CN110129900A - 一种离心静电纺丝设备及其纺丝轨迹可控收集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心静电纺丝设备的纺丝轨迹可控收集装置，包括基件和控制器，所述基件的收集侧具有多个呈阵列方式分布的电极，所述控制器的多个控制接口启动时分别用于控制对应所述电极通电，且所述控制器能够控制各个所述控制接口按预定顺序启动。通过在收集面设置多个呈阵列形式分布的电极，且通过控制器按预定的顺序控制电极通断电，以使得纺丝按预定的轨迹附着在纺丝轨迹可控收集装置，以对纺丝附着轨迹进行有效地归置，即更能够纺织出更好的纺丝，以起到更好的纺丝效果。所以，该离心静电纺丝设备的纺丝轨迹可控收集装置能够有效地解决纺丝效果不好的问题。本发明还公开了一种包括上述纺丝轨迹可控收集装置的离心静电纺丝设备。

Description

一种离心静电纺丝设备及其纺丝轨迹可控收集装置

技术领域

本发明涉及纺丝设备技术领域，更具体地说，涉及一种离心静电纺丝设备的纺丝轨迹可控收集装置，还涉及一种包括上述纺丝轨迹可控收集装置的离心静电纺丝设备。

背景技术

静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下，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。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。

中国专利CN104328514A公开了一种离心静电纺丝装置，该发明具有高压电源和离心装置。具体来说主要包括传动、加料、加热、密封、喷丝、收集、温控和箱体八大装置。

目前的静电纺丝工艺主要是近场直写静电纺，此工艺效率较低，针头容易堵塞，不适于大规模生产。现在技术中也有在研究离心静电纺丝，但是离心静电纺丝因为加入了离心力的作用，因此并不能很好地控制成丝的方向，故成品的纤维细丝排列不规则，一般都是胡乱随机地堆叠在一起，这限制了离心静电纺丝技术的应用。

综上所述，如何有效地解决纺丝效果不好的问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种离心静电纺丝设备的纺丝轨迹可控收集装置，该纺丝轨迹可控收集装置可以有效地解决纺丝效果不好的问题，本发明的第二个目的是提供一种包括上述纺丝轨迹可控收集装置的离心静电纺丝设备。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种离心静电纺丝设备的纺丝轨迹可控收集装置，包括基件和控制器，所述基件的收集侧具有多个呈阵列方式分布的电极，所述控制器的多个控制接口启动时分别用于控制对应所述电极通电，且所述控制器能够控制各个所述控制接口按预定顺序启动。

根据上述的技术方案可以知道，在应用该纺丝轨迹可控收集装置时，根据需要的走线轨迹，通过控制器控制各个控制接口按预定顺序通电，以使得与各个控制接口连接的电极依次通断电，以形成预定线型电场走势，继而使纺丝依次附着在预定的电极处，以形成预定路径的纺丝走线。以通过在收集面设置多个呈阵列形式分布的电极，且通过控制器按预定的顺序控制电极通断电，以使得纺丝按预定的轨迹附着在纺丝轨迹可控收集装置，以对纺丝附着轨迹进行有效地归置，即更能够纺织出更好的纺丝，以起到更好的纺丝效果。所以，该离心静电纺丝设备的纺丝轨迹可控收集装置能够有效地解决纺丝效果不好的问题。

优选地，还包括加热板，以对所述基件收集侧加热。

优选地，所述基件为基板，所述基板的收集侧镶嵌各个所述电极，所述加热板附着在所述基板远离所述电极的一侧。

优选地，各个所述电极呈矩阵阵列分布，且阵列方向上相邻所述电极之间的间距在1毫米至3毫米之间，所述电极的收集端呈直径不大于1毫米的圆形或边长不大于1毫米的正方形。

优选地，加热板的加热温度在25摄氏度至100摄氏度之间。

为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种离心静电纺丝设备，该离心静电纺丝设备包括上述任一种纺丝轨迹可控收集装置，该离心静电纺丝设备包括离心旋转发生器，所述离心旋转发生器的侧边设置有纺丝出口，且所述离心旋转发生器在转动时能够将内腔内流体状物料从纺丝出口甩出，所述纺丝轨迹可控收集装置的基件围绕所述离心旋转发生器布置以收集所述纺丝出口甩出的丝状物质。由于上述的纺丝轨迹可控收集装置具有上述技术效果，具有该纺丝轨迹可控收集装置的离心静电纺丝设备也应具有相应的技术效果。

优选地，还包括轴向驱动装置，以用于驱动所述纺丝轨迹可控收集装置与所述离心旋转发生器沿所述离心旋转发生器转动轴线延伸方向相对移动。

优选地，包括机架，所述纺丝轨迹可控收集装置固定在所述机架上，所述轴向驱动装置包括安装在所述机架上的步进电机和连接在所述步进电机与所述离心旋转发生器之间的丝杠螺母传动机构；所述离心旋转发生器与所述丝杠螺母传动机构之间设置有用于驱动所述离心旋转发生器转动的调速电机。

优选地，所述离心旋转发生器的转动轴线上下延伸设置，所述离心旋转发生器包括储液罐，所述储液罐内壁下端相比上端向外倾斜3度到7度，所述调速电机与所述离心旋转发生器之间通过柔性联轴器连接。

优选地，还包括密封罩，所述纺丝轨迹可控收集装置和所述离心旋转发生器均位于所述密封罩内侧。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的纺丝轨迹可控收集装置电极部分的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的纺丝轨迹可控收集装置电极部分剖面以及接线示意图；

图3为本发明实施例提供的离心静电纺丝设备的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的纺丝轨迹可控收集装置一种收集方式初步收集示意图；

图5为图4收集方式的一种最终收集示意图。

附图中标记如下：

密封罩1、纺丝轨迹可控收集装置2、离心旋转发生器3、纺丝出口4、轴承5、主轴6、联轴器7、滑块8、电机座9、调速电机10、滑轨11、丝杠12、步进电机13、机架14、高压电源15、控制器16、基件17、电极18、加热板19、导线20。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种离心静电纺丝设备的纺丝轨迹可控收集装置，以有效地解决纺丝效果不好的问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图5，图1为本发明实施例提供的纺丝轨迹可控收集装置电极部分的结构示意图；图2为本发明实施例提供的纺丝轨迹可控收集装置电极部分的侧面示意图；图3为本发明实施例提供的离心静电纺丝设备的结构示意图；图4为本发明实施例提供的纺丝轨迹可控收集装置一种收集方式初步收集示意图；图5为图4收集方式的一种最终收集示意图。

在一种具体实施例中，本实施例提供了一种离心静电纺丝设备的纺丝轨迹可控收集装置2，该纺丝轨迹可控收集装置2主要是安装在离心静电纺丝设备的针状出丝头外侧，以接收针状出丝头的纺丝出口甩出的丝状物质。具体的，该纺丝轨迹可控收集装置包括基件17、电极18和控制器16。

其中基件17作为基体部分，以主要对各个电极18进行固定，基件17围针状出丝头的转动轴线设置，靠近针状出丝头的一侧为收集侧。具体的基件17可以是一种基板，具体的可以呈圆管状，即管壁件为基件17，套。

基件17的收集侧具有多个呈阵列方式分布的电极18，各个电极18在接通高压电源15时会形成电场。该电场应当能够对位于该电场内的纺丝具有引导作用，主要是通过静电引导，以使悬空的纺丝向通电的电极18快速移动。各个电极18以阵列形式排列，一般是以矩阵形式排列，即呈多排多列的形式排列，具体的排列方式可以根据需要进行设置，以使得其中一部电极18连线与另一部分电极18连线不位于一条直线上。

控制器16的多个控制接口启动时分别用于控制对应的电极18通断电对应设置，且控制器16能够控制各个控制接口按预定顺序启动，以使对应的电极18通电，进而使电极18按预定的顺序进行通断端，以形成预定线型电场走势，继而使纺丝依次附着在预定的电极18处，以形成预定路径的纺丝走线。

需要说明的是，控制器16的控制接口可以是直接与电极18连接，以在启动时输出电极18所需的高压电，还可以是在电极18与高压电源15之间的导电线路上设置通断开关，控制接口与对应的通断开关连通，以在通电时控制对应的通断开关闭合。

以通过在收集面设置多个呈阵列形式分布的电极18，且通过控制器16按预定的顺序控制电极18通断电，以使得纺丝按预定的轨迹附着在纺丝轨迹可控收集装置2，以对纺丝附着轨迹进行有效地归置，即更能够纺织出更好的纺丝。以起到更好的纺丝效果。进一步的，此处优选还包括加热板19，以对基件17收集侧加热，进而能够对收集侧的纺丝进行加热，以促使纺丝溶液中溶剂快速挥发，以能够更好的快速固化成丝，以有效地提高纺丝质量。

进一步的，为了更好的设置纺丝轨迹可控收集装置2，此处优选其中基件17为基板，在基板的收集侧镶嵌各个电极18，具体的可以使基件17上设置有多个沿板厚方向贯通的通孔，各个电极18分别插入在各个通孔内。

基板的板面应当在围绕针状出丝头的周向方向延伸和针状出丝头转动轴线方向延伸，以呈管状，其中加热板19附着在基板远离电极18的一侧。为了更好的实现加热固化，其中加热板19的加热温度优选在25℃(摄氏度)至100℃之间。

为了更好的设置电极18，优选其中各个电极18依次呈矩阵阵列分布，即分别沿针状出丝头的周向方向以及针状出丝头转动轴线方向均匀排列分布。如矩阵阵列分布的电极18，控制器16的控制顺序可以是如附图4中的一种顺序控制，即控制某一45度(°)斜向连线上各个电极通电，待纺丝达到一定程度后，在控制下一45度斜向连线上各个电极通电，如此往复，直到循环一周；然后控制与上述45度斜向连线夹角呈90度的一反向45度斜向连线上各个电极通电，再控制下一反向45度斜向连线上各个电极通电，如此往复，直到循环一周后，形成如图5所示纺丝成品。需要说明的是，45度斜向连线指的是，该连线与行向或者列向呈45度角夹角分布，对于行列间距相等的矩阵阵列，其中位于某一行某一列的电极与位于该电机下一行下一列的电极连线即为上述45度斜向连线。

为了更好的接收纺丝，优选其中阵列方向，即行向、以及列向，相邻电极18之间的间距在1毫米至3毫米之间。且优选电极18的收集端呈直径不大于1毫米的圆形或边长不大于1毫米的正方形。

具体的，优选电极18镶嵌于基板上，组成间隔2mm(mm为毫米单位))的阵列，每个电极18通过独立的导线20接通高压电源15，每个电极18的通断电通过控制器16控制。在特定的时间时，位于特定位置的电极18可以通电和断电，从而形成特殊的电场线路，引导微小的纺丝附着在预先设计的位置，进而形成规则的排列，形成所设计的形状。基板的一边与加热板19粘贴，起到加热的作用，可以在纺丝的时候使溶液中的溶剂加速挥发，使其快速成丝。

基于上述实施例中提供的纺丝轨迹可控收集装置2，本发明还提供了一种离心静电纺丝设备，该离心静电纺丝设备包括上述实施例中任意一种纺丝轨迹可控收集装置2，且离心静电纺丝设备包括离心旋转发生器3，所述离心旋转发生器3的侧边设置有纺丝出口4，且在转动时能够将内腔内流体状物料从纺丝出口4甩出，而上述纺丝轨迹可控收集装置2的基件17围绕离心旋转发生器3布置以收集纺丝出口4甩出的丝状物质。由于该离心静电纺丝设备采用了上述实施例中的纺丝轨迹可控收集装置2，所以该离心静电纺丝设备的有益效果请参考上述实施例。

其中离心旋转发生器3主要包括储液腔和设置在储液腔侧边的一个或多个针状出丝头，其中针状出丝头的出口即为纺丝出口4。当设置多个针状出丝头时，各个针状出丝头的沿储液腔的侧边绕转动轴线环向均匀分布。

进一步的，此处优选还包括轴向驱动装置，该轴向驱动装置用于驱动纺丝轨迹可控收集装置2与离心旋转发生器3沿所述离心旋转发生器3转动轴线延伸方向相对移动。通过轴向驱动装置能够驱动离心旋转发生器3的针状出丝头相对纺丝轨迹可控收集装置2的收集侧轴向移动，以使得纺丝能均匀分布在纺丝轨迹可控收集装置2的收集侧上，形成较均匀的薄膜。

其中轴向驱动装置可以是伸缩缸结构，如气缸。为了更好的设置轴向驱动装置，此处优选轴向驱动装置包括设置在离心静电纺丝设备的机架14上的步进电机13和丝杠螺母传动机构。其中纺丝轨迹可控收集装置2固定在机架14上，同样的步进电机13安装在机架14上，而步进电机13与离心旋转发生器3之间通过丝杠螺母传动机构传动，以驱动离心旋转发生器3轴向移动。需要说明的是，用于驱动离心旋转发生器3转动的调速电机10应当是设置在离心旋转发生器3与丝杠螺母传动机构之间。

具体的，可以在机架14上固定有滑轨11，并设置有与滑轨11沿离心旋转发生器3轴线方向滑动连接的滑块8，滑块8与滑轨11之间不可以相对转动。并设置一端与上述步进电机13传动连接的丝杠12，丝杠12与机架14之间转动连接，丝杠12与滑块8之间螺纹连接，以组成丝杠螺母传动机构。其中调速电机10固定安装在滑块8上，而其中的离心旋转发生器3与滑块8通过轴承5转动连接，调速电机10安装在滑块8上且与离心旋转发生器3传动连接，以驱动离心旋转发生器3转动。

还可以设置有通过轴承5与滑块8转动连接的主轴6，主要是通过两个轴承5进行主轴6进行支撑，主轴6的一端固定连接有离心旋转发生器3，另一端通过联轴器7与调速电机10连接，其中联轴器7优选为柔性联轴器，柔性联轴器7作用是防止主轴6抖动。其中调速电机10与滑块8之间通过电机座9连接固定。

为了使四周出液更为均匀，一般离心旋转发生器3的转动轴线上下延伸设置，且优选竖直设置。离心旋转发生器3主要包括回转体型的储液罐，储液罐的内腔为储液腔。在储液罐的侧壁上一般设置有多个针状出丝头。为了更好的出液，此处优选储液罐内壁下端相比上端向外倾斜3度到7度，即内壁呈倾斜状，倾斜方向与竖直方向夹角在3°(度)到7°之间，且下端相比上端向远离中心轴线的方向倾斜，以使储液腔的横截面从上至下呈渐扩型，其中倾斜角度优选为5°。

进一步，为了更好的安全作业，以及更好的纺丝，此处优选还包括密封罩1，以隔绝内外空间。其中纺丝轨迹可控收集装置2和离心旋转发生器3优选均位于所述密封罩1内侧。具体的，还可以使轴向驱动装置、调速电机10、机架14均位于密封罩1内。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种离心静电纺丝设备的纺丝轨迹可控收集装置，其特征在于，包括基件和控制器，所述基件的收集侧具有多个呈阵列方式分布的电极，所述控制器的多个控制接口启动时分别用于控制对应所述电极通电，且所述控制器能够控制各个所述控制接口按预定顺序启动。

2.根据权利要求1所述的离心静电纺丝设备的纺丝轨迹可控收集装置，其特征在于，还包括加热板，以对所述基件收集侧加热。

3.根据权利要求2所述的离心静电纺丝设备的纺丝轨迹可控收集装置，其特征在于，所述基件为基板，所述基板的收集侧镶嵌各个所述电极，所述加热板附着在所述基板远离所述电极的一侧。

4.根据权利要求3所述的离心静电纺丝设备的纺丝轨迹可控收集装置，其特征在于，各个所述电极呈矩阵阵列分布，且阵列方向上相邻所述电极之间的间距在1毫米至3毫米之间，所述电极的收集端呈直径不大于1毫米的圆形或边长不大于1毫米的正方形。

5.根据权利要求3所述的离心静电纺丝设备的纺丝轨迹可控收集装置，其特征在于，加热板的加热温度在25摄氏度至100摄氏度之间。

6.一种离心静电纺丝设备，包括离心旋转发生器，所述离心旋转发生器的侧边设置有纺丝出口，且所述离心旋转发生器在转动时能够将内腔内流体状物料从所述纺丝出口甩出，其特征在于，还包括如权利要求1-5任一项所述的纺丝轨迹可控收集装置，所述纺丝轨迹可控收集装置的基件围绕所述离心旋转发生器布置以收集所述纺丝出口甩出的丝状物质。

7.根据权利要求6所述的离心静电纺丝设备的纺丝轨迹可控收集装置，其特征在于，还包括轴向驱动装置，以用于驱动所述纺丝轨迹可控收集装置与所述离心旋转发生器沿所述离心旋转发生器转动轴线延伸方向相对移动的。

8.根据权利要求7所述的离心静电纺丝设备，其特征在于，包括机架，所述纺丝轨迹可控收集装置固定在所述机架上，所述轴向驱动装置包括安装在所述机架上的步进电机和连接在所述步进电机与所述离心旋转发生器之间的丝杠螺母传动机构；所述离心旋转发生器与所述丝杠螺母传动机构之间设置有用于驱动所述离心旋转发生器转动的调速电机。

9.根据权利要求8所述的离心静电纺丝设备，其特征在于，所述离心旋转发生器的转动轴线上下延伸设置，所述离心旋转发生器包括储液罐，所述储液罐内壁下端相比上端向外倾斜3度到7度，所述调速电机与所述离心旋转发生器之间通过柔性联轴器连接。

10.根据权利要求9所述的离心静电纺丝设备，其特征在于，还包括密封罩，所述纺丝轨迹可控收集装置和所述离心旋转发生器均位于所述密封罩内侧。