CN111286793A - 一种多螺旋线静电纺丝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多螺旋线静电纺丝装置，具体地说，是一种可规模化制备纳米纤维的静电纺丝装置，属于静电纺丝的技术领域。本发明包括储液槽，储液槽中央放置多螺旋线纺丝系统，多螺旋线纺丝系统的上方设有纤维接收板，多螺旋线纺丝系统的两端分别连接有喷头转动系统和高压静电发生器；多螺旋线纺丝系统包括多螺旋线喷头和安装在储液槽中央的中心轴，且中心轴的两端伸出储液槽后分别与喷头转动系统和高压静电发生器相连接；中心轴上设有多螺旋线喷头，多螺旋线喷头由两侧圆环和螺旋状金属丝组成，两侧圆环中间设置螺旋状金属丝；储液槽由储液池和盖板组成，盖板由第一盖板和第二盖板组成，第一盖板和第二盖板汇合处设有直线状狭缝。
Description
技术领域
本发明涉及一种多螺旋线静电纺丝装置，具体地说，是一种可规模化制备纳米纤维的静电纺丝装置，属于静电纺丝的技术领域。
背景技术
近年来，由于静电纺丝技术因其操作方便，原料来源广泛，可在室温下纺丝，且静电纺丝制得的纳米纤维材料具有直径小，孔隙率高，比表面积大，应用范围十分广泛等优点。同时，由于纳米纤维的直径小，尺寸效应十分显著，在光、热、电、磁等方面显示出很多新奇的特性，目前已经在生物医学(如药物缓释、创伤修复和组织工程等)、过滤(如气体过滤、液体过滤和个体防护等)、催化(如光催化、电极催化和酶催化等)、能源等众多领域显示出非常重要的应用价值。因此静电纺丝制备纳米纤维受到了越来越多学术界和工业界的关注。静电纺丝技术是使聚合物溶液或熔体带上高压静电，带电液滴在电场力的作用下形成Taylor锥，当电场力足够大时，聚合物液滴可克服其自身的表面张力而形成纺丝射流。带电的聚合物射流在电场力、粘滞阻力、表面张力等作用下被逐渐拉伸细化，同时带电射流在电场中由于存在表面电荷而发生弯曲鞭动。细流在纺丝过程中溶剂逐渐蒸发最后固化，最终落在接收装置上，形成类似无纺布的纳米纤维毡。
然而，传统的静电纺丝技术采用单针头作为喷丝头，在静电纺丝的过程中，单针头经常会遇到堵塞的现象，严重影响了静电纺丝过程的连续进行，也为后面的清洗工作带来一定的难度。另外，单针头静电纺丝的生产效率很低(0.01-0.1g/h)，仅供实验室使用，无法满足纳米纤维材料在复合材料、防护服、过滤等领域的应用要求。综上所述，传统针头式静电纺丝装置的缺点已严重制约了纳米纤维的产业化应用推广。实现静电纺丝技术制备纳米纤维的规模化生产已经成为纳米纤维产业化进程中的关键性问题之一。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明希望提供一种可规模化制备纳米纤维的静电纺丝装置，具体方案如下：
一种多螺旋线静电纺丝装置，包括储液槽，所述储液槽中央放置多螺旋线纺丝系统，所述多螺旋线纺丝系统的上方设有纤维接收板，所述多螺旋线纺丝系统的两端分别连接有喷头转动系统和高压静电发生器；所述多螺旋线纺丝系统包括多螺旋线喷头和安装在储液槽中央的中心轴，且所述中心轴的两端伸出储液槽后分别与喷头转动系统和高压静电发生器相连接；所述中心轴上设有多螺旋线喷头，所述的多螺旋线喷头由两侧圆环和螺旋状金属丝组成，所述两侧圆环中间设置螺旋状金属丝；所述储液槽由储液池和盖板组成，所述盖板由第一盖板和第二盖板组成，所述第一盖板和第二盖板汇合处设有直线状狭缝，所述第一盖板和第二盖板向直线状狭缝处呈对称状倾斜。
所述直线状狭缝的宽度为10-20mm。
所述第一盖板和第二盖板的倾斜角与水平线呈10°-20°。
所述储液池内设有聚合物溶液，所述聚合物溶液为聚乙烯醇溶液，所述聚乙烯醇溶液的质量浓度为8％。
所述多螺旋状金属丝在两侧圆环间以一定的螺旋角度相互平行，且均匀分布所述螺旋角度在0-36000°范围内,所述多螺旋状金属丝的数量在2-50根范围内；所述的多螺旋状金属丝直径在0.2-20mm范围内。
所述的多螺旋状金属丝横截面为半圆形、圆形、三角形或多边形；所述的多螺旋状金属丝组成方式为单根、两根或多根股线。
所述两侧圆环间距离在100mm-24000mm范围内,所述圆环直径在10mm-500mm范围内。
所述喷头转动系统为电机。
所述多螺旋线喷头与所述高压静电发生器正极相连；所述纤维接收板接地。
所述的多螺旋金属线为铜质材料；所述的两侧圆环为绝缘材料；所述的储液池和盖板为绝缘材料；所述中心轴与喷头转动系统连接部分为绝缘材料，所述多螺旋金属线在圆环平面内与中心轴连接部分为外包绝缘材料的金属材料；所述中心轴与高压静电发生器连接部分为外包绝缘材料的金属材料；所述的纤维接收板为金属材料。
本发明批量化制备纳米纤维的静电纺丝装置具有如下有益效果：
与现有技术相比，本发明通过多螺旋线表面的纺丝溶液由于Rayleigh Plateau不稳定现象形成连续的小液滴，在高压静电场作用下产生大量Taylor锥突起后形成大量的射流，避免了传统针头易堵塞、难清洗、制备效率低下等缺陷，并且避免了大多数无针式静电纺丝技术中纺丝溶液易挥发的缺点，该装置操作简便，可操作性强，生产效率高，可实现纳米纤维的规模化生产。
附图说明
图1为本发明一种多螺旋线静电纺丝装置的结构示意图；
图2为本发明一种多螺旋线静电纺丝装置中储液槽的结构示意图；
图3为本发明一种多螺旋线静电纺丝装置中不同螺旋角度的螺旋状金属丝的结构示意图；(其中a为螺旋角度为30°的情况，b为螺旋角度为60°的情况，c为螺旋角度为90°的情况，d为螺旋角度为120°的情况，e为螺旋角度为150°的情况，f为螺旋角度为180°的情况，g为螺旋角度为210°的情况，h为螺旋角度为360°的情况，i为螺旋角度为720°的情况)
其中标号：1.高压静电发生器；2.储液槽；21.储液池；22.盖板；23.第一盖板；24.第二盖板；25.直线状狭缝；3.纤维接收板；4.喷头转动系统；5.多螺旋线纺丝系统；51.多螺旋线喷头；511.圆环；512.螺旋状金属丝；52.中心轴；6.喷头转动系统。
具体实施方式
实施例1
下面结合图1-3进行进一步说明：
一种多螺旋线静电纺丝装置，包括储液槽2，储液槽2中央放置多螺旋线纺丝系统5，多螺旋线纺丝系统5的上方设有纤维接收板3，多螺旋线纺丝系统的两端分别连接有喷头转动系统4和高压静电发生器1；多螺旋线纺丝系统包括多螺旋线喷头5和安装在储液槽2中央的中心轴52，且中心轴52的两端伸出储液槽2后分别与喷头转动系统4和高压静电发生器1相连接；中心轴52上设有多螺旋线喷头51，多螺旋线喷头51由两侧圆环511和螺旋状金属丝512组成，两侧圆环511中间设置螺旋状金属丝512；储液槽2由储液池21和盖板22组成，盖板22由第一盖板23和第二盖板24组成，第一盖板23和第二盖板24汇合处设有直线状狭缝25，第一盖板23和第二盖板24向直线状狭缝25处呈对称状倾斜。
直线状狭缝25的宽度为10mm。
第一盖板23和第二盖板24的倾斜角与水平线呈15°。
储液池21内设有聚合物溶液，聚合物溶液为聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液的质量浓度为8％。
多螺旋状金属丝512在两侧圆环511间以一定的螺旋角度相互平行且均匀分布，螺旋角度为60°,多螺旋状金属丝512的数量为8根；多螺旋状金属丝512直为在1.5mm。
多螺旋状金属丝横512截面为圆形；多螺旋状金属丝512组成方式为单根。
两侧圆环511间距离为200mm,圆环511直径为80mm。
喷头转动系统4为电机。
多螺旋线喷头51与高压静电发生器1正极相连；纤维接收板3接地。
多螺旋金属丝51为铜质材料；两侧圆环511为绝缘材料；储液池21和盖板22为绝缘材料；中心轴52与喷头转动系统4连接部分为绝缘材料，多螺旋金属线51在圆环511平面内与中心轴52连接部分为外包绝缘材料的金属材料；中心轴52与高压静电发生器1连接部分为外包绝缘材料的金属材料；纤维接收板3为金属材料。
实施例2-4
其他均与实施例相同，除了螺旋角度不同，具体数据如下表：
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种多螺旋线静电纺丝装置，其特征在于：包括储液槽，所述储液槽中央放置多螺旋线纺丝系统，所述多螺旋线纺丝系统的上方设有纤维接收板，所述多螺旋线纺丝系统的两端分别连接有喷头转动系统和高压静电发生器；所述多螺旋线纺丝系统包括多螺旋线喷头和安装在储液槽中央的中心轴，且所述中心轴的两端伸出储液槽后分别与喷头转动系统和高压静电发生器相连接；所述中心轴上设有多螺旋线喷头，所述的多螺旋线喷头由两侧圆环和螺旋状金属丝组成，所述两侧圆环中间设置螺旋状金属丝；所述储液槽由储液池和盖板组成，所述盖板由第一盖板和第二盖板组成，所述第一盖板和第二盖板汇合处设有直线状狭缝，所述第一盖板和第二盖板向直线状狭缝处呈对称状倾斜。
2.如权利要求1所述的一种多螺旋线静电纺丝装置，其特征在于：所述直线状狭缝的宽度为10-20mm。
3.如权利要求1所述的一种多螺旋线静电纺丝装置，其特征在于：所述第一盖板和第二盖板的倾斜角与水平线呈10°-20°。
4.如权利要求1所述的一种多螺旋线静电纺丝装置，其特征在于：所述储液池内设有聚合物溶液，所述聚合物溶液为聚乙烯醇溶液，所述聚乙烯醇溶液的质量浓度为8%。
5.如权利要求1所述的一种多螺旋线静电纺丝装置，其特征在于：所述多螺旋状金属丝在两侧圆环间以一定的螺旋角度相互平行，且均匀分布所述螺旋角度在0-36000°范围内,所述多螺旋状金属丝的数量在2-50根范围内；所述的多螺旋状金属丝直径在0.2-20mm范围内。
6.如权利要求1所述的一种多螺旋线静电纺丝装置，其特征在于：所述的多螺旋状金属丝横截面为半圆形、圆形、三角形或多边形；所述的多螺旋状金属丝组成方式为单根、两根或多根股线。
7.如权利要求1所述的一种多螺旋线静电纺丝装置，其特征在于：所述两侧圆环间距离在100mm-24000mm范围内,所述圆环直径在10mm-500mm范围内。
8.如权利要求1所述的一种多螺旋线静电纺丝装置，其特征在于：所述喷头转动系统为电机。
9.如权利要求1所述的一种多螺旋线静电纺丝装置，其特征在于：所述多螺旋线喷头与所述高压静电发生器正极相连；所述纤维接收板接地。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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