为具有绝缘耐磨性能的工程塑料或树脂。

进一步的被动圆皮带轮513中心孔带双平面台阶，且两平面及圆弧面上设置有沟槽，以减少中心轴往复移动时产生的摩擦力。被动轴512一端有两个平台面，与被动圆皮带轮513中心孔相配合，一方面通过平台面可以使被动圆皮带轮513带动被动轴512旋转，另一方面被动轴512可以在被动圆皮带轮513中心孔内往复移动。

进一步的被动圆皮带轮513固定在两个滚动轴承505之间，轴向被限位。圆皮带514材质为聚氨酯制成，具有绝缘性能。

直线轴承501由滚动轴承502支撑，驱动轴203轴向往复运动由直线轴承支撑，当驱动轴203旋转时，与直线轴承501一起回转。线性滑轨511与II型溶液槽403连接在一起，气缸510推动被动轴512时，带动驱动轴203和II型溶液槽403一起往复移动。

所述往复移动旋转机构500，其特征在于包含直线轴承501，滚动轴承502，驱动转轴516，滚动轴承505，伺服电机507，线性滑轨517，伺服电机518，丝杆519，螺母520，滚动轴承521，线性滑轨511。

进一步的驱动转轴516由滚动轴承505支撑并轴向限位。伺服电机507与驱动转轴516连接，并固定在线性滑轨517上，驱动转轴516与驱动轴205连接，直线轴承501由滚动轴承502支撑，驱动轴205轴向往复运动由直线轴承501支撑，当驱动轴205旋转时，与直线轴承501一起回转。

进一步的线性滑轨511与III型溶液槽405连接在一起，所述螺母520与III型溶液槽405连接在一起，所述丝杠519与螺母520配合，且被滚动轴承521支撑并轴向限位。

进一步的丝杆519为双向往复丝杆，伺服电机518带动丝杆519单向转动时，螺母520带动III型溶液槽405及驱动轴一起往复移动。丝杆519为滚珠丝杠或梯形丝杠，伺服电机518带动丝杆519正反向转动，螺母520带动III型溶液槽405及驱动轴一起往复移动。图5

所述往复移动旋转机构500，其特征在于包含被动轴522，被动齿轮523，滚动轴承505，气缸510，伺服电机507，线性滑轨517，主动轴508，主动齿轮524。

进一步的主动齿轮524与被动齿轮523模数与齿数相等，并直接进行啮合。主动齿轮524固定于主动轴508上，被动齿轮523固定于被动轴522上。

进一步的主动轴508及被动轴522由滚动轴承505支撑并限位。线性滑轨517与伺服电机507及滚动轴承505安装板连接在一起。伺服电机507与主动轴连接，通过主动齿轮524和被动齿轮523带动驱动轴207旋转。气缸510通过伸缩带动驱动轴往复移动。

图6

所述往复移动旋转机构500，其特征在于包含被动轴525，固定螺母526，被动齿轮527，直线轴承501，滚动轴承502，伺服电机507，主动轴508，主动齿轮528，滚动轴承505。

进一步的主动齿轮528与被动齿轮527模数与齿数相等，并直接进行啮合。主动齿轮528宽度为被动齿轮527宽度加被动轴525移动距离。

进一步的主动齿轮528固定于主动轴508上，并能够传递力矩一起旋转。

被动齿轮527固定于被动轴525上，并能够传递力矩一起旋转。被动轴525与固定螺母526配合部分为双向往复螺杆。

进一步的直线轴承501由滚动轴承502支撑，被动轴525往复运动由直线轴承501支撑，当被动轴525旋转时，与直线轴承501一起回转。

被动齿轮527带动被动轴525旋转时，被动轴525上双向往复螺螺纹与固定螺母526内部螺纹配合，从而带动驱动轴一边旋转一边往复移动图7。

实施例

如图1和图2所示，移动旋转机构500由直线轴承501，滚动轴承502，从动同步带轮503，被动轴504，滚动轴承505，同步带506，伺服电机507，主动轴508，主动同步带轮509，气缸510和线性滑轨511组成。主动同步带轮509与从动同步带轮503齿型相同，齿数相等，通过同步带506连接在一起。从动同步带轮503中心孔带双平面台阶，且两平面及圆弧面上设置有沟槽，以减少中心轴往复移动时产生的摩擦力,如侧剖视图图3所示。被动轴504一端有两个平台面，与从动同步带轮503中心孔相配合，一方面通过平台面可以使从动同步带轮503带动被动轴504旋转，另一方面被动轴504可以在从动同步带轮503中心孔内往复移动。从动同步带轮503固定在两个滚动轴承505之间，轴向被限位。同步带506材质为聚氨酯加玻璃纤维制成，具有绝缘性能。直线轴承501由滚动轴承502支撑，驱动轴201轴向往复运动由直线轴承支撑，当驱动轴201旋转时，与直线轴承501一起回转。线性滑轨511与I型溶液槽402连接在一起，气缸510推动I型溶液槽402时，带动驱动轴201和被动轴504一起往复移动。

纤维发生器200包含一根中心驱动轴201，13个I型纤维发生器202，所述I型纤维发生器202套在中心驱动轴201上，所述I型纤维发生器202由一个线径为5mm，中心直径100mm的圆环2021，两个轮幅2022和一个内径30mm的同心环2023组成，圆环V型开口角度为70°，两个相邻的I型纤维发生器202间距为40mm，中心驱动轴201被定位在I型溶液槽402两端的滚动轴承401之间，与I型溶液盒一起往复移动。I型纤维发生器202，在旋转过程中将溶液槽底部的溶液带到顶端，同时用高电压发生装置800将高压静电施加到I型纤维发生器202上，本实施例中施加电压为+80kv，纤维收集器100接地，此时I型纤维发生器202和纤维收集器100之间产生一个80KV的高压静电场，I型纤维发生器202顶端的溶液开始形成泰勒锥并开始纺丝，并沉积在纤维收集器下表面的基材上，供气装置600向密封盖板300内部的空心处提供2L/min的压缩空气，通过纤维发生器两侧的出气孔加速纺丝的过程。

循环供液装置700通过两台蠕动泵，将溶液槽内的旧溶液抽出，并将新溶液注入到溶液槽内，使溶液槽内溶液长时间维持在一定的浓度范围内，同时I型纤维发生器202以10S一个行程均匀的往复移动，从而得到均匀性一致的纳米纤维膜。

以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

Claims (10)

1.一种环形往复移动封闭式静电纺丝装置，其特征在于包括纤维收集器、纤维发生器、溶液槽、往复移动旋转机构和高电压发生装置，其中纤维发生器安装在溶液槽内并与往复移动旋转机构连接传动实现纤维发生器边旋转边往复移动，纤维发生器和纤维收集器分别与高电压发生装置的正负极连接，在纤维收集器和纤维发生器之间形成用于实现静电纺丝的高压静电场。

2.根据权利要求1所述的环形往复移动封闭式静电纺丝装置，其特征在于所述往复移动旋转机构包括以下五种结构形式：

所述往复移动旋转机构主要由直线轴承、滚动轴承、从动同步带轮、被动轴、滚动轴承、同步带、伺服电机、主动轴、主动同步带轮、气缸和线性滑轨构成，主动同步带轮与从动同步带轮通过同步带连接，从动同步带轮中心孔带双平面台阶，被动轴一端设有两个与从动同步带轮中心孔相配合的平台面，用于实现从动同步带轮带动被动轴旋转并实现被动轴在从动同步带轮中心孔内往复移动，从动同步带轮固定在两个滚动轴承之间，用于轴向限位，直线轴承由滚动轴承支撑，驱动轴轴向往复运动由直线轴承支撑，驱动轴与直线轴承同步回转，线性滑轨与I型溶液槽滑动配合，气缸推动I型溶液槽时，带动驱动轴和被动轴同步往复移动；

或者所述往复移动旋转机构主要由直线轴承、滚动轴承、被动轴、被动圆皮带轮、气缸、滚动轴承、圆皮带、伺服电机 、主动轴、主动圆皮带轮和线性滑轨构成，伺服电机输出轴通过主动轴与主动圆皮带轮连接，主动圆皮带轮通过圆皮带与被动圆皮带轮连接，被动圆皮带轮中心孔带双平面台阶，两平面及圆弧面上设置有沟槽，以减少中心轴往复移动时产生的摩擦力，被动轴一端设有两个与被动圆皮带轮中心孔相配合的平台面，用于实现被动圆皮带轮带动被动轴旋转同时实现被动轴在被动圆皮带轮中心孔内往复移动，被动圆皮带轮固定于两个滚动轴承之间用于实现轴向限位，被动轴的一端与气缸连接，被动轴的另一端通过联轴器与驱动轴的一端连接，直线轴承由滚动轴承支撑，驱动轴轴向往复运动由直线轴承支撑，驱动轴的另一侧延伸至溶液槽内并通过轴承固定于溶液槽的侧壁上，驱动轴与溶液槽轴承的连接部位设有用于实现驱动轴轴向限位的止退台阶，溶液槽内部的驱动轴上设有纤维发生器，溶液槽滑配于线型滑轨上并由驱动轴带动实现往复移动；

或者所述往复移动旋转机构主要由直线轴承、滚动轴承、驱动轴、滚动轴承、伺服电机、线性滑轨、伺服电机、气缸、丝杆、螺母、滚动轴承和线性滑轨构成，驱动轴由滚动轴承支撑并轴向限位，伺服电机与驱动转轴连接并固定在线性滑轨上，驱动转轴与驱动轴连接.直线轴承由滚动轴承支撑，驱动轴轴向往复运动由直线轴承支撑，驱动轴与直线轴承同步回转，线性滑轨与III型溶液槽滑动配合，螺母与III型溶液槽连接，丝杠与螺母配合且被滚动轴承支撑并轴向限位，丝杆为双向往复丝杆，伺服电机带动丝杆单向转动时，螺母带动III型溶液槽及驱动轴同步往复移动，丝杆为滚珠丝杠或梯形丝杠，伺服电机带动丝杆正反向转动，螺母带动III型溶液槽及驱动轴同步往复移动；

或者所述往复移动旋转机构主要由被动轴、被动齿轮、滚动轴承、气缸、伺服电机、线型滑轨、主动轴和主动齿轮构成，伺服电机输出轴通过主动轴与主动齿轮连接，主动齿轮与被动齿轮相啮合，被动齿轮固定于被动轴上，主动轴和被动轴分别通过滚动轴承支撑并限位，伺服电机及滚动轴承安装板滑配于线型滑轨上，被动轴的一端与固定于支架上的气缸连接，由气缸的伸缩带动滚动轴承安装板沿线型滑轨往复移动，被动轴的另一端通过联轴器与驱动轴的一端连接，驱动轴的另一侧延伸至溶液槽内并通过轴承固定于溶液槽的侧壁上，溶液槽内部的驱动轴上设有纤维发生器；

或者所述往复移动旋转机构主要由被动轴、固定螺母、被动齿轮、直线轴承、滚动轴承、伺服电机、主动轴、主动齿轮和滚动轴承构成，伺服电机输出轴通过主动轴与主动齿轮连接，主动轴通过滚动轴承支撑，主动齿轮与被动齿轮相啮合，主动齿轮的宽度为被动齿轮宽度加被动齿轮移动距离，被动齿轮固定于被动轴上，被动轴往复运动由直线轴承及固定螺母支撑，直线轴承由滚动轴承支撑，被动轴与直线轴承同步回转，被动轴与固定螺母配合部位为双向往复螺杆结构，被动轴的末端通过联轴器与驱动轴一端连接，驱动轴的另一侧延伸至溶液槽内并通过轴承固定于溶液槽的侧壁上，溶液槽内部的驱动轴上设有纤维发生器，被动齿轮带动被动轴旋转时，被动轴上双向往复螺螺纹与固定螺母内螺纹配合从而带动驱动轴旋转并往复移动。

3.根据权利要求1所述的环形往复移动封闭式静电纺丝装置，其特征在于：所述纤维发生器包括六种结构形式，其中I型纤维发生器、II型纤维发生器和III型纤维发生器用于中心轴驱动方式，IV纤维发生器、V型纤维发生器和VI纤维发生器用于侧轴驱动方式；

I型纤维发生器、II型纤维发生器和III型纤维发生器均有至少两个轮幅，同心环内径与驱动轴相配合，其中I型纤维发生器圆环外缘开V型口，II型纤维发生器圆环外缘开U型口，III型纤维发生器T型圆盘直径为40-300mm，端部高度为3-60mm，端部厚度为1-20mm，总厚度为5-40mm；

IV型纤维发生器、V型纤维发生器和VI型纤维发生器的截面均为十字状，端部高度为3-60mm，端部厚度为1-20mm，总厚度为5-40mm，纤维发生器内侧为环形驱动轮轨道，其中IV型纤维发生器端部外缘开V型口，内侧轨道为齿轮，该齿轮与主动驱动齿轮和被动齿轮相啮合传动，主动驱动齿轮与被动齿轮的中心连线经过IV型纤维发生器的圆心，该主动驱动齿轮固定于驱动轴上；V型纤维发生器端部外缘开U型口，内侧轨道为V型截面环，该V型截面环与被动V型轮和主动V型轮相匹配传动，被动V型轮与主动V型轮的中心连线经过V型纤维发生器的圆心，主动V型轮固定于驱动轴上；VI型纤维发生器内侧轨道为U型截面环，该U型截面环与被动U型轮和主动U型轮相匹配传动，被动U型轮与主动U型轮的中心连线经过VI型纤维发生器的圆心，主动U型轮固定于驱动轴上。

4.根据权利要求1所述的环形往复移动封闭式静电纺丝装置，其特征在于：所述环形往复移动封闭式静电纺丝装置还包括密封盖板，该密封盖板安装在溶液槽上，用于对溶液槽内的溶液进行局部密封，密封盖板上设置纤维发生器出口，使纤维发生器能够自由旋转。

5.根据权利要求4所述的环形往复移动封闭式静电纺丝装置，其特征在于：所述密封盖板包括中心轴驱动形式密封盖板和侧轴驱动形式密封盖板，其中中心轴驱动形式密封盖板与I型纤维发生器、II型纤维发生器和III纤维发生器配合使用，侧轴驱动形式密封盖板与IV型纤维发生器、V型纤维发生器和VI型纤维发生器配合使用，侧轴驱动形式密封盖板由密封上盖板II和下密封盖板II组成，密封下盖板I和密封下盖板II均为凹槽结构，对应纤维发生器处开长槽孔，纤维发生器间凹槽四周联通，分别与密封上盖板I和密封上盖板II紧密配合，使密封盖板形成中空结构，气体在密封盖板内均匀分布，密封下盖板I与移动溶液槽密封固定连接并随移动溶液槽同步往复移动，密封下盖板II与固定溶液槽结合处设有轨道，能够随纤维发生器相对溶液槽同步往复移动。

6.根据权利要求1所述的环形往复移动封闭式静电纺丝装置，其特征在于：所述环形往复移动封闭式静电纺丝装置还包括供气装置，该供气装置与密封盖板上的进气孔连接，密封盖板上设有出气孔，该出气孔分布在每个纤维发生器两侧，用于实现气体在纺丝过程中加速纳米纤维生成速度，从而增加纳米纤维的产出量。

7.根据权利要求1所述的环形往复移动封闭式静电纺丝装置，其特征在于：所述溶液槽分为移动式溶液槽和固定式溶液槽，移动式溶液槽分为I型溶液槽、II型溶液槽和III型溶液槽，与线性滑轨滑动配合，在往复移动旋转机构的驱动下溶液槽和纤维发生器同步往复移动，在其侧边设置进出液口，与循环供液装置连接，I型溶液槽和滚动轴承配合，II型溶液槽和滚动轴承配合同时和溶液盖板配合，溶液槽盖板对应纤维发生器处开有长槽孔，对底部溶液进行密封，III型溶液槽和滚动轴承配合，对应纤维发生器处设置V型槽，且四周环形沟槽将所有V型槽联通在一起，III型溶液槽底部与溶液盖板将四周环形沟槽进行封闭，固定式溶液槽为IV型溶液槽，和直线轴承配合，工作时固定不动，纤维发生器在其内部往复移动。

8.根据权利要求1所述的环形往复移动封闭式静电纺丝装置，其特征在于：所述环形往复移动封闭式静电纺丝装置还包括循环供液装置，该循环供液装置通过管路与溶液槽连通，通过泵或带压力气体将新鲜溶液注入到溶液槽内，通过泵或真空将循环溶液抽到供液装置内，用于维持溶液槽内溶液黏度的稳定性。

9.根据权利要求1所述的环形往复移动封闭式静电纺丝装置，其特征在于包括沿第一方向阵列设置的多个纤维发生器；

溶液槽和密封盖板，密封盖板遮盖于溶液槽的顶端开口，所述密封盖板上开设有供所述纤维发生器穿过的多个窗口；

纤维收集器，与所述纤维发生器相对设置；

高压发生装置，在纤维收集器和纤维发生器之间形成用于实现静电纺丝的高压静电场；

动力装置，作用于所述纤维发生器和密封盖板，可带动所述纤维发生器旋转，并可带动所述纤维发生器和密封盖板沿第一方向同步移动。

10.根据权利要求9所述的环形往复移动封闭式静电纺丝装置，其特征在于：所述纤维发生器为圆环形或圆盘形。