CN110219060A - 一种离心静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种离心静电纺丝装置，包括：高速气流产生装置；利用进气管道与高速气流产生装置连接的高速气流壳体，用于发送气流；设置在高速气流壳体内部并与高速气流壳体形成同心结构的储液腔；高压静电装置，用于在储液腔和收集装置间形成电场；离心驱动装置，用于使储液腔内的纺丝液做高速离心旋转，以便纺丝液通过出液装置被甩出储液腔；安装在储液腔的一端的出液装置。本申请高速气流设置单独的气流通道，纺丝液只有在出液时才会受到高速气流的辅助，避免了气流对纺丝液的干扰，防止了储液腔内纺丝液发生固化，保证了纺丝的均匀性，并且，纺丝液在高速离心旋转后甩出储液腔后利用高速气流进行辅助吹薄细化，所制备纤维直径大大降低。

Description

一种离心静电纺丝装置

技术领域

本申请涉及纺丝技术领域，特别涉及一种离心静电纺丝装置。

背景技术

目前，纺丝加工纳米纤维技术主要应用在科研领域，阻碍其工业化发展的一大原因是基于这门技术的纳米纤维批量化生产方法。目前静电纺丝生产方法主要分为多针纺丝和无针纺丝两种，无针纺丝技术中，有磁致喷射法、多孔管喷丝法、圆盘喷丝法、气泡喷丝法等，虽然无针纺丝技术的生产效率相比于多针纺丝技术得到了大大的提升，但由于无针纺丝射流的方向和量的不可控，导致难以生产出高质量的纳米纤维膜。

相关技术提供一种具旋转吸气的离心静电纺丝装置，该装置包括高压供电装置、离心喷头、接收装置及离心驱动机构，离心喷头内部具有储液腔，离心喷头上设有出丝细孔，高压供电装置分别与离心喷头和接收装置连接，并可在离心喷头和接收装置间形成电场，离心喷头的顶部设有风扇，风扇可随离心喷头同步转动，并将外部气体鼓入储液腔内以产生由出丝细孔吹向接收装置的气流。但是将扇叶装置与储液装置设计在同一腔体内，造成储液腔内结构复杂，纺丝液在储液腔内高速旋转时会受到扇叶干扰，影响纺丝效果。同时，采用多孔无针出丝方式，纺丝射流的方向和纺丝量不易控制，且在高速气流的干扰作用下，储液腔内部的纺丝液可能发生固化，影响纺丝效难以高效率的生产出小直径的纳米纤维膜。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种离心静电纺丝装置，能够避免高速气流对纺丝液的干扰，并且能够降低纤维的直径，提高生产效率。其具体方案如下：

本申请提供一种离心静电纺丝装置，包括：

高速气流产生装置；

利用进气管道与所述高速气流产生装置连接的高速气流壳体，用于发送气流；

设置在所述高速气流壳体内部并与所述高速气流壳体形成同心结构的储液腔；

高压静电装置，用于在所述储液腔和所述收集装置间形成电场；

离心驱动装置，用于使所述储液腔内的纺丝液做高速离心旋转，以便所述纺丝液通过出液装置被甩出所述储液腔；

安装在所述储液腔的一端的出液装置。

可选的，所述出液装置为针头式喷头，包括多个纺丝针头，其中，所述纺丝针头等距分布在所述储液腔的一端的圆柱面，所述纺丝针头的底部加工有螺纹，与所述储液腔的壳体的螺纹孔配合，其中，所述纺丝针头的长度大于设置所述出液装置的储液腔的表面指向对应的所述高速气流壳体的外表面的长度。

可选的，所述收集装置包括：中空滚筒和负压装置，其中，所述中空滚筒的表面具有均匀小孔，所述中空滚筒的底部连接所述负压装置。

可选的，所述高速气流壳体采用第一滚动轴承与所述进气管道连接，以便所述高速气流产生装置提供气流至所述高速气流壳体。

可选的，所述储液腔采用第二滚动轴承与进液管道连接，以便供液装置提供所述纺丝液至所述储液腔。

可选的，所述储液腔的顶盖中部与所述高速气流壳体顶盖中部设有供液口和进气口，所述进气管道与供液管道为同轴管道，其中，内层管道为供液管道，外层管道为所述进气管道，所述进气管道的末端位于所述进气口，所述供液管道末端位于供液口。

可选的，所述离心驱动装置包括：旋转主轴、通过联轴器与所述旋转主轴连接的驱动电机。

可选的，所述高速气流壳体与所述储液腔通过连接板固定连接。

可选的，所述收集装置为滚筒收集装置，用于在进行纺丝采集时滚筒按照预设角速度旋转。

可选的，还包括：透明壳体。

本申请提供一种离心静电纺丝装置，包括：高速气流产生装置；利用进气管道与高速气流产生装置连接的高速气流壳体，用于发送气流；设置在高速气流壳体内部并与高速气流壳体形成同心结构的储液腔；高压静电装置，用于在储液腔和收集装置间形成电场；离心驱动装置，用于使储液腔内的纺丝液做高速离心旋转，以便纺丝液通过出液装置被甩出储液腔；安装在储液腔的一端的出液装置。

可见，本申请通过设置利用进气管道与高速气流产生装置连接的用于产生气流的高速气流壳体，高速气流设置单独的气流通道，纺丝液只有在出液时才会受到高速气流的辅助，避免了气流对纺丝液的干扰，防止了储液腔内纺丝液发生固化，保证了纺丝的均匀性，并且，纺丝液在高速离心旋转后甩出储液腔后利用高速气流进行辅助吹薄细化，所制备纤维直径大大降低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种离心静电纺丝装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种储液腔300与高速气流壳体200的结构图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

相关技术提供一种具旋转吸气的离心静电纺丝装置，将扇叶装置与储液装置设计在同一腔体内，造成储液腔内结构复杂，纺丝液在储液腔内高速旋转时会受到扇叶干扰，影响纺丝效果，同时，采用多孔无针出丝方式，纺丝射流的方向和纺丝量不易控制，且在高速气流的作用下，储液腔内部的纺丝液可能发生固化，影响纺丝效难以高效率的生产出小直径的纳米纤维膜，为解决上述技术问题，本申请通过设置利用进气管道与高速气流产生装置连接的用于产生气流的高速气流壳体，使纺丝液在高速离心旋转后甩出储液腔后利用高速气流进行辅助吹薄细化，因此，所制备纤维直径大大降低，而且，在气流辅助作用下，生产效率将极大地提高，高速气流与储液腔分开布置，避免纺丝液的离心运动受到干扰，也防止了储液腔内纺丝液发生固化，为高速气流设置单独的气流通道，纺丝液只有在出液时才会受到高速气流的辅助，保证了纺丝的均匀性，避免了气流对纺丝液的干扰，具体请参考图1，图1为本申请实施例提供的一种离心静电纺丝装置的结构示意图，包括：

高速气流产生装置100；利用进气管道与高速气流产生装置100连接的高速气流壳体200，用于发送气流；设置在高速气流壳体200内部并与高速气流壳体200形成同心结构的储液腔300；高压静电装置400，用于在储液腔300和收集装置500间形成电场；离心驱动装置600，用于使储液腔300内的纺丝液做高速离心旋转，以便纺丝液通过出液装置700被甩出储液腔300；安装在储液腔300的一端的出液装置700。

高速气流产生装置100可以是利用喷气发动机产生高速气流，可以是利用风扇产生高速气流，当然，也可以利用其它装置产生高速气流，只要是能够实现本实施例的目的即可。

利用进气管道与高速气流产生装置100连接的高速气流壳体200，用于发送气流，本实施例不对高速气流壳体200的形状、大小、材质进行限定，形状可以是圆柱状、可以是立方多边形，当然也可以是其他的形状，只要是能够确保为对称结构即可。高速气流壳体200可以是单层壳体，也可以是双层壳体，以便保证实验过程的安全性。高速气流壳体200的材质可以是不锈钢材质，或者高强度塑料。

设置在高速气流壳体200内部并与高速气流壳体200形成同心结构的储液腔300。储液腔300主要用于存储纺丝液，当然，储液腔300应为惰性优异的材料制备而成，以避免与纺丝液进行反应，消除由于两者反应造成的得到的纺丝材料的性能误差，并且提高储液腔300的使用寿命。储液腔300设置在高速气流壳体200的内部，并且两者为同心结构，此结构能够保证纺丝液甩出储液腔300时纺丝的均匀性。此时储液腔300和高速气流壳体200是构成了双壳体结构，当然，也可以是采用多壳体结构，只要是能够实现本实施例的目的即可，本实施例不再进行限定。

高压静电装置400，用于在储液腔300和收集装置500间形成电场。本实施例不对高压静电装置400进行限定，只要是能够形成电场即可，可以是利用市售产品，也可以自制产品。

离心驱动装置600，用于使储液腔300内的纺丝液做高速离心旋转，以便纺丝液通过出液装置700被甩出储液腔300。针对离心驱动装置600进行进一步阐述，离心驱动装置600包括：旋转主轴、通过联轴器与旋转主轴连接的驱动电机。

旋转主轴可以通过焊接方式连接到高速气流壳体200和储液腔300组成的结构中，结构可以是双层壳体结构，也可以是多层壳体结构，在驱动电机的驱动下做高速旋转，储液腔300内的纺丝液在储液腔300的带动下做高速转动，在离心力的作用下通过出液装置700形成极细的纺丝纤维，纺丝纤维离开针头后，所携带电荷不断衰减，表面电荷与电场的偶合力可以导致出现切向电应力，这个切应力的存在使得纺丝纤维在离开出液装置700之后的直径急剧减小，同时，纺丝纤维也会受到来自高速气流的辅助作用，进一步加快了纺丝纤维直径的减小，最终形成直径为纳米级别的纳米纺丝纤维。高速气流的另一作用，减小了纳米纺丝纤维的鞭动，提高了纺丝的稳定性，可与收集装置500相配合，实现有序离心静电纺丝。

具体的，储液腔300在离心驱动装置600的带动下做高速旋转，内部纺丝液在储液腔300内做高速离心运动，在离心力的作用下通过均布在储液腔300一端的出液装置700被甩出储液腔300。同时，高速气流通过包裹出液装置700的导流孔，作用在纺丝液上，纺丝液在静电力、离心力和高速气流的共同作用下，纺丝液的溶剂挥发，形成纳米纺丝纤维被收集装置500收集。其中，供液通道与高速气流通道为同轴结构，内侧通道为储液腔300供液，外层通道提供高速气流。

收集装置500可以采用不同的类型，如采用滚筒类收集装置500，进行纺丝采集时滚筒按照设定做旋转运动，将采集的纳米纺丝纤维收集到滚筒上。也可以采用圆盘式收集器、静态(动态)水浴式收集器，同时，也可以使用采集板采集，可以在采集板上增加负压，进一步增强纳米纺丝纤维在运动过程中的受力，使得纳米纺丝纤维向采集板靠拢，方便采集和成膜。

本实施例提供了一种离心静电纺丝装置，设计了单独的高速气流通道，避免了高速气流对纺丝液离心运动的影响，提高了纳米纺丝纤维的制备效率。

基于上述技术方案，本实施例通过设置利用进气管道与高速气流产生装置连接的用于产生气流的高速气流壳体，高速气流设置单独的气流通道，纺丝液只有在出液时才会受到高速气流的辅助，避免了气流对纺丝液的干扰，防止了储液腔内纺丝液发生固化，保证了纺丝的均匀性，并且，纺丝液在高速离心旋转后甩出储液腔后利用高速气流进行辅助吹薄细化，所制备纤维直径大大降低。

基于上述实施例，本实施例提供另一种离心静电纺丝装置，针对出液装置700进行进一步阐述，出液装置700为针头式喷头，包括多个纺丝针头，其中，纺丝针头等距分布在储液腔300的一端的圆柱面，纺丝针头的底部加工有螺纹，与储液腔300的壳体的螺纹孔配合，其中，纺丝针头的长度大于设置出液装置700的储液腔300的表面指向对应的高速气流壳体200的外表面的长度。

出液装置700采用针头式喷头，更容易形成直径更小的纤维，在高速气流和离心力的共同作用下，静电纺丝的启动电压进一步降低，又能提高纺丝的效率，又保证了纺丝的效果，同时易于实现有序纺丝。

基于上述技术方案，本实施例通过出液装置700为针头式喷头，从纺丝针头所出的细丝均匀缠绕到收集装置500被收集，收集装置500的旋转运动与纺丝细丝的运动相配合，有利于实现有序纺丝，提高纺丝均匀性，改善纺丝质量。

基于上述实施例，本实施例提供另一种离心静电纺丝装置，针对收集装置500进行进一步阐述，包括：

中空滚筒和负压装置，其中，中空滚筒的表面具有均匀小孔，中空滚筒的底部连接负压装置。

在离心力不足或者高速气流产生的共同作用不足以产生足够细的纤维时，可以使用带有负压的滚筒采集装置即包括中空滚筒和负压装置的采集装置，使用中空滚筒，并在中空滚筒表面开均匀小孔，在中空滚筒底部接入负压装置，可以进一步引导纺丝均匀缠绕到中空滚筒上。滚筒采集装置的数量可以根据纺丝效果调整，同时，出液装置700与采集装置的距离也要根据纺丝效果进行调整。

可知，通过设置中空滚筒和负压装置能够在在离心力不足或者高速气流产生的共同作用不足以产生足够细的纤维时，进一步引导纺丝均匀缠绕到中空滚筒上，满足多种需求的纳米纺丝纤维获取的装置。

基于上述实施例，本实施例提供另一种离心静电纺丝装置，针对高速气流壳体200进行进一步阐述，具体为：

高速气流壳体200采用第一滚动轴承与进气管道连接，以便高速气流产生装置100提供气流至高速气流壳体200。可知，通过采用第一滚动轴承保证了高速气流产生装置100不受高速气流壳体200与储液腔300运动的影响。

基于上述实施例，本实施例提供另一种离心静电纺丝装置，针对储液腔300进行进一步阐述，具体为：

储液腔300采用第二滚动轴承与进液管道连接，以便供液装置提供纺丝液至储液腔300。可知，通过采用第二滚动轴承保证了供液装置不受高速气流壳体200与储液腔300运动的影响。

基于上述实施例，本实施例提供另一种离心静电纺丝装置，具体请参考图2，图2为本申请实施例提供的一种储液腔300与高速气流壳体200的结构图，包括：

储液腔300的顶盖中部与高速气流壳体200顶盖中部设有供液口310和进气口210，进气管道与供液管道为同轴管道，其中，内层管道为供液管道，外层管道为进气管道，进气管道的末端位于进气口210，供液管道末端位于供液口310。

储液腔300与高速气流壳体200顶盖中部设有供液口310和进气口210，进气管道与供液管道为同轴管道，既采用双层管道，内层管道为供液管道，外层管道为进气管道，进气管道末端位于气流腔体高速气流的进气口210，可以采用滚动轴承与高速气流壳体200连接，供液管道末端位于供液口310，可以采用滚动轴承与储液腔300连接，出气口220与出液口320也采用同轴设置，可知，采用的双层管道方式最大程度减少了供液、进气对双壳体结构高速转动的影响。

进一步的，高速气流壳体200与储液腔300通过连接板800固定连接，通过设置连接板800避免了高速气流壳体200与储液腔300非同步转动的情况的发生。

基于上述实施例，本实施例提供另一种离心静电纺丝装置，针对收集装置500进行进一步阐述，具体为：收集装置500为滚筒收集装置500，用于在进行纺丝采集时滚筒按照预设角速度旋转。可知，采用滚筒收集装置500，结构简单，便于操作。

基于上述实施例，本实施例提供另一种离心静电纺丝装置，还包括：透明壳体。透明壳体中放置高速气流壳体200、储液腔300、出液装置700、收集装置500，以便减少环境的污染，提高制备纳米纺丝纤维的效率。

本例只是将本发明提出的一种离心静电纺丝装置，还有其他的替代方案：对静电离心纺丝装置进行重新布局，采用不同的双壳体或多壳体结构分开实现供液与供气而没有放弃采用本发明提出的单独设计气流通道的行为都视为本发明的替代方案。

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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本申请所提供的一种离心静电纺丝装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种离心静电纺丝装置，其特征在于，包括：

高速气流产生装置；

利用进气管道与所述高速气流产生装置连接的高速气流壳体，用于发送气流；

设置在所述高速气流壳体内部并与所述高速气流壳体形成同心结构的储液腔；

高压静电装置，用于在所述储液腔和所述收集装置间形成电场；

离心驱动装置，用于使所述储液腔内的纺丝液做高速离心旋转，以便所述纺丝液通过出液装置被甩出所述储液腔；

安装在所述储液腔的一端的出液装置。

2.根据权利要求1所述的离心静电纺丝装置，其特征在于，所述出液装置为针头式喷头，包括多个纺丝针头，其中，所述纺丝针头等距分布在所述储液腔的一端的圆柱面，所述纺丝针头的底部加工有螺纹，与所述储液腔的壳体的螺纹孔配合，其中，所述纺丝针头的长度大于设置所述出液装置的储液腔的表面指向对应的所述高速气流壳体的外表面的长度。

3.根据权利要求1所述的离心静电纺丝装置，其特征在于，所述收集装置包括：中空滚筒和负压装置，其中，所述中空滚筒的表面具有均匀小孔，所述中空滚筒的底部连接所述负压装置。

4.根据权利要求1所述的离心静电纺丝装置，其特征在于，所述高速气流壳体采用第一滚动轴承与所述进气管道连接，以便所述高速气流产生装置提供气流至所述高速气流壳体。

5.根据权利要求1所述的离心静电纺丝装置，其特征在于，所述储液腔采用第二滚动轴承与进液管道连接，以便供液装置提供所述纺丝液至所述储液腔。

6.根据权利要求4所述的离心静电纺丝装置，其特征在于，所述储液腔的顶盖中部与所述高速气流壳体顶盖中部设有供液口和进气口，所述进气管道与供液管道为同轴管道，其中，内层管道为供液管道，外层管道为所述进气管道，所述进气管道的末端位于所述进气口，所述供液管道末端位于供液口。

7.根据权利要求1所述的离心静电纺丝装置，其特征在于，所述离心驱动装置包括：旋转主轴、通过联轴器与所述旋转主轴连接的驱动电机。

8.根据权利要求1所述的离心静电纺丝装置，其特征在于，所述高速气流壳体与所述储液腔通过连接板固定连接。

9.根据权利要求1所述的离心静电纺丝装置，其特征在于，所述收集装置为滚筒收集装置，用于在进行纺丝采集时滚筒按照预设角速度旋转。

10.根据权利要求1至9任一项所述的离心静电纺丝装置，其特征在于，还包括：透明壳体。