CN110747523A - 一种二级微分熔体静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于熔体静电纺丝设备技术领域，具体涉及一种二级微分熔体静电纺丝装置，主体结构包括一级喷头外套筒、内锥面、电加热圈、熔体流道、一级喷头内套筒、环形腔、绝缘圈、二级喷头、纤维收集板和高压静电发生器，采用两级喷头的结构，聚合物熔体在一级喷头外套筒的底部第一次形成射流，在二级喷头的底部形成第二次射流，聚合物熔体经过二次分布后，沿二级喷头锥面分布更加均匀，并且由于二级喷头的底部边缘周长大于一级喷头外套筒的底部周长，使得第二次射流数量增多，直径更加均匀，在聚合物熔体质量不变的条件下，形成直径更细且分布更加均匀的纤维，实现纳米纤维的批量化连续均匀制备。

Description

一种二级微分熔体静电纺丝装置

技术领域：

本发明属于熔体静电纺丝设备技术领域，具体涉及一种二级微分熔体静电纺丝装置，能够实现聚合物纳米纤维的批量化连续制备。

背景技术：

静电纺丝技术是一种高效的具有产业化前景的纳米纤维制备技术，能够利用高压静电将聚合物熔体或溶液制成超细纤维。所制备的纤维具有直径小、比表面积大以及易于实现表面功能化等优点，受到了国内外的广泛关注。

根据纺丝介质的不同，静电纺丝技术分为溶液和熔体两种：溶液静电纺丝装置不需要加热装置，设备简单，并且溶液粘度低，所纺纤维细，但是溶液中溶剂占比大，纤维产出效率低；熔体静电纺丝原材料百分之百转化成纤维，效率高，但是由于聚合物熔体粘度高，导致所制纤维较粗。

熔体静电纺丝中，利用微型挤出机可以实现微流量持续均匀供料，能够达到静电纺丝的连续化制备目的，但是相比纳米级纤维所需熔体量，微型挤出机供料速率仍然太快，难以实现纳米级纤维的批量化制备。例如：中国专利201110255208.4公开的一种压电陶瓷电源式微型静电纺丝装置，主体结构包括打火机点火系统的按键、内有压电陶瓷的打火机点火系统、带有绝缘层的金属导线、接地铝箔或纤维收集屏、装有纺丝溶液的注射器、纺丝溶液和中空的不锈钢针头或纺丝喷头；装有纺丝溶液的注射器固定在空间位置或实验用支架座上，保持注射器中的纺丝溶液在压力或电场力作用下能够由纺丝喷头射出；在装有纺丝溶液的注射器一侧对应高度处固定安装顶部制有打火机点火系统按键的内有压电陶瓷的打火机点火系统，或采用另外结构的能产生高压的压电陶瓷式点火系统；点火系统的电压输出端通过带有绝缘层的金属导线与纺丝喷头电连通；纺丝喷头固定在装有纺丝溶液的注射器的最低端竖直向下，其正下方水平放置有一块作为纺丝纤维收集屏的接地铝箔；以及中国专利200710028843.2公开的一种微型连续静电纺丝成型设备包括连续供液装置、静电发生器以及分别连接在该静电发生器两个输出端的喷丝嘴、收集装置，连续供液装置的柱塞泵通过连接管路同时与供液容器、喷丝嘴连接，往复式运动机构与柱塞泵连接并带动柱塞在缸体内往复运动，所述柱塞泵及其连接管路均为至少两个，所述柱塞泵分别通过各自的连接管路与所述供液容器、喷丝嘴连接；所述柱塞泵的柱塞均与所述往复式运动机构连接，并由往复式运动机构带动其中一个柱塞泵做吸进运动时，另一个柱塞泵作挤出运动。因此，研发设计一种二级微分熔体静电纺丝装置，实现聚合物纳米纤维的批量化连续制备，解决熔体静电纺丝中熔体供给速率与纤维直径之间的矛盾，具有社会和经济效益。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，研发一种二级微分熔体静电纺丝装置，在现有的熔体供给速率下，批量化连续制备直径细小且均匀的聚合物纳米纤维。

为了实现上述目的，本发明涉及的二级微分熔体静电纺丝装置的主体结构包括一级喷头外套筒、内锥面、电加热圈、熔体流道、一级喷头内套筒、环形腔、绝缘圈、二级喷头、纤维收集板和高压静电发生器；内空式圆柱体结构的一级喷头外套筒的上部直径大于下部直径，底部有向内逐渐延伸的内锥面，一级喷头外套筒的下部外围设置有电加热圈，一级喷头外套筒的顶部开设有倾斜式结构的熔体流道，一级喷头外套筒的内部设置有内空式圆柱体结构的一级喷头内套筒，一级喷头外套筒的内壁与一级喷头内套筒的外壁之间形成环形腔，一级喷头内套筒的内部设置有环形结构的绝缘圈，绝缘圈的内部设置有二级喷头，绝缘圈和二级喷头的下端均伸出一级喷头外套筒的下端，二级喷头的下方设置有纤维收集板，一级喷头外套筒和纤维收集板分别接地，二级喷头的顶部与高压静电发生器连接。

本发明与现有技术相比，采用两级喷头的结构，聚合物熔体在一级喷头外套筒的底部第一次形成射流，在二级喷头的底部形成第二次射流，聚合物熔体经过二次分布后，沿二级喷头锥面分布更加均匀，并且由于二级喷头的底部边缘周长大于一级喷头外套筒的底部周长，使得第二次射流数量增多，直径更加均匀，在聚合物熔体质量不变的条件下，形成直径更细且分布更加均匀的纤维，实现纳米纤维的批量化连续均匀制备；其结构简单，原理科学可靠，在聚合物熔体供给速率不变的情况下，降低了纤维的直径，提高了纤维分布的均匀性，具有积极的意义。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

本实施例涉及的二级微分熔体静电纺丝装置的主体结构包括一级喷头外套筒1、内锥面2、电加热圈3、熔体流道4、一级喷头内套筒5、环形腔6、绝缘圈7、二级喷头8、纤维收集板9和高压静电发生器10；内空式圆柱体结构的一级喷头外套筒1的上部直径大于下部直径，底部有向内逐渐延伸的内锥面2，一级喷头外套筒1的下部外围设置有电加热圈3，一级喷头外套筒1的顶部开设有倾斜式结构的熔体流道4，一级喷头外套筒1的内部设置有内空式圆柱体结构的一级喷头内套筒5，一级喷头外套筒1的内壁与一级喷头内套筒5的外壁之间形成环形腔6，一级喷头内套筒5的内部设置有环形结构的绝缘圈7，绝缘圈7的内部设置有二级喷头8，绝缘圈7和二级喷头8的下端均伸出一级喷头外套筒1的下端，二级喷头8的下方设置有纤维收集板9，一级喷头外套筒1和纤维收集板9分别接地，二级喷头8的顶部与高压静电发生器10连接。

本实施例涉及的一级喷头外套筒1和一级喷头内套筒5配合构成一级喷头，一级喷头内套筒5的上部外径大于下部外径，使其上部挂置于一级喷头外套筒1上；电加热圈3用于加热一级喷头外套筒1，使环形腔6内的熔体具有流动性；环形腔6的宽度为0.5-1.0mm；二级喷头8的材质为金属或石墨导电材料，二级喷头8的上部为圆柱体结构，下部为圆台结构，圆台上表面与内锥面2的尖端相距5-20mm，圆台底部边缘周长大于内锥面2的底部尖端周长；纤维收集板9为板状材料，能够使用旋转辊子代替。

本实施例涉及的二级微分熔体静电纺丝装置使用时，聚合物熔体由熔体流道4进入一级喷头外套筒1，在环形腔6内周向均匀分布后向下流动，均匀分布在内锥面2上，打开高压静电发生器10，将电压调至10-30kV，二级喷头8的圆台部分带高压静电，在圆台周围形成高压电场，内锥面2的尖端处的聚合物熔体感应带电，形成若干股均匀分布的射流，射流下落至圆台的外锥面上，聚合物熔体在外锥面上再次均匀分布并且二次减薄，在高压静电作用下，二次减薄后的聚合物熔体在圆台外锥面边缘尖端处再次形成若干股均匀分布的射流，射流下落冷却固化后形成纤维，落在纤维收集板9上。

Claims (3)

1.一种二级微分熔体静电纺丝装置，其特征在于主体结构包括一级喷头外套筒、内锥面、电加热圈、熔体流道、一级喷头内套筒、环形腔、绝缘圈、二级喷头、纤维收集板和高压静电发生器；内空式圆柱体结构的一级喷头外套筒的上部直径大于下部直径，底部有向内逐渐延伸的内锥面，一级喷头外套筒的下部外围设置有电加热圈，一级喷头外套筒的顶部开设有倾斜式结构的熔体流道，一级喷头外套筒的内部设置有内空式圆柱体结构的一级喷头内套筒，一级喷头外套筒的内壁与一级喷头内套筒的外壁之间形成环形腔，一级喷头内套筒的内部设置有环形结构的绝缘圈，绝缘圈的内部设置有二级喷头，绝缘圈和二级喷头的下端均伸出一级喷头外套筒的下端，二级喷头的下方设置有纤维收集板，一级喷头外套筒和纤维收集板分别接地，二级喷头的顶部与高压静电发生器连接。

2.根据权利要求1所述的一种二级微分熔体静电纺丝装置，其特征在于一级喷头外套筒和一级喷头内套筒配合构成一级喷头，一级喷头内套筒的上部外径大于下部外径，使其上部挂置于一级喷头外套筒上；电加热圈用于加热一级喷头外套筒，使环形腔内的熔体具有流动性；环形腔的宽度为0.5-1.0mm；二级喷头的材质为金属或石墨导电材料，二级喷头的上部为圆柱体结构，下部为圆台结构，圆台上表面与内锥面的尖端相距5-20mm，圆台底部边缘周长大于内锥面的底部尖端周长；纤维收集板为板状材料，能够使用旋转辊子代替。

3.根据权利要求1-2所述的一种二级微分熔体静电纺丝装置，其特征在于使用时，聚合物熔体由熔体流道进入一级喷头外套筒，在环形腔内周向均匀分布后向下流动，均匀分布在内锥面上，打开高压静电发生器，将电压调至10-30kV，二级喷头的圆台部分带高压静电，在圆台周围形成高压电场，内锥面的尖端处的聚合物熔体感应带电，形成若干股均匀分布的射流，射流下落至圆台的外锥面上，聚合物熔体在外锥面上再次均匀分布并且二次减薄，在高压静电作用下，二次减薄后的聚合物熔体在圆台外锥面边缘尖端处再次形成若干股均匀分布的射流，射流下落冷却固化后形成纤维，落在纤维收集板上。