CN111424322A - 一种横向无针静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于静电纺丝设备技术领域，具体涉及一种横向无针静电纺丝装置，主体结构包括固定支架、轴承座、轴承、连接轴、电滑环、温度控制器、从动齿轮、主动齿轮、驱动电机、纺丝喷头、加热片、封堵盖、环形槽、接地电极、导线、电极板、高压静电发生器、挤出机和横向出料口，能够实现水平方向上聚合物纤维的大规模喷射，轴承座在水平方向的角度能够调整，通过调节轴承座的角度，控制纺丝喷头的喷射角度；驱动电机通过控制主动齿轮的转速调节纺丝喷头的转速；纺丝喷头是由导电材料制成的锥台式结构，通过转动纺丝喷头，实现熔体或者溶液在纺丝喷头后端的均匀分布，纺丝喷头的温度由加热片控制和维持，以保证聚合物熔体的流动性。

Description

一种横向无针静电纺丝装置

技术领域：

本发明属于静电纺丝设备技术领域，具体涉及一种横向无针静电纺丝装置，能够实现大规模超细纤维的横向喷射制备。

背景技术：

静电纺丝是一种在高压静电作用下将聚合物熔体或者溶液制备成超细纤维的方法。静电纺丝能够制备直径从纳米到微米的纤维，所制纤维具有高比表面积、高孔隙率等特点，在生物医学、微纳过滤和纺织等领域具有很高的应用价值。

典型的静电纺丝设备主要由装有聚合物的溶液或者熔体的容器、纺丝针头、高压静电电源和接收装置组成，装有聚合物溶液或者熔体的容器持续供料至纺丝针头处，在高压电场中，纺丝针头针尖处溶液或者熔体液滴带电形成射流，一个纺丝针头一次只能产生一根纤维，生产效率较低，此为有针静电纺丝。由于纺丝针头对聚合物溶液或者熔体的限制作用，有针静电纺丝的纺丝针头可以朝向任意方向。

为了提高生产效率，研究人员开发了无针静电纺丝喷头，无针静电纺丝是利用纺丝喷头的表面或者棱角等部位纺丝的技术。在没有限制的自由界面上，即纺丝喷头的表面或者棱角上分布的溶液或者熔体在高压静电场下可以形成多根射流，包括直线、螺旋和圆形等形状。无针静电纺丝喷头一次可以产生多根至数十根射流，进而形成多根纤维，极大提高了生产效率。中国专利201920558361.6公开的一种无针静电纺丝头包括支撑轴以及设置于支撑轴外侧并呈螺旋布置的一级螺旋叶片，所述的一级螺旋叶片由等径的螺旋叶片主体段和位于两侧端头的螺旋叶片过渡段构成，所述过渡段的直径由支撑轴的表面自然过渡到与所述主体段相等；在所述一级螺旋叶片上安设有连续或非连续的二级刮取构件，相对于所述支撑轴的轴线，所述二级刮取构件至少部分高出所述螺旋叶片的顶部；所述一级螺旋叶片主体段的直径为30-150mm，所述一级螺旋叶片的螺距为10-60mm，所述一级螺旋叶片的厚度为1-3.5mm；所述支撑轴的直径为5-50mm；中国专利201910526321.8公开的一种无针静电纺丝装置包括接收球、喷丝孔管、伞面回收装置、储液罐、罐盖、供液管和供液泵，所述伞面回收装置的凹面朝向所述接收球，所述接收球位于所述伞面回收装置的上部，所述喷丝孔管设置在所述伞面回收装置的凹面内侧上，所述喷丝孔管的管体上密布有多个喷丝孔，所述供液泵通过所述供液管与所述喷丝孔管连接，所述喷丝孔管的末端封闭，所述储液罐和所述罐盖之间设有回流缝隙，所述回流缝隙用于所述伞面回收装置回收的溶液流入所述储液罐内；中国专利201821827667.9公开的一种无针静电纺丝机包括功能底座、纺丝腔、外层溶液腔和内层溶液腔，所述功能底座上方固定连接有纺丝腔，所述功能底座一侧设置有外层溶液腔，所述功能底座另一侧设置有内层溶液腔，所述外层溶液腔通过一号传输管与一号喷头相通连接，所述内层溶液腔通过二号传输管与二号喷头相通连接，所述一号喷头下方设置有同轴纺丝头，所述同轴纺丝头一侧设置有高压电源，所述高压电源通过正极接线电性连接有同轴纺丝头，所述同轴纺丝头下方设置有调节辊，所述高压电源下方通过负极电刷电性连接有调节辊，所述功能底座内部下方设置有电机，所述电机一端传动连接有收料辊，所述电机上方设置有低速风机，所述低速风机一侧设置有除尘头；中国专利201710532908.0公开的一种新型无针静电纺丝装置包括有纺丝液储存单元、纺丝形成单元及纺丝收集单元，纺丝形成单元包括有纺丝液容腔、带电电极、纺丝狭缝、中介电极及气流通道；收集单元包括有收集电极板；在带电电极与收集电极板之间形成第一静电场；在带电电极与中介电极之间形成第二静电场；纺丝液容腔中的纺丝液在第二静电场的作用下、经由纺丝狭缝喷出纺丝纤维，纺丝纤维在气流通道的引导及第一静电场的作用下，收集到收集电极板；中国专利201820083810.1公开的一种无针静电纺丝机包括箱体和安装在其内部的高压发生装置、射流发生装置、纤维收集装置、辅助装置、控制装置；其中高压发生装置包括正负两台高压静电发生器，正高压静电发生器安装在箱体下方，与射流发生装置相连，负高压静电发生器安装在箱体顶端，与纤维收集装置相连；辅助装置设置在负高压静电发生器下方；纤维收集装置位于辅助装置下方，包括伸缩架、支撑板、卷取装置和基布，由伸缩架带动支撑板和基布上下移动以调节与射流发生装置的相对距离；在纤维收集装置下方设置一个以上射流发生装置，射流发生装置包括半圆柱形的储液槽、安装在储液槽中的可旋转的纺丝轴、与储液槽连接的供液模块和带动纺丝轴旋转的动力模块，其中纺丝轴为圆柱状，轴身上排列有以轴心向外放射状分布的锥体；控制装置与上述其他装置相连，控制其运作；中国专利201621424451.9公开的一种针片辊式无针静电纺丝装置主要包括电机、蠕动泵、毛刷供料系统、针片辊式装置、储液槽、电极板、风刀、接收辊、传动装置、接收板、支撑框架和高压静电发生器，毛刷供料系统由分流管和毛刷组成，纺丝液通过蠕动泵进入分流管后均匀分布到毛刷上；针片辊式装置由中心轴、针片、隔板和锁紧螺母组成，锁紧螺母将针片、隔板相间固定在中心轴上，中心轴采用轴承固定在支撑框架上，针片尖端与毛刷紧密接触；储液槽置于支撑框架上且位于针片辊式装置正下方，针片上未成丝的多余溶液可以流入储液槽；电极板置于针片辊式装置正上方；风刀通过螺杆固定在电极板右端，风刀出风口高于针片边缘的最上端；接收板置于针片辊式装置正前方；接收辊置于针片辊式装置斜上方45°；电机通过传动装置控制针片辊式装置与接收辊进行旋转运动；高压静电发生器连接针片辊式装置，接收辊、电极板通过导线接地；上述专利产品和市场上现有装置在重力作用的限制下，为了保持纺丝喷头自由界面液体的均匀性，纺丝喷头都是垂直放置的，朝上或者朝下纺丝，无法实现横向纺丝，在不便于移动或者大型物体的垂直表面进行纤维覆盖的场合，无能为力，限制了静电纺丝的应用。因此，研发设计一种横向无针静电纺丝装置，进行横向纺丝，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，研发一种横向无针静电纺丝装置，以实现大批量超细纤维的横向喷射。

为了实现上述目的，本发明涉及的横向无针静电纺丝装置的主体结构包括固定支架、轴承座、轴承、连接轴、电滑环、温度控制器、从动齿轮、主动齿轮、驱动电机、纺丝喷头、加热片、封堵盖、环形槽、接地电极、导线、电极板、高压静电发生器、挤出机和横向出料口；固定支架上设置有轴承座，轴承座中设置有轴承，轴承中设置有连接轴，连接轴的前端套设有电滑环，电滑环与温度控制器连接，连接轴上轴承座与电滑环之间设置有从动齿轮，从动齿轮与主动齿轮啮合，主动齿轮与驱动电机连接，连接轴的后端与纺丝喷头连接，纺丝喷头的后端内部嵌置有加热片，加热片由封堵盖封闭，纺丝喷头的后端外壁设置有环形槽，纺丝喷头与接地电极连接，电滑环通过敷设在纺丝喷头内的导线与加热片连接，纺丝喷头的后端对面设置有电极板，电极板与高压静电发生器连接，纺丝喷头的上方设置有挤出机，挤出机的后端设置有横向出料口，横向出料口对准环形槽。

本发明涉及的轴承座在水平方向的角度能够调整；连接轴为中空的阶梯式连接轴，由包括聚四氟乙烯和陶瓷的耐高温隔热材料制成；驱动电机通过控制主动齿轮的转速调节纺丝喷头的转速；纺丝喷头为锥台式结构，由导电材料制成；加热片用于控制并维持纺丝喷头的温度，保证聚合物熔体的流动性；环形槽的深度为2-5mm，宽度为1-5mm，环形槽用于储存聚合物熔体或者溶液；挤出机对高分子原材料进行熔融塑化。

本发明涉及的横向无针静电纺丝装置使用时，在挤出机中加入聚丙烯粒料，经过挤出机的熔融塑化，聚丙烯熔体由横向出料口持续流出并进入环形槽中，调节挤出机的转速能够控制聚丙烯熔体的流量，使环形槽内的聚丙烯熔体维持在持续充满但不溢出的稳定状态，调节驱动电机的转速控制纺丝喷头的转速，纺丝喷头持续旋转以维持环形槽内聚丙烯熔体的分布均匀性，调节温度控制器使纺丝喷头的温度维持在240℃，以维持聚丙烯熔体的流动性，将电极板与纺丝喷头之间距离调整为120mm，打开高压静电发生器，将电压调整为60kV，纺丝喷头的后端产生数十根间隔均匀射流，沿水平方向喷射至电极板上，形成直径为5-10μm的纤维，实现大规模超细纤维的横向喷射制备；制备过程中，通过调整轴承座的角度能够控制纤维的喷射角度；通过调节轴承座的角度，控制纺丝喷头的喷射角度；通过转动纺丝喷头，实现熔体或者溶液在纺丝喷头后端的均匀分布。

本发明与现有技术相比，能够实现水平方向上聚合物纤维的大规模喷射，轴承座在水平方向的角度能够调整，通过调节轴承座的角度，控制纺丝喷头的喷射角度；驱动电机通过控制主动齿轮的转速调节纺丝喷头的转速；纺丝喷头是由导电材料制成的锥台式结构，通过转动纺丝喷头，实现熔体或者溶液在纺丝喷头后端的均匀分布，纺丝喷头的温度由加热片控制和维持，以保证聚合物熔体的流动性；将挤出机置换为微量泵后，能够实现溶液的无针横向静电纺丝；其结构简单，易于操作，应用环境友好。

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：

本实施例涉及的横向无针静电纺丝装置的主体结构包括固定支架1、轴承座2、轴承3、连接轴4、电滑环5、温度控制器6、从动齿轮7、主动齿轮8、驱动电机9、纺丝喷头10、加热片11、封堵盖12、环形槽13、接地电极14、导线15、电极板16、高压静电发生器17、挤出机18和横向出料口19；固定支架1上设置有轴承座2，轴承座2中设置有轴承3，轴承3中设置有连接轴4，连接轴4的前端套设有电滑环5，电滑环5与温度控制器6连接，连接轴4上轴承座2与电滑环5之间设置有从动齿轮7，从动齿轮7与主动齿轮8啮合，主动齿轮8与驱动电机9连接，连接轴4的后端与纺丝喷头10连接，纺丝喷头10的后端内部嵌置有加热片11，加热片11由封堵盖12封闭，纺丝喷头10的后端外壁设置有环形槽13，纺丝喷头10与接地电极14连接，电滑环5通过敷设在纺丝喷头10内的导线15与加热片11连接，纺丝喷头10的后端对面设置有电极板16，电极板16与高压静电发生器17连接，纺丝喷头10的上方设置有挤出机18，挤出机18的后端设置有横向出料口19，横向出料口19对准环形槽13。

本实施例涉及的轴承座2在水平方向的角度能够调整；连接轴4为中空的阶梯式连接轴，由包括聚四氟乙烯和陶瓷的耐高温隔热材料制成；驱动电机9通过控制主动齿轮8的转速调节纺丝喷头10的转速；纺丝喷头10为锥台式结构，由导电材料制成；加热片11用于控制并维持纺丝喷头10的温度，保证聚合物熔体的流动性；环形槽13的深度为2-5mm，宽度为1-5mm，环形槽13用于储存聚合物熔体或者溶液；挤出机18对高分子原材料进行熔融塑化。

本实施例涉及的横向无针静电纺丝装置通过调节轴承座2的角度，控制纺丝喷头10的喷射角度；通过转动纺丝喷头10，实现熔体或者溶液在纺丝喷头10后端的均匀分布。

本实施例涉及的横向无针静电纺丝装置使用时，在挤出机18中加入聚丙烯粒料，经过挤出机18的熔融塑化，聚丙烯熔体由横向出料口19持续流出并进入环形槽13中，调节挤出机18的转速能够控制聚丙烯熔体的流量，使环形槽13内的聚丙烯熔体维持在持续充满但不溢出的稳定状态，调节驱动电机9的转速控制纺丝喷头10的转速，纺丝喷头10持续旋转以维持环形槽13内聚丙烯熔体的分布均匀性，调节温度控制器6使纺丝喷头10的温度维持在240℃，以维持聚丙烯熔体的流动性，将电极板16与纺丝喷头10之间距离调整为120mm，打开高压静电发生器17，将电压调整为60kV，纺丝喷头10的后端产生数十根间隔均匀射流，沿水平方向喷射至电极板16上，形成直径为5-10μm的纤维20，实现大规模超细纤维的横向喷射制备；制备过程中，通过调整轴承座2的角度能够控制纤维20的喷射角度。

实施例2：

本实施例涉及的横向无针静电纺丝装置的主体结构将挤出机18置换为微量泵，使用时，微量泵将聚乙烯醇溶液持续供料至环形槽13内，调整驱动电机9的转速，使聚乙烯醇溶液沿着环形槽13均匀分布，将电极板16与纺丝喷头10之间的距离调整为100mm，打开高压静电发生器17，将电压调整为45kV，纺丝喷头10的后端随机产生多个射流，沿水平方向喷射至电极板16上，溶剂挥发形成直径为50-300nm的纤维20，实现溶液的无针横向静电纺丝。

Claims (6)

1.一种横向无针静电纺丝装置，其特征在于主体结构包括固定支架、轴承座、轴承、连接轴、电滑环、温度控制器、从动齿轮、主动齿轮、驱动电机、纺丝喷头、加热片、封堵盖、环形槽、接地电极、导线、电极板、高压静电发生器、挤出机和横向出料口；固定支架上设置有轴承座，轴承座中设置有轴承，轴承中设置有连接轴，连接轴的前端套设有电滑环，电滑环与温度控制器连接，连接轴上轴承座与电滑环之间设置有从动齿轮，从动齿轮与主动齿轮啮合，主动齿轮与驱动电机连接，连接轴的后端与纺丝喷头连接，纺丝喷头的后端内部嵌置有加热片，加热片由封堵盖封闭，纺丝喷头的后端外壁设置有环形槽，纺丝喷头与接地电极连接，电滑环通过敷设在纺丝喷头内的导线与加热片连接，纺丝喷头的后端对面设置有电极板，电极板与高压静电发生器连接，纺丝喷头的上方设置有挤出机，挤出机的后端设置有横向出料口，横向出料口对准环形槽。

2.根据权利要求1所述的横向无针静电纺丝装置，其特征在于轴承座在水平方向的角度能够调整；连接轴为中空的阶梯式连接轴，由包括聚四氟乙烯和陶瓷的耐高温隔热材料制成；驱动电机通过控制主动齿轮的转速调节纺丝喷头的转速；纺丝喷头为锥台式结构，由导电材料制成；加热片用于控制并维持纺丝喷头的温度，保证聚合物熔体的流动性；环形槽的深度为2-5mm，宽度为1-5mm，环形槽用于储存聚合物熔体或者溶液；挤出机对高分子原材料进行熔融塑化。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的横向无针静电纺丝装置，其特征在于使用时，在挤出机中加入聚丙烯粒料，经过挤出机的熔融塑化，聚丙烯熔体由横向出料口持续流出并进入环形槽中，调节挤出机的转速能够控制聚丙烯熔体的流量，使环形槽内的聚丙烯熔体维持在持续充满但不溢出的稳定状态，调节驱动电机的转速控制纺丝喷头的转速，纺丝喷头持续旋转以维持环形槽内聚丙烯熔体的分布均匀性，调节温度控制器使纺丝喷头的温度维持在240℃，以维持聚丙烯熔体的流动性，将电极板与纺丝喷头之间距离调整为120mm，打开高压静电发生器，将电压调整为60kV，纺丝喷头的后端产生数十根间隔均匀射流，沿水平方向喷射至电极板上，形成直径为5-10μm的纤维，实现大规模超细纤维的横向喷射制备。

4.根据权利要求3所述的横向无针静电纺丝装置，其特征在于制备过程中，通过调整轴承座的角度能够控制纤维的喷射角度；通过调节轴承座的角度，控制纺丝喷头的喷射角度；通过转动纺丝喷头，实现熔体或者溶液在纺丝喷头后端的均匀分布。

5.根据权利要求1-2中任一项所述的横向无针静电纺丝装置，其特征在于将挤出机置换为微量泵，使用时，微量泵将聚乙烯醇溶液持续供料至环形槽内，调整驱动电机的转速，使聚乙烯醇溶液沿着环形槽均匀分布，将电极板与纺丝喷头之间的距离调整为100mm，打开高压静电发生器，将电压调整为45kV，纺丝喷头的后端随机产生多个射流，沿水平方向喷射至电极板上，溶剂挥发形成直径为50-300nm的纤维，实现溶液的无针横向静电纺丝。

6.根据权利要求5所述的横向无针静电纺丝装置，其特征在于制备过程中，通过调整轴承座的角度能够控制纤维的喷射角度；通过调节轴承座的角度，控制纺丝喷头的喷射角度；通过转动纺丝喷头，实现熔体或者溶液在纺丝喷头后端的均匀分布。

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