CN110257929A - 一种离心静电纺丝设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心静电纺丝设备，包括具有针状出丝口的旋转发生器和多个围绕所述旋转发生器均匀分布以依次循环接收所述针状出丝口甩出纺丝的收集元件，还包括拉丝驱动装置，所述拉丝驱动装置驱动所述收集元件沿远离所述旋转发生器的方向往复移动。在该离心静电纺丝设备中，不仅通过旋转发生器的转动，以通过离心力甩出较细的纺丝，而且考虑到在纺丝过程中，纺丝两端分别由针状出丝口和收集元件支撑，所以驱动收集元件向远离旋转发生器的方向移动，能进一步的提高纺丝效果，同时避免针状出丝口设计过细而导致出丝不畅的问题。综上所述，该离心静电纺丝设备能够有效地解决纺丝直径较大的问题。

Description

一种离心静电纺丝设备

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。

背景技术

离心纺丝技术作为近几年来迅速发展起来的一种制备微纳米纤维的新技术，突破了静电纺中产率过低的限制。目前，通过离心纺丝技术可以将大多数可溶可熔的天然高分子材料、合成高分子材料、陶瓷材料以及蛋白质材料等纺制成微纳米级的纤维。此外，离心纺丝技术还可以纺制出较为蓬松的纤维制品，适合于生物工程。一般来说，含有两个喷丝头的离心纺丝设备其产率约为50g/h(克每小时)，而传统的实验室型静电纺丝设备产率约为0.1-1.0g/h。熔喷法的产率要高出离心纺丝法很多，但是材料必须可熔，且选择性较少。因此，离心纺丝技术在制备微纳米纤维领域更具优势。

目前而言，各种纺丝技术的主要目的无外乎是提高纳米纤维的产量和降低纳米纤维的直径。离心静电纺丝可以极大的提高纳米纤维的产量，但是对纳米纤维的直径降低有限。

综上所述，如何有效地解决纺丝直径较大的问题，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，本发明的目的在于提供一种离心静电纺丝设备，该离心静电纺丝设备可以有效地解决纺丝直径较大的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种离心静电纺丝设备，包括具有针状出丝口的旋转发生器和多个围绕所述旋转发生器均匀分布以依次循环接收所述针状出丝口甩出纺丝的收集元件，还包括拉丝驱动装置，所述拉丝驱动装置驱动所述收集元件沿远离所述旋转发生器的方向往复移动。

在该离心静电纺丝设备中，在应用时，驱动旋转发生器转动，以使旋转发生器的针状出丝口开始甩出纺丝，纺丝离心飞出，直到由各个收集元件在周向方向逐渐支撑。同时拉丝驱动装置驱动收集元件往复移动，因为收集元件往复远离、靠近旋转发生器，以对位于旋转发生器与收集元件之间的纺丝具有拉丝效果。在该离心静电纺丝设备中，不仅通过旋转发生器的转动，以通过离心力甩出较细的纺丝，而且考虑到在纺丝过程中，纺丝两端分别由针状出丝口和收集元件支撑，所以驱动收集元件向远离旋转发生器的方向移动，能有效地进一步的提高纺丝效果，同时避免针状出丝口设计过细而导致出丝不畅的问题。综上所述，该离心静电纺丝设备能够有效地解决纺丝直径较大的问题。

优选地，还包括均与所述旋转发生器的转动轴线垂直设置的第一安装盘和第二安装盘，所述收集元件与所述第一安装盘沿第一方向滑动连接，且与所述第二安装盘沿第二方向滑动连接，所述第一方向和所述第二方向交叉设置且均在径向方向具有分方向，所述拉丝驱动装置用于驱动所述第一安装盘与所述第二安装盘绕所述转动轴线在预定角度范围内往复相对转动。

优选地，所述收集元件与所述第一安装盘以及所述第二安装盘上设置长条型穿孔实现滑动连接。

优选地，所述收集元件的一端端部与所述第一安装盘上的固定滑轨滑动连接，另一端穿设所述第二安装盘上长条型穿孔设置以实现滑动连接。

优选地，所述第二安装盘的边缘部设置弧形齿轮，还包括与所述弧形齿轮啮合的中间齿轮，所述拉丝驱动装置为电机，所述电机与所述中间齿轮之间通过曲柄摇杆机构传动。

优选地，所述收集元件包括沿所述中心轴线延伸的中间杆和套设在所述中间杆上以用于承接纺丝的柱筒，所述中间杆与所述柱筒插接，所述第二安装盘位于所述第一安装盘上侧，且所述柱筒位于所述第二安装盘上侧。

优选地，所述第一安装盘呈环状且内外边缘分别固定有内支撑圈和外支撑圈，所述内支撑圈和所述外支撑圈均与所述第二安装盘相抵，以使所述第一安装盘和所述第二安装盘之间具有预定间隙。

优选地，所述第一方向和所述第二方向均与径向夹角设置，所述第一安装盘为绝缘平板。

优选地，还包括高压电源，所述高压电源与各个所述收集元件以使所述收集元件呈负高压状态。

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离心静电纺丝设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的去掉第二安装盘后的离心静电纺丝设备的结构示意图。

附图中标记如下：

支撑架1、支撑板2、驱动电机3、皮带传动机构4、旋转发生器5、第一安装盘6、内支撑圈7、外支撑圈8、收集元件9、第二安装盘10、中间齿轮11、拉丝驱动装置12。

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，以有效地解决纺丝直径较大的问题。

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2，图1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2为本发明实施例提供的去掉第二安装盘后的离心静电纺丝设备的结构示意图。

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，具体的该离心静电纺丝设备还包括旋转发生器5、拉丝驱动装置12和多个收集元件9。

其中旋转发生器5的侧边设置有针状出丝口，在使用时，旋转发生器5转动，在离心力作用下，旋转发生器5容腔内的液体物质会具有向四周分散的趋势，以使位于针状出丝口处的溶液能够在离心力作用下甩出，溶液甩出时呈连续状，直到逐渐固化，以呈纺丝。

需要说明的是，离心静电纺丝设备，一般还包括用于驱动旋转发生器5转动的转动驱动装置和用于向旋转发生器5内供液的供液装置，供液装置一般为供液罐，其中驱动装置主要为驱动电机3，在驱动电机3与旋转发生器5之间通过皮带传动机构4传动。具体的，可以设置支撑板2，其中旋转发生器转动连接在支撑板2上，其中驱动电机3以及皮带传动机构4均安装在支撑板2上。

多个收集元件9围绕旋转发生器5均匀分布，以依次循环接收针状出丝口甩出纺丝。其中收集元件9一般为收集棒，当然还可以块状收集件。在旋转发生器5的周向方向，依次布置，以呈环形，以围绕在旋转发生器5的周围，在旋转发生器5的针状出丝口甩出纺丝时，对阀纺丝进行支撑。

其中拉丝驱动装置12用于驱动各个收集元件9沿远离旋转发生器5的方向往复移动。其中沿远离旋转发生器5的方向往复移动，指的是，在该收集元件9被该拉丝驱动装置12驱动，以往复移动的过程中，呈现往复远离、靠近旋转发生器5的状态。位于针状出丝口与收集元件9之间的纺丝，两端分别受到针状出丝口以及收集元件9的作用力，所以在远离旋转发生器5移动的时候，对纺丝呈现拉丝的效果，以使纺丝更加纤细。需要说明的是，其中收集元件9往复移动的过程中，可以仅仅沿旋转发生器5的转动轴线径向方向移动，还可以同时包括该转动轴线的周向方向移动。需要说明的是，关于收集元件9的往复移动速度很小，线速度0-100mm(毫米)每秒；旋转发生器的转速5000-10000转每分钟。

在该离心静电纺丝设备中，在应用时，驱动旋转发生器5转动，以使旋转发生器5的针状出丝口开始甩出纺丝，纺丝离心飞出，直到由各个收集元件9在周向方向逐渐支撑。同时拉丝驱动装置12驱动收集元件9往复移动，因为收集元件9往复远离、靠近旋转发生器5，以对位于旋转发生器5与收集元件9之间的纺丝具有拉丝效果。在该离心静电纺丝设备中，不仅通过旋转发生器5的转动，以通过离心力甩出较细的纺丝，而且考虑到在纺丝过程中，纺丝两端分别由针状出丝口和收集元件9支撑，所以驱动收集元件9向远离旋转发生器5的方向移动，能有效地进一步的提高纺丝效果，同时避免针状出丝口设计过细而导致出丝不畅的问题。综上所述，该离心静电纺丝设备能够有效地解决纺丝直径较大的问题。

其中拉丝驱动装置12驱动各个收集元件9往复移动，一种较为直接的驱动方式可以是该拉丝驱动装置12设置有多个驱动器，各个驱动器分别与各个收集元件9对应，以使各个驱动器驱动对应的收集元件9移动。各个驱动器可以是多个伸缩缸，如伸缩气缸、伸缩液压缸，还可以是电缸，即电机与丝杠螺母传动机构的组合机构。在设置多个驱动器时，可以预定顺序依次分别驱动各个收集元件9往复移动，以使得与针状出丝口相对应的收集元件9向远离旋转发生器5的方向移动，其中相对应收集元件9，指的是位于当前位置的针状出丝口甩出的纺丝所落在的收集元件9；而其他的收集元件9可向靠近旋转发生器5的方向移动，以等待，对即将落在该收集元件9上的纺丝进行拉丝。

但是这种纺丝成本比较大，基于此，此处优选统一驱动，即设置一个拉丝驱动装置12，设置传动机构，以分别传递至各个收集元件9。为了更好的驱动，此处优选还包括均与旋转发生器5的转动轴线垂直设置的第一安装盘6和第二安装盘10，而对于各个收集元件9来说，该收集元件9与第一安装盘6沿第一方向滑动连接，且与第二安装盘10沿第二方向滑动连接，其中第一方向和所述第二方向交叉设置且均在径向方向具有分方向。需要说明的是，第一安装盘6和第二安装盘10可以均是圆盘件，当然，对第一安装盘6和第二安装盘10中位于底部的那个，并不要求整体呈盘件，只需要与另一个相靠近的一侧具有盘面即可。而其中的拉丝驱动装置12用于驱动第一安装盘6与第二安装盘10绕旋转发生器5的转动轴线在预定角度范围内往复相对转动。

其中收集元件9与第一安装盘6沿第一方向滑动连接，且该收集元件9与第二安装盘10沿第二方向滑动连接，第一方向和第二方向交叉设置且均在径向方向具有分方向，以使得在拉丝驱动装置12驱动第一安装盘6第二安装盘10相对转动，在收集元件9与两个安装盘之间的滑动连接约束下，此时收集元件9会相对第一安装盘6滑动，且会相对第二安装盘10滑动，以达到一个新的位置，此时因为在径向方向具有分方向，所以收集元件9则会相对转动轴线调整径向距离，而往复驱动，则能够使各个收集元件9往复远离、靠近旋转发生器5，以实现整体驱动。其中径向方向是相对旋转发生器5的转动轴线来说的，即与转动轴线垂直的方向。其中优选第一方向和第二方向均与径向夹角设置，以使得收集元件9调节行程有效地增大，以提高调节精度。

需要说明的是，其中因为收集元件9与第一安装盘6和第二安装均滑动连接，且因为第一方向与第二方向交叉设置，所以滑动方向不同，这就使得在第一安装盘6相对第二安装盘10转动时，第一安装盘6和第二安装盘10上与当前收集元件9相连接的位置，会发生变化，此时在滑动连接的驱动作用下，会使收集元件9相对第一安装盘6和第二安装盘10均滑动，以调整至收集元件9能够与第一安装盘6和第二安装盘10上新的部分均滑动连接。需要说明的是，根据不同的滑动连接形式，收集元件9可能需要至少相对其中一个安装盘产生一定的相对转动，才能够继续实现滑动连接。

其中滑动连接的形式具有多种，如可以通过滑轨连接。为了方便设置，此处优选其中收集元件9穿设第二安装盘10设置，以使收集元件9能够在第二安装盘10远离第一安装盘6的一侧承接纺丝，第二安装盘10上设置有长条型穿孔以与收集元件9对应部分滑动配合，以通过第二安装盘10上的长条型穿孔与收集元件9对应部分形成滑动连接。需要说明的是，为了更好配合运动，此时优选收集元件9上与第二安装盘10上长条型穿孔对应的部分优选呈圆柱型，以能够相对该长条型穿孔转动配合。

而对于收集元件9与第一安装盘6之间的滑动连接，可以同第二安装盘10设置一样，采用长条型穿孔以滑动连接。具体的，可以使收集元件9与第一安装盘6通过长条型穿孔滑动连接，且收集元件9固定连接有两个分别位于第一安装盘6两侧的卡肩，以阻止第一安装盘6与收集元件9沿穿孔深度方向随意移动。其中卡肩与收集元件9之间可以采用螺纹连接或卡接，即此时卡肩可以是一个螺母，也可以是多个螺母结构。其中收集元件9上与第一安装盘6长条型穿孔相对应的部分也可以是圆柱部以能够在第一安装盘6的长条型穿孔内转动。其中第一安装盘6的长条型穿孔延伸方向和第二安装盘10的长条型穿孔延伸方向应当交叉设置，且非圆周方向延伸，以使得沿第一方向和第二方向滑动时能够在径向方向调整位置。

还可以是使收集元件9的一端端部与第一安装盘6上的固定滑轨滑动连接，另一端穿设第二安装盘10设置，以避免破坏第一安装盘6，以只需要在第一安装盘6盘面安装滑轨即可。需要说明的是，此时收集元件9的另一端与第二安装盘10之间也可以是通过滑轨连接，即第一安装盘6和第二安装盘10分别设置在收集元件9的两端，此时收集元件9在第一安装盘6和第二安装盘10之间收集纺丝。

具体的，如上所述，考虑到收集元件9的安装形式，此处优选收集元件9包括沿中心轴线延伸的中间杆和套设在中间杆上以用于承接纺丝的柱筒，其中中间杆与柱筒插接，优选为中间杆9沿自身轴线方向从柱筒一端中部插入柱筒11内，以使柱筒拆装方便，进而方便对收集元件9的清洁。

具体的可以使第二安装盘10叠置在第一安装盘6上侧，第一安装盘6上侧固定有长条型滑轨，滑轨横截面呈T字型，收集元件9下端对应设置，并使中间杆的下端能够从滑轨的一端插入至长条型滑轨内，以与长条型滑轨滑动连接，而同时中间杆的圆柱部穿过第二安装盘10的长条型穿孔。此时柱筒位于第二安装盘10上侧，即中间杆的上部从第二安装盘10的长条型穿孔穿出后，插入至柱筒中孔内。通过上述连接方式，使得上述各个部件之间拆装方便快捷。

进一步的，为了更好的设置滑轨，或为了避免第二安装盘10的转动被干涉，此处优选第一安装盘6呈环状且内外边缘分别固定有内支撑圈7和外支撑圈8，内支撑圈7和外支撑圈8均与第二安装盘10相抵，以使第一安装盘6和第二安装盘10之间具有预定间隙，以方便第一安装盘6和第二安装盘10之间设置滑轨。关于第一安装盘6与第二安装盘10之间的相对转动，具体的，可以是在内支撑圈7上固定有内连接圈，第二安装盘10套设在内连接圈上，以与内连接圈转动连接。当然还可以是通过套设在旋转发生器5上，以由旋转发生器5限定转动轴线位置，继而实现转动连接。

进一步的，考虑到用于驱动旋转发生器5的部件均位于第一安装盘6远离第二安装盘10的一侧，而纺丝是在第一安装盘6靠近第二安装盘10的一侧进行的，基于此，此处优选其中第一安装盘6为绝缘平板，以隔绝高压电和安装相关零部件，具体的，其中第一安装盘6可以固定在支撑架1上，而其中的支撑板2固定安装在支撑架1上。由于离心静电纺丝设备的支撑架1、驱动电机3、储液罐和储液罐圆杆是金属，而收集元件9亦是金属件需要接负高压电。绝缘平板可以有效地防止带电的收集元件9与其余零部件发生导通或者击穿通电损坏某些零部件。

为了更好的驱动第二安装盘10相对第一安装盘6往复转动，可以使第二安装盘10的边缘部设置弧形齿轮，还包括与弧形齿轮啮合的中间齿轮11，拉丝驱动装置12为电机，拉丝驱动装置12与中间齿轮11之间通过曲柄摇杆机构传动，通过曲柄摇杆传动机构，以将电机的连续单向转动，转化为中间齿轮11的往复转动，以通过中间齿轮11的往复转动以驱动第二安装盘10往复转动。其中第一安装盘6可以固定在的机架上，同时拉丝驱动装置12安装在该机架上。而其中第二安装盘10可以与机架或第一安装盘6转动连接，或者套设在旋转发生器5的外侧，以与旋转发生器5转动配合。

进一步的，此处优选其中还包括高压电源，高压电源与各个收集元件9以使所述收集元件9呈负高压状态，以使收集元件9能够形成负高压状态，以对针状出丝口的纺丝形成电场力，以进一步起到拉丝的效果。

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 (9)

1.一种离心静电纺丝设备，包括具有针状出丝口的旋转发生器和多个围绕所述旋转发生器均匀分布以依次循环接收所述针状出丝口甩出纺丝的收集元件，其特征在于，还包括拉丝驱动装置，所述拉丝驱动装置驱动所述收集元件沿远离所述旋转发生器的方向往复移动。

2.根据权利要求1所述的离心静电纺丝设备，其特征在于，还包括均与所述旋转发生器的转动轴线垂直设置的第一安装盘和第二安装盘，所述收集元件与所述第一安装盘沿第一方向滑动连接，且与所述第二安装盘沿第二方向滑动连接，所述第一方向和所述第二方向交叉设置且均在径向方向具有分方向，所述拉丝驱动装置用于驱动所述第一安装盘与所述第二安装盘绕所述转动轴线在预定角度范围内往复相对转动。

3.根据权利要求2所述的离心静电纺丝设备，其特征在于，所述收集元件分别与所述第一安装盘上以及所述第二安装盘上设置长条型穿孔实现滑动连接。

4.根据权利要求2所述的离心静电纺丝设备，其特征在于，所述收集元件的一端端部与所述第一安装盘上的固定滑轨滑动连接，另一端穿设所述第二安装盘上长条型穿孔设置以实现滑动连接。

5.根据权利要求2所述的离心静电纺丝设备，其特征在于，所述第二安装盘的边缘部设置弧形齿轮，还包括与所述弧形齿轮啮合的中间齿轮，所述拉丝驱动装置为电机，所述拉丝驱动装置与所述中间齿轮之间通过曲柄摇杆机构传动。

6.根据权利要求5所述的离心静电纺丝设备，其特征在于，所述收集元件包括沿所述中心轴线延伸的中间杆和套设在所述中间杆上以用于承接纺丝的柱筒，所述中间杆与所述柱筒插接，所述第二安装盘位于所述第一安装盘上侧，且所述柱筒位于所述第二安装盘上侧。

7.根据权利要求6所述的离心静电纺丝设备，其特征在于，所述第一安装盘呈环状且内外边缘分别固定有内支撑圈和外支撑圈，所述内支撑圈和所述外支撑圈均与所述第二安装盘相抵，以使所述第一安装盘和所述第二安装盘之间具有预定间隙。

8.根据权利要求7所述的离心静电纺丝设备，其特征在于，所述第一方向和所述第二方向均与径向夹角设置，所述第一安装盘为绝缘平板。

9.根据权利要求1-8任一项所述的离心静电纺丝设备，其特征在于，还包括高压电源，所述高压电源与各个所述收集元件连接以使所述收集元件呈负高压状态。