CN110952151A - 一种恒压供液多针头静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒压供液多针头静电纺丝装置，涉及纳米纤维膜生产装置技术领域。本发明的一种恒压供液多针头静电纺丝装置，包括往复传动系统，安装于往复传动系统上的纺丝系统，以及与纺丝系统连接的恒压供液控制系统，纺丝系统包括至少一个电极，电极的一端设置有高压电源接线柱，电极上固定安装有多个针头，电极上设置有进液口，进液口通过进液通道与每个针头相连通，电极上于针头对应的位置还安装有防静电干涉机构。本发明的一种恒压供液多针头静电纺丝装置，通过设置的防静电干涉罩，将每一个针头都设置在单独的空间，能够有效减弱静电场之间的相互作用，从而在一定程度上保证了纺丝的质量以及针头的使用寿命。

Description

一种恒压供液多针头静电纺丝装置

技术领域

本发明涉及纳米纤维膜生产装置技术领域，尤其涉及一种恒压供液多针头静电纺丝装置。

背景技术

静电纺是一种有效制备纳米纤维的技术，其制备的纳米纤维具有比表面积大、长径比大和相对密度低等特点，特别适合应用过滤材料方面。而静电纺纳米纤维膜具有三维立体空间结构，不但具备纳米级尺寸、比表面积高等优点，同时具有力学稳定性好、纤维间孔径小、孔隙率高、纤维连续性好等特性。我公司致力于纳米纤维材料应用于过滤行业的研究，虽然静电纺丝技术无论从应用方面还是理论方面都得到了快速发展，但理论发展始终滞后于应用，这导致了在实验室中成功研发的应用成果，由于在实际中无法规模生产造成不能产业化。

虽然已经有很多学者对静电纺丝工艺过程和理论方面进行了广泛研究，但是在静电纺丝工艺和理论，特别是规模化生产的研究还不完善，纺丝过程中还有许多问题需要解决，如纤维结构不匀、纳米纤维膜结构不匀、射流不稳定、电纺丝膜机械性能较差等。对于多针头静电纺丝技术主要存在两个问题：

(1)射流不稳定，喷射流自身所具有非稳定摆动特性，导致喷射流之间会产生影响，每股喷射流之间互相交错，导致了在多喷嘴纺丝过程中，容易出现多股纤维并丝的现象，收集到的纤维分布具有任意性，造成了纤维成纤结构不均匀等不良后果。

(2)静电场相互干扰

多喷头静电纺丝电场分布不匀，中心位置喷头电场会受到严重削弱。在大规模生产时，两端电场较中间更大，电纺纤维向两端分散，将出现电纺丝收集不匀，且纤维直径不匀率升高等不良后果。

在静电纺丝全过程中，从聚合物溶液到纳米纤维需经历三个阶段：形成泰勒锥、短暂直线运动和不稳定鞭动运动，其中不稳定鞭动过程是影响纳米纤维在收集装置上按预期要求分布或可控形貌的关键阶段。众所周知，聚合物溶液在强电场的作用下形成泰勒锥，进而形成射流，随着射流的加速，射流的直径将会逐渐缩小。从静电纺丝过程的本质上来看，聚合物溶液所受的静电力是整个静电纺丝过程中唯一的驱动力，这是静电纺丝技术可以实现的关键。

本发明主要解决规模化生产时多针头纺丝静电场互相干涉导致电场强度不同导致纺丝针头堵塞和纺丝形貌不好的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于公开一种恒压供液多针头静电纺丝装置，通过设置的防静电干涉罩，将每一个针头都设置在单独的空间，能够有效减弱静电场之间的相互作用，从而在一定程度上保证了纺丝的质量以及针头的使用寿命。

具体的，本发明的一种恒压供液多针头静电纺丝装置，包括往复传动系统，安装于所述往复传动系统上的纺丝系统，以及与所述纺丝系统连接的恒压供液控制系统，所述纺丝系统包括至少一个电极，所述电极的一端设置有高压电源接线柱，所述电极上固定安装有多个针头，所述电极上设置有进液口，所述进液口通过进液通道与每个针头相连通，所述电极上于针头对应的位置还安装有防静电干涉机构，所述防静电干涉机构包括固定连接的防静电干涉板和防静电干涉罩，所述防静电干涉罩上设置有防电场干涉孔，所述防电场干涉孔的位置、数量和针头的位置、数量相匹配，所述针头的针尖穿过防静电干涉板置于防电场干涉孔内。

进一步，多个所述针头于电极上呈矩阵排列，相邻两排针头之间的距离为30-50mm，同一排相邻两个所述针头之间的距离为15-20mm。通过发明人的模拟计算，在该距离范围内，针头之间的相互影响相对更小。

进一步，所述电极上还均匀设置有多个泄压阀，所述泄压阀和进液通道相连通。泄压阀的设计能够防止压力过大，导致针头滴液或流量过大，影响纺丝效果。

进一步，所述针头置于防静电干涉罩内的长度为1-5mm。

进一步，所述针头为武藏式针头。根据发明人的研究，本发明首次将武藏式针头运用于静电纺丝装置中，由于武藏式针头针尖相对现有的纺丝针头更短，在实际使用的过程中更不容易发生堵塞，出液更均匀。

进一步，所述恒压供液系统包括恒压供液控制器、供液槽、气源发生器以及多个非接触式压力变送器，多个所述非接触式压力变送器分别安装于各个进液通道的末端位置，所述非接触式压力变送器和恒压供液控制器信号连接，所述恒压供液控制器的信号输出端和气源发生器的信号输入端相连接，所述气源发生器通过管道和供液槽相连通，供液槽通过管道与进液口相连通。

在使用的过程中，非接触式压力变送器对供液压力进行检测，一旦检测到供液压力达不到设定值，非接触式压力变送器将信号反馈传输至恒压供液控制器，恒压供液控制器经过PID控制精准输出需要给定的气压和气源输出的脉冲量，气源发生器启动，打开脉冲式单向进气电子调节阀，进行恒压供液。

进一步，所述气源发生器和供液槽之间的管道上还安装有单向进气电子调节阀。

进一步，所述往复传动系统包括传动连接的驱动部件和纺丝部件，所述驱动部件包括驱动电机和传动丝杆，所述传动丝杆固定安装在驱动电机的输出轴上。

进一步，所述纺丝部件包括绝缘安装座，以及固定安装在绝缘安装座上的电极安装架，所述纺丝系统固定安装在电极安装架上。

本发明的有益效果：

1、本发明的一种恒压供液多针头静电纺丝装置，通过设置的防静电干涉罩，将每一个针头都设置在单独的空间，能够有效减弱静电场之间的相互作用，从而在一定程度上保证了纺丝的质量以及针头的使用寿命。

2、本发明的一种恒压供液多针头静电纺丝装置，首次将武藏式针头运用于静电纺丝装置中，和现有的大多使用的纺丝针头相比，武藏式针头在实际使用的过程中更不容易发生堵塞，且出液更均匀。

3、本发明的一种恒压供液多针头静电纺丝装置，通过设置的恒压供液系统，能够对纺丝系统的供液压力进行实时监测，能够给予每一个纺丝针头提供定量的纺丝液，确保纺丝纤维直径，同时能够在一定程度上避免针头因为电场变化造成针头堵塞。

附图说明

图1本发明的一种恒压供液多针头静电纺丝装置的结构示意图；

图2本发明的一种恒压供液多针头静电纺丝装置的纺丝系统的剖面结构示意图；

图3本发明的恒压供液控制系统的方块示意图；

图4本发明的防静电干涉板的结构示意图；

图5本发明的防静电干涉罩的结构示意图；

其中，电极1、高压电源接线柱101、进液口102、进液通道103、压力变送器接口104、针头2、泄压阀3、防静电干涉机构4、防静电干涉板41、螺纹孔411、防静电干涉罩42、防电场干涉孔421、恒压供液控制器5、供液槽6、气源发生器7、非接触式压力变送器8、单向进气电子调节阀9、驱动电机10、绝缘安装座11、电极安装架12。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：

如图1-图5所示，本发明的一种恒压供液多针头静电纺丝装置，包括往复传动系统和安装于往复传动系统上的纺丝系统，以及与纺丝系统连通的恒压供液控制系统。

纺丝系统包括至少一个电极1，在本实施例中选择设置两个电极1进行举例说明，电极1的一端设置有高压电源接线柱101，在使用的时候，在高压电源接线柱101上连接高压电源，用以形成静电场。电极1上固定安装有多个针头2，本发明的针头2为武藏式针头，武藏式针头针尖相对现有常用的纺丝针头的针尖更短，在实际使用的过程中更不容易发生堵塞，出液更均匀；多个针头2于电极1上呈矩阵排列，本实施例选择在电极1上设置了20个针头2，每10个针头2为一排，共两排，相邻两排针头2之间的距离为30-50mm，同一排相邻两个针头2之间的距离为15-20mm，经过模拟计算和实践证明，针头2之间的距离在该数值范围内时，相邻两个针头2之间的电场干涉相对较小；电极1上固定安装有进液口102，在电极1内部设置有进液通道103，进液口102通过进液通道103与每个针头2相连通，具体的，本实施例的进液口102设置在电极1上和针头2相背的一侧的中心处，而每一排针头2通过同一条进液通道103串联连通，使得从进液口102进入的纺丝液能够尽可能均匀的流通到每一个针头2位置，另外，在电极1上还均匀设置有多个泄压阀3，泄压阀3和进液通道103相连通，本实施例选择每五个针头2之间设置一个泄压阀3，即在每一排针头2的中间位置设置一个泄压阀3，泄压阀3为非金属无源压力阀，压力值在0-100000Pa可调，根据纺丝液的粘度和纺丝距离能够调整供液压力，同时能够防止压力过大，导致针头2滴液或流量过大，影响纺丝效果。

电极1上于针头2对应的位置安装有防静电干涉机构4，防静电干涉机构4采用常规的螺接、卡接等方法可拆卸地安装在电极1上。防静电干涉机构4的大小和电极1的大小相匹配，防静电干涉机构4包括固定连接的防静电干涉板41和防静电干涉罩42，在防静电干涉板41和防静电干涉罩42的四角开设有相对应的螺纹孔411，通过在螺纹孔411内穿射螺丝将防静电干涉板41和防静电干涉罩42进行固定连接，防静电干涉罩42上设置有防电场干涉孔421，防电场干涉孔421的位置、数量和针头2的位置、数量相匹配，针头2的针尖穿过防静电干涉板41置于防电场干涉孔421内，且针头2置于防静电干涉罩42内的长度为1-5mm。

恒压供液系统包括恒压供液控制器5、封闭式的供液槽6、气源发生器7以及多个非接触式压力变送器8，多个非接触式压力变送器8分别安装于各个进液通道103的末端位置，具体的，在电极1上进液通道103的末端位置固定安装有压力变送器接口104，非接触式压力变送器8和压力变送器接口104连接，对供液压力进行实时监测，非接触式压力变送器8和恒压供液控制器5信号连接，恒压供液控制器5的信号输出端和气源发生器7的信号输入端相连接，气源发生器7通过管道和供液槽6相连通，供液槽6通过管道与进液口102相连通，气源发生器7和供液槽6之间的管道上还安装有单向进气电子调节阀9。恒压供液系统是一个闭环控制系统，在使用的过程中，非接触式压力变送器8对供液压力进行检测，一旦检测到供液压力达不到设定值，非接触式压力变送器8将信号反馈传输至恒压供液控制器5，恒压供液控制器5经过PID控制精准输出需要给定的气压和气源输出的脉冲量，气源发生器7启动，打开脉冲式单向进气电子调节阀9，进行恒压供液，本发明在进行调压的过程中，采用脉冲式调节，能够在一定程度上避免压力突然升高，针头2反应不及时，导致针头2发生堵塞。

往复传动系统包括传动连接的驱动部件和纺丝部件，驱动部件包括驱动电机10和传动丝杆(图中未画出)，传动丝杆固定安装在驱动电机10的输出轴上，纺丝部件包括绝缘安装座11，以及固定安装在绝缘安装座11上的电极安装架12，本实施例的两个电极1固定安装在电极安装架12上，两个电极1处于同一垂直面上，且相互平行。在使用时，先调节设定好往复运动的距离，开启驱动电机10，由驱动电机10转动带动传动丝杆，从而带动纺丝部件及纺丝系统进行往复运动，直至完成整个纺丝过程，在实际生产过程中，可以根据接受装置的运动速度调节驱动电机10的往复速度，二者相配合生产出均匀的纳米纤维膜。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (9)

1.一种恒压供液多针头静电纺丝装置，其特征在于，包括往复传动系统，安装于所述往复传动系统上的纺丝系统，以及与所述纺丝系统连接的恒压供液控制系统，所述纺丝系统包括至少一个电极，所述电极的一端设置有高压电源接线柱，所述电极上固定安装有多个针头，所述电极上设置有进液口，所述进液口通过进液通道与每个针头相连通，所述电极上于针头对应的位置还安装有防静电干涉机构，所述防静电干涉机构包括固定连接的防静电干涉板和防静电干涉罩，所述防静电干涉罩上设置有防电场干涉孔，所述防电场干涉孔的位置、数量和针头的位置、数量相匹配，所述针头的针尖穿过防静电干涉板置于防电场干涉孔内。

2.根据权利要求1所述的一种恒压供液多针头静电纺丝装置，其特征在于，多个所述针头于电极上呈矩阵排列，相邻两排针头之间的距离为30-50mm，同一排相邻两个所述针头之间的距离为15-20mm。

3.根据权利要求2所述的一种恒压供液多针头静电纺丝装置，其特征在于，所述电极上还均匀设置有多个泄压阀，所述泄压阀和进液通道相连通。

4.根据权利要求1所述的一种恒压供液多针头静电纺丝装置，其特征在于，所述针头置于防静电干涉罩内的长度为1-5mm。

5.根据权利要求4所述的一种恒压供液多针头静电纺丝装置，其特征在于，所述针头为武藏式针头。

6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的一种恒压供液多针头静电纺丝装置，其特征在于，所述恒压供液系统包括恒压供液控制器、供液槽、气源发生器以及多个非接触式压力变送器，多个所述非接触式压力变送器分别安装于各个进液通道的末端位置，所述非接触式压力变送器和恒压供液控制器信号连接，所述恒压供液控制器的信号输出端和气源发生器的信号输入端相连接，所述气源发生器通过管道和供液槽相连通，供液槽通过管道与进液口相连通。

7.根据权利要求6所述的一种恒压供液多针头静电纺丝装置，其特征在于，所述气源发生器和供液槽之间的管道上还安装有单向进气电子调节阀。

8.根据权利要求7所述的一种恒压供液多针头静电纺丝装置，其特征在于，所述往复传动系统包括传动连接的驱动部件和纺丝部件，所述驱动部件包括驱动电机和传动丝杆，所述传动丝杆固定安装在驱动电机的输出轴上。

9.根据权利要求8所述的一种恒压供液多针头静电纺丝装置，其特征在于，所述纺丝部件包括绝缘安装座，以及固定安装在绝缘安装座上的电极安装架，所述纺丝系统固定安装在电极安装架上。

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