CN114540964B - 一种离心静电纺丝设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及静电纺丝技术领域，尤其涉及一种离心静电纺丝设备，包括工作平台、搅拌装置、储液装置、若干收集装置以及用于检测和调节溶液的温度控制系统，其中：储液装置固定安装在工作平台上，储液装置内部设有储液腔，其外壁上设有若干喷头，喷头和储液腔相连通；搅拌装置包括电机、转轴以及叶片，电机固定在工作平台的内部，转轴一端与电机固定连接，另一端伸入到储液腔内，叶片套设在伸入到储液腔的转轴上；收集装置固定安装在工作平台上，且收集装置与喷头正对设置。本发明中可以实现搅拌功能的叶片，不随轴转动的喷头，金属收集板式的接收装置等的应用使设备更多功能更安全，而温控系统的应用实现了无接触加热的效果。

Description

一种离心静电纺丝设备

技术领域

本发明涉及静电纺丝技术领域，尤其涉及一种离心静电纺丝设备。

背景技术

离心纺丝技术是近几年发展起来的一种制备微纳米纤维的新技术，该技术可以将大多数可溶可熔的天然高分子材料、合成高分子材料、陶瓷材料以及蛋白质材料等纺制成微纳米级的纤维，材料选择范围较广，离心纺丝技术还可以出较为蓬松的纤维制品，广泛应用于生物医疗、生物工程、能源设备、军工设备、环保等领域。

离心静电纺丝技术将离心纺丝技术与静电纺丝技术结合在一起，在静电纺丝的基础上，施加离心力，利用离心力和静电力共同拉伸聚合物溶液，提高了纺丝效率、纤维力学性能，并增加了纺丝原料的多样性。

常用的纺丝方法有静电纺丝法、熔喷纺丝法、相位分离纺丝法、离心纺丝法等，现有技术未将搅拌、加热等功能结合，当增加其他功能时，需要增加单独的实现该功能的装置，使用的设备数量更多，且很难保证溶液的均匀分布、恒温状态。目前大部分的离心纺丝设备的喷头随轴转动，转速极高，在使用的过程中存在着极大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离心静电纺丝设备，以解决现有技术中离心静电纺丝设备结构复杂，溶液无法均匀分布、溶液温度不稳定不可控，喷头随轴转动的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种离心静电纺丝设备，包括工作平台、搅拌装置、储液装置、若干收集装置以及用于检测和调节溶液的温度控制系统，其中：储液装置固定安装在工作平台上，储液装置内部设有储液腔，其外壁上设有若干喷头，喷头和储液腔相连通；搅拌装置包括电机、转轴以及叶片，电机固定在工作平台的内部，转轴一端与电机固定连接，另一端伸入到储液腔内，叶片套设在伸入到储液腔的转轴上；收集装置固定安装在工作平台上，且收集装置与喷头正对设置。

进一步地，转轴为部分中空结构，转轴与叶片连接的轴顶端开设有进液口，所述转轴侧面开设有出液口，出液口位于储液腔内,且出液口设置在任意两个相邻的叶片之间。

进一步地，还包括供液装置，供液装置与进液口连通。

进一步地，搅拌装置至少包括两个等间距设置的叶片。

进一步地，储液装置的外壁至少设有两个喷头，储液装置为圆柱形结构，每个喷头的喷射方向与储液装置内壁切线方向之间的夹角相同，夹角范围在0°～30°。

进一步地，收集装置为若干金属收集板。

进一步地，温度控制系统包括加热线圈、温度控制器以及温度传感器，其中：加热线圈和温度传感器均与温度控制器电连接；加热线圈套设在储液装置的外壁；温度传感器安装在储液装置的外壁上。

进一步地，储液装置为磁导通金属材质的储液装置，加热线圈为电磁感应加热线圈。

进一步地，还包括负高压发生器，负高压发生器与收集装置电连接。

本发明的一种离心静电纺丝设备，具有以下有益效果：

1.本发明的一种离心静电纺丝设备，设备中的转轴带动叶片在储液腔内转动，充分搅拌溶液，使溶液均匀分布，受热也均匀，提高了纺丝的质量。

2.本发明的一种离心静电纺丝设备，设备中的温度控制系统包括加热线圈、温度控制器以及温度传感器，另外，储液装置为磁导通金属材料，加热线圈为电磁感应加热线圈，加热线圈套设在储液装置的外壁，使用电磁加热的工作原理，实现加热，温度控制器可根据工作要求对温度进行调整。

3.本发明的一种离心静电纺丝设备的喷头不随轴转动，提高了设备的安全性。

4.本发明的一种离心静电纺丝设备的接收装置为金属收集板，每个金属收集板与喷头正对设置，无需设置成环状的接收装置，使得整个设备能适应多种生产环境。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的描述，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明的离心静电纺丝设备整体结构的示意图；

图2为本发明的离心静电纺丝设备中储液装置其内部结构的示意图；

图3为本发明的离心静电纺丝设备中储液装置及喷头结构的示意图；

图中，1-储液装置、100-喷头、101-储液腔、2-电机、3-加热线圈、4-收集装置、5-温度控制器、6-温度传感器、7-工作平台、8-负高压发生器、9-叶片、10-转轴、1001-进液口、1002-出液口。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1-3所示为离心静电纺丝设备的结构，本发明实施例的一种离心静电纺丝设备，包括工作平台7、搅拌装置、储液装置1、收集装置4以及用于检测和调节溶液的温度控制系统，其中：储液装置1其内部结构如图2所示，储液装置1固定安装在工作平台7上，储液装置1内部设有储液腔101，其外壁上设有喷头100，喷头100和储液腔101相连通；搅拌装置包括电机2、转轴10以及叶片9，转轴10两端分别固定连接有电机2和叶片9，叶片9位于储液腔101内；收集装置4固定安装在工作平台7上，且收集装置4与喷头100正对设置；温度控制系统用于检测和调节储液装置1内溶液的温度。

进一步地，收集装置4固定安装在工作平台7上，喷头100无需跟随转轴11转动，在叶片9以较高的转速的工作时，也不会伤及工作人员，消除了转速极高带来的安全隐患。

具体的，储液装置1的主要作用是形成密闭的空间储存溶液，储液装置1的内部设有储液腔101，叶片9与转轴10连接，安装在储液装置1内部，转轴10带动叶片9转动，叶片9与储液腔101底部存在一定间隙，溶液可以在储液腔101内得到充分的搅拌，将溶液均匀混合，进而提高溶液成丝的均匀性。搅拌装置要实现溶液的均匀搅拌，至少包括两个等间距设置的叶片9，优选地，搅拌装置包括四个叶片9。叶片9的安装，除了与转轴10平行(即竖直安装)外，叶片9还可以呈螺旋状旋转安装(即与转轴11的轴线存在一定的夹角)。储液装置1的外壁至少设有两个喷头100，优选地，当搅拌装置设置有四个叶片9时，储液装置1的外壁设有四个喷头100，储液装置1的整体结构，可以是正立体、长方体或正多边棱柱等形状，优选地，储液装置1使用圆柱形结构，圆柱形结构可以使叶片9与储液装置1内壁的间距保持最小，从而使储液腔101中的溶液都能够得到搅拌。

另外，储液装置1及喷头100结构如图3所示，每个喷头100的喷射方向与储液装置1内壁切线方向之间的夹角θ相同，其夹角θ范围在0°～30°，优先地，夹角θ选用0°、3°、6°、9°。喷头100将储液腔101与外界连接起来，当设备开始工作时，溶液从储液腔101内通过喷头100喷射出来。喷头100为一列喷头孔组成，喷头100的形状，可以是与转轴10平行的形状(即竖直形状)，也可以呈螺旋形状(即与转轴10的轴线存在一定夹角的形状)，但是喷头100的具体形状应当与叶片9的形状相对应。喷头孔的数量、孔距以及孔径可以根据材料的性能和生产需求设置。

进一步地，收集装置4为若干金属收集板，当储液装置1的外壁有4个喷头100时，收集装置4设置四个独立的金属收集板，一个金属收集板与一个喷头100正对安装，该一一对应的结构，使得设备更加灵活，具有更强的适应性。

本发明的一种离心静电纺丝设备，还包括供液装置，其中：转轴10为部分中空结构，转轴10与叶片9连接的轴顶端开设有进液口1001，转轴10侧面开设有出液口1002，出液口1002设置在任意两个相邻叶片9之间，且最少有一个出液口1002，最多每两个相邻叶片之间均有一个出液口1002。出液口1002位于储液腔101内，供液装置与进液口1001连通，优选地，为了均匀地提供溶液，在每个相邻叶片9之间设置出液口1002。供液装置提供的溶液从转轴10顶端的进液口1001流至转轴10侧面的出液口1002进入储液装置1，储液腔101底部与叶片9之间有一定的间隙，溶液可以在储液腔101底部流通。当电机2带动转轴10高速转动时，溶液在储液装置1中充分搅拌，在高速旋转中受到离心力和叶片9推动的影响下，溶液会从喷头100的喷头孔中喷出。

进一步地，温度控制系统对于溶液温度的掌控至关重要，温度控制系统包括加热线圈3、温度控制器5以及温度传感器6，加热线圈3和温度传感器6均与温度控制器5电连接。加热线圈3套设在储液装置1的外壁，温度传感器6安装在储液装置1的外壁上，其中，加热线圈3的安装有以下实施方式：①.可以在储液装置1的侧壁上设一层20-25mm保温棉制成的保温层，加热线圈3绕在保温层的外壁，同时，保温层与加热线圈3的安装均要避开喷头孔；②.加热线圈3可以使用固定件固定安装在工作平台上；③.也可以在储液装置1的上平面制作加热线圈的安装架，用于安装加热线圈3。

储液装置1可选用磁导通金属材料，加热线圈3为电磁感应加热线圈，通过电磁加热原理，可以实现无接触电磁感应加热。温度传感器6可以根据生产要求及原材料性能对温度进行调整，当通电后，加热线圈3与储液装置1发生电磁感应，实现磁感应无接触加热的功能。温度传感器6将储液装置1的温度信息发送给温度控制器5，温度控制器5按照预先设定好的温度，自动调节加热线圈3的功率从而控制溶液的温度的恒定。这种结构保证了纺丝的温度，对纺丝的工艺、生产参数起到了至关重要的作用。

本发明的一种离心静电纺丝设备，还包括负高压发生器8，负高压发生器8与收集装置4的每个金属收集板电连接，从而在储液装置1与收集装置4之间产生负高压行程强电场，增加纺丝的磁场，实现静电离心纺丝。

本发明中的温度控制器5和电机2放置在工作平台7下方，密封放置，而储液装置1、温度传感器6、加热线圈3以及收集装置4安装在工作平台7上，使得整体结构简单，便于安装拆卸，维修也方便快捷。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (8)

1.一种离心静电纺丝设备，其特征在于，包括工作平台、搅拌装置、储液装置若干收集装置以及用于检测和调节溶液的温度控制系统，其中：

所述储液装置固定安装在所述工作平台上，所述储液装置内部设有储液腔，其外壁上设有若干喷头，所述喷头和所述储液腔相连通；

所述搅拌装置包括电机、转轴以及叶片，所述电机固定在所述工作平台的内部，所述转轴一端与所述电机固定连接，另一端伸入到所述储液腔内，所述叶片套设在伸入到所述储液腔的所述转轴上，所述叶片与所述储液腔底部存在预留间隙；

所述转轴为部分中空结构，所述转轴与所述叶片连接的轴顶端开设有进液口，所述转轴侧面开设有出液口，所述出液口位于所述储液腔内,且所述出液口设置在任意两个相邻的所述叶片之间；

所述收集装置固定安装在所述工作平台上，且所述收集装置与所述喷头正对设置。

2.根据权利要求1所述的一种离心静电纺丝设备，其特征在于，还包括供液装置，所述供液装置与所述进液口连通。

3.根据权利要求1所述的一种离心静电纺丝设备，其特征在于，所述搅拌装置至少包括两个等间距设置的所述叶片。

4.根据权利要求1所述的一种离心静电纺丝设备，其特征在于，所述储液装置的外壁至少设有两个所述喷头，所述储液装置为圆柱形结构，每个所述喷头的喷射方向与所述储液装置内壁切线方向之间的夹角相同，夹角范围在0°～30°。

5.根据权利要求1所述的一种离心静电纺丝设备，其特征在于，所述收集装置为若干金属收集板。

6.根据权利要求1所述的一种离心静电纺丝设备，其特征在于，所述温度控制系统包括加热线圈、温度控制器以及温度传感器，其中：

所述加热线圈和所述温度传感器均与所述温度控制器电连接；所述加热线圈套设在所述储液装置的外壁；

所述温度传感器安装在所述储液装置的外壁上。

7.根据权利要求6所述的一种离心静电纺丝设备，其特征在于，所述储液装置为磁导通金属材质的储液装置，所述加热线圈为电磁感应加热线圈。

8.根据权利要求1所述的一种离心静电纺丝设备，其特征在于，还包括负高压发生器，所述负高压发生器与所述收集装置电连接。