CN111235648A - 齿轮夹角式无针静电纺丝头及使用其的静电纺丝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种齿轮夹角式无针静电纺丝头及使用其的静电纺丝装置，所述齿轮夹角式无针静电纺丝头包括支撑轴和多个套装于支撑轴上的薄形的齿轮，多个齿轮沿支撑轴的轴向间隔设置，齿轮与支撑轴的夹角为20‑65°，相邻两齿轮之间的间距为10‑100mm，齿轮的厚度为0.2‑2.0mm，支撑轴的直径为2‑60mm。本发明提供的齿轮夹角式无针静电纺丝头可大幅度提高纳米纤维产品的产量和产品均匀度，与现有辊式无针头静电纺丝技术相比，本发明提供的静电纺丝装置在较低电压情况下即可实现更高的纺丝效率，具有结构简单、便于工业化实施、适用范围广等特点。
Description
技术领域
本发明涉及静电纺丝技术领域，具体涉及一种齿轮夹角式无针静电纺丝头及使用其的静电纺丝装置。
背景技术
静电纺丝技术是一种利用静电场力生产纳米纤维材料的技术，近年来在国内外得到了广泛的研究，主要分为针头式和无针头式两大类。其中，无针头式静电纺具有产量高、易操作、、针头不堵塞、纺丝头表面易清理、设备简单、制造成本较低等特点，目前已成为产业化静电纺丝技术的主流。各种纺丝头的设计也是层出不穷，比较典型的是捷克Elmarco公司的（辊式）无针头静电纺丝技术，它采用光面或表面带螺纹、花纹等不同表面形貌的转辊（参见WO2005/024101A1）作为静电纺丝头，通过纺丝轴拉动进行纺丝，纺丝过程不均匀而且产量有限，无法满足大规模的产业化应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种齿轮夹角式无针静电纺丝头及使用其的静电纺丝装置，可大幅度提高纳米纤维产品的产量和产品均匀度，与现有辊式无枕头静电纺丝技术相比，使用本发明的齿轮夹角式无针静电纺丝头的静电纺丝装置在较低电压情况下即可实现更高的纺丝效率，具有结构简单、便于工业化实施、适用范围广等特点。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种齿轮夹角式无针静电纺丝头，包括支撑轴和多个套装于支撑轴上的薄形的齿轮，多个所述齿轮沿支撑轴的轴向间隔设置，所述齿轮与支撑轴的夹角为20-65°，相邻两齿轮之间的间距为10-100mm，所述齿轮的厚度为0.2-2.0mm，所述支撑轴的直径为2-60mm。
优选的，所述齿轮的外缘为圆形或椭圆形，外缘直径为10-150mm；
所述齿轮的内孔为椭圆形孔或腰形孔，所述内孔的长径为5-100mm，短径为3-80mm。
其中，所述齿轮上齿的至少一个侧面上开设有凹槽。
所述齿轮也可以采用下述结构：所述齿轮的任意相邻两个齿前后交错设置。
其中，所述齿轮的厚度不变或沿径向从内向外阶梯式递增。
优选的，所述齿轮为平行轴类齿轮（正齿轮、斜齿轮、人字齿轮）、交叉轴类齿轮（伞齿轮、螺旋伞齿轮）和偏移轴类齿轮（涡轮螺杆）中的一种。
其中，两相邻齿轮之间设置有斜角固定管，所述斜角固定管横撑于两齿轮之间，且斜角固定管的两端面与两齿轮的侧面面面相切。
本发明还提供一种静电纺丝装置，包括供液系统、纺丝系统、纺丝接收装置、传动系统和高压电源，所述纺丝系统包括纺丝箱体和权利要求1-6中任一项所述的齿轮夹角式无针静电纺丝头，所述纺丝箱体的内部为纺丝腔，所述纺丝箱体的上端设有与纺丝腔连通的纺丝口，所述纺丝箱内设有纺丝液，所述齿轮夹角式无针静电纺丝头安装在纺丝腔内且齿轮夹角式无针静电纺丝头的齿轮下部浸入纺丝液中，所述齿轮的齿槽侧面上凹槽开口方向与齿轮旋转方向一致，所述齿轮的尖端与纺丝腔的腔内壁之间的间距为1-3mm；
所述齿轮夹角式无针静电纺丝头的支撑轴的其中一端伸出纺丝箱体后与传统系统连接；
所述供液系统包括供液箱体、供液管和供液泵，所述供液箱体设于纺丝箱体的侧下方，所述供液箱体的内腔通过供液管与纺丝腔连通，所述供液管上设有供液泵；所述纺丝箱体的侧下部设有溢流口，所述溢流口通过溢流管与供液箱体的内腔连通；
所述高压电源的正负极分别与齿轮夹角式无针静电纺丝头和纺丝接收装置相连，所述高压电源对齿轮夹角式无针静电纺丝头施加的电压为15-200kv，对纺丝接收装置施加的电压为0-50kv。
其中，所述齿轮夹角式无针静电纺丝头的旋转速度为1-60rpm。
其中，所述纺丝液为聚合物溶液、聚合物乳液聚合物熔体、溶胶-凝胶或固体颗粒悬浮液，所述纺丝液的粘度为1mPa·s-100000mPa·s。
其中，所述齿轮夹角式无针静电纺丝头的上端与纺丝接收装置之间的间距为200-800mm；
所述纺丝接收装置包括接收电极和接收基布，所述接收基布设于接收电极上，所述接收电极与高压电源连接，所述接收电极选用金属网或冲孔金属板，所述接收基布选自金属薄膜、塑料薄膜、针织布、机织布、无纺布或纸中的一种或多种。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：本发明提供的齿轮夹角式无针静电纺丝头可大幅度提高纳米纤维产品的产量和产品均匀度，与现有辊式无针头静电纺丝技术相比，本发明提供的静电纺丝装置在较低电压情况下即可实现更高的纺丝效率，具有结构简单、便于工业化实施、适用范围广等特点。
附图说明
图1为本发明实施例一中齿轮夹角式无针静电纺丝头的结构示意图；
图2为实施例一中齿轮夹角式无针静电纺丝头的局部结构放大图；
图3为实施例一中齿轮的结构示意图的放大图；
图4为图3中其中一个齿处的剖视图的放大图；
图5为实施例一中齿轮的第二种结构示意图的放大图；
图6为实施例一中齿轮的第三种结构示意图的放大图；
图7为本发明实施例二的结构示意图。
附图标记说明：
1、支撑轴；2、齿轮；21、凹槽；3、斜角固定管；4、供液系统；41、供液箱体；42、供液管；43、供液泵；5、纺丝系统；51、纺丝箱体；52、纺丝口；53、溢流口；54、溢流管；6、纺丝接收装置；61、接收电极；62、接收基布；7、传动系统；8、高压电源。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
实施例1
如图1、图2所示，本发明的实施例提供一种齿轮夹角式无针静电纺丝头，包括支撑轴1和多个套装于支撑轴1上的薄形的齿轮2，多个所述齿轮2沿支撑轴1的轴向间隔设置，所述齿轮2与支撑轴1的夹角为20-65°，相邻两齿轮2之间的间距为10-100mm，所述齿轮2的厚度为0.2-2.0mm，所述支撑轴1的直径为2-60mm。
所述齿轮2的外缘为圆形或椭圆形，外缘直径为10-150mm；
所述齿轮2的内孔为腰形孔，所述腰形孔的长径为5-100mm，短径为3-80mm。
如图3、图4所示，所述齿轮2上齿的至少一个侧面上开设有凹槽21。通过在齿槽面上设有凹槽，可以增加齿轮输送的纺丝液量，提高纳米纤维产品的产量。
齿轮还可以采用如图5所示的结构，即齿轮的任意相邻两个齿前后交错设置。
齿轮还可以采用如图6所示的结构，其实图3和图5中齿轮结构的结合，即齿轮的任意相邻两个齿前后交错设置，且在齿的至少一个面上设置凹槽。
本实施例中，所述齿轮的厚度不变或沿径向从内向外阶梯式递增。
优选的，所述齿轮除了为上述结构，还可以为其他的平行轴类齿轮（正齿轮、斜齿轮、人字齿轮）、交叉轴类齿轮（伞齿轮、螺旋伞齿轮）和偏移轴类齿轮（涡轮螺杆）中的一种。
本实施例中，两相邻齿轮2之间设置有斜角固定管3，所述斜角固定管3横撑于两齿轮2之间，且斜角固定管3的两端面与两齿轮2的侧面面面相切。齿轮的内孔为椭圆孔虽然可以使齿轮与支撑轴不相对旋转，但是轴向上会滑动，因为齿轮与支撑轴为倾斜设置，所以本实施例中在相邻的两个齿轮之间设置斜角固定管，利用斜角固定管将齿轮支撑固定，这样只需要将两端的齿轮与支撑轴焊接固定，中间的齿轮利用斜角固定管固定即可，减少焊接点，便于清理。
实施例2
如图7所示，本实施例提供了一种静电纺丝装置，包括供液系统4、纺丝系统5、纺丝接收装置6、传动系统7和高压电源8，所述纺丝系统5包括纺丝箱体51和实施例一提供的齿轮夹角式无针静电纺丝头，所述纺丝箱体51的内部为纺丝腔，所述纺丝箱体51的上端设有与纺丝腔连通的纺丝口52，所述纺丝箱51内设有纺丝液，所述齿轮夹角式无针静电纺丝头安装在纺丝腔内且齿轮夹角式无针静电纺丝头的齿轮2下部浸入纺丝液中，所述齿轮2的齿槽侧面上凹槽开口方向与齿轮2旋转方向一致，所述齿轮2的尖端与纺丝腔的腔内壁之间的间距为1-3mm。
所述齿轮夹角式无针静电纺丝头的支撑轴1的其中一端伸出纺丝箱体51后与传统系统7连接。
所述供液系统4包括供液箱体41、供液管42和供液泵43，所述供液箱体41设于纺丝箱体51的侧下方，所述供液箱体41的内腔通过供液管42与纺丝腔连通，所述供液管42上设有供液泵43。所述纺丝箱体51的侧下部设有溢流口53，所述溢流口53通过溢流管54与供液箱体41的内腔连通。
所述高压电源8的正负极分别与齿轮夹角式无针静电纺丝头和纺丝接收装置6相连，所述高压电源8对齿轮夹角式无针静电纺丝头施加的电压为15-200kv，对纺丝接收装置6施加的电压为0-50kv。
所述齿轮夹角式无针静电纺丝头的旋转速度为1-60rpm。
所述齿轮夹角式无针静电纺丝头的上端与纺丝接收装置6之间的间距为200-800mm；
所述纺丝接收装置6包括接收电极61和接收基布62，所述接收基布62设于接收电极61上，所述接收电极61与高压电源8连接，所述接收电极61选用金属网或冲孔金属板，所述接收基布62选自金属薄膜、塑料薄膜、针织布、机织布、无纺布或纸中的一种或多种。
所述纺丝液为聚合物溶液、聚合物乳液聚合物熔体、溶胶-凝胶或固体颗粒悬浮液，所述纺丝液的粘度为1mPa·s-100000mPa·s。
本实施例中的供液箱体和纺丝箱体优选透明箱体，以便于观察纺丝液的使用情况。
本实施例的工作原理为：将配制好的纺丝液放入供液箱体41内，纺丝液由供液泵43经供液管42送入纺丝腔内。齿轮夹角式无针静电纺丝头连入高压电源8的正极或接地，接收电极61接地或连入高压电源8的负极，在齿轮夹角式无针静电纺丝头和接收电极61之间形成高压静电场。传统系统7通过支撑轴1带动多个齿轮2连续转动，将位于齿轮2下方的一薄层纺丝液带入静电场进行静电纺丝。调节电压达到临界纺丝电压时，齿轮夹角式无针静电纺丝头的齿尖部位出现泰勒锥，并进一步拉伸成纺丝射流，向着接收电极61运动，与此同时，纺丝液中的溶剂不断挥发，聚合物逐渐冷却，到达接收基布62时，聚合物固化，形成纳米纤维，包括纤维网、薄膜或非织造布材料。
实施例3：不同形状的齿轮片对纺丝效率的影响
采用PVA10%水溶液作为纺丝液，用30片厚度0.5mm的叶片，制成与纺丝轴夹角30度，纺丝叶片之间的距离为15mm的纺丝头，采用100KF高压电源测试纺丝效率，不同形状的齿轮片做纺丝头，观察使用电压对纺丝效率的影响。
因为静电纺丝时要求纺丝之间的静电相斥间距1-2mm，图6中的齿轮结构将相邻齿交错设置，且在齿的齿面上设置凹槽，增加了纺丝之间的静电相斥间距，形成密集纺丝线，提高了纺丝效率。
综上：经过了不同纺丝头的纺丝效率对比，图6结构的齿轮片在同等电源的水平下，具有更高的纺丝效率，可实现产业化。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种齿轮夹角式无针静电纺丝头，其特征在于，包括支撑轴和多个套装于支撑轴上的薄形的齿轮，多个所述齿轮沿支撑轴的轴向间隔设置，所述齿轮与支撑轴的夹角为20-65°，相邻两齿轮之间的间距为10-100mm，所述齿轮的厚度为0.2-2.0mm，所述支撑轴的直径为2-60mm。
2.根据权利要求1所述的齿轮夹角式无针静电纺丝头，其特征在于，所述齿轮的外缘为圆形或椭圆形，外缘直径为10-150mm；
所述齿轮的内孔为椭圆形孔或腰形孔，所述内孔的长径为5-100mm，短径为3-80mm。
3.根据权利要求1或2所述的齿轮夹角式无针静电纺丝头，其特征在于，所述齿轮上齿的至少一个侧面上开设有凹槽。
4.根据权利要求1或2所述的齿轮夹角式无针静电纺丝头，其特征在于，所述齿轮的任意相邻两个齿前后交错设置。
5.根据权利要求1或2所述的齿轮夹角式无针静电纺丝头，其特征在于，所述齿轮的厚度不变或沿径向从内向外阶梯式递增。
6.根据权利要求1或2所述的齿轮夹角式无针静电纺丝头，其特征在于，所述齿轮为平行轴类齿轮、交叉轴类齿轮和偏移轴类齿轮中的一种。
7.根据权利要求1所述的齿轮夹角式无针静电纺丝头，其特征在于，两相邻齿轮之间设置有斜角固定管，所述斜角固定管横撑于两齿轮之间，且斜角固定管的两端面与两齿轮的侧面面面相切。
8.一种静电纺丝装置，其特征在于，包括供液系统、纺丝系统、纺丝接收装置、传动系统和高压电源，所述纺丝系统包括纺丝箱体和权利要求1-6中任一项所述的齿轮夹角式无针静电纺丝头，所述纺丝箱体的内部为纺丝腔，所述纺丝箱体的上端设有与纺丝腔连通的纺丝口，所述纺丝箱内设有纺丝液，所述齿轮夹角式无针静电纺丝头安装在纺丝腔内且齿轮夹角式无针静电纺丝头的齿轮下部浸入纺丝液中，所述齿轮的齿槽侧面上凹槽开口方向与齿轮旋转方向一致，所述齿轮的尖端与纺丝腔的腔内壁之间的间距为1-3mm；
所述齿轮夹角式无针静电纺丝头的支撑轴的其中一端伸出纺丝箱体后与传统系统连接；
所述供液系统包括供液箱体、供液管和供液泵，所述供液箱体设于纺丝箱体的侧下方，所述供液箱体的内腔通过供液管与纺丝腔连通，所述供液管上设有供液泵；所述纺丝箱体的侧下部设有溢流口，所述溢流口通过溢流管与供液箱体的内腔连通；
所述高压电源的正负极分别与齿轮夹角式无针静电纺丝头和纺丝接收装置相连，所述高压电源对齿轮夹角式无针静电纺丝头施加的电压为15-200kv，对纺丝接收装置施加的电压为0-50kv。
9.根据权利要求8所述的静电纺丝装置，其特征在于，所述齿轮夹角式无针静电纺丝头的旋转速度为1-60rpm；
所述齿轮夹角式无针静电纺丝头的上端与纺丝接收装置之间的间距为200-800mm；
所述纺丝接收装置包括接收电极和接收基布，所述接收基布设于接收电极上，所述接收电极与高压电源连接，所述接收电极选用金属网或冲孔金属板，所述接收基布选自金属薄膜、塑料薄膜、针织布、机织布、无纺布或纸中的一种或多种。
10.根据权利要求8所述的静电纺丝装置，其特征在于，所述纺丝液为聚合物溶液、聚合物乳液聚合物熔体、溶胶-凝胶或固体颗粒悬浮液，所述纺丝液的粘度为1mPa·s-100000mPa·s。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20230615 Address after: Workshop 601-2, 6th Floor, Jinhong Industrial Park (Workshop I), No. 72, Jinhong 4th Road, Tangjiawan Town, High tech Zone, Zhuhai City, Guangdong Province, 519000 Applicant after: Zhuhai ruizhan biomaterials Co.,Ltd. Address before: 2/F, Building C, Airport Industrial Park, No. 35 Changjiang South Road, Wuxi City, Jiangsu Province, 214142 Applicant before: YUANRONG BIOLOGICAL PHARMACEUTICAL Co.,Ltd. WUXI |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20200605 |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |