CN203474968U

CN203474968U - 一种双层喷头的静电纺丝装置

Info

Publication number: CN203474968U
Application number: CN201320471245.3U
Authority: CN
Inventors: 杨卫民; 刘兆香; 刘晓凤; 李好义; 丁玉梅
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2023-08-02

Abstract

本实用新型公开了一种双层喷头的静电纺丝装置，属于静电纺丝领域。主要包括电机、联轴器、上料筒、下料筒、接收装置、高压静电发生器、喷头、加热装置、螺杆、铜环滑动轴承和温度传感器，电机与上料筒通过长螺栓支撑，上料筒和下料筒通过短螺栓连接，中间配合有铜环滑动轴承，铜环滑动轴承中设置有分流流道，与喷头双层圆弧连接配合，形成双层射流，电机通过联轴器带动螺杆转动，螺杆通过铜环滑动轴承与料筒相配合，下端通过螺纹连接与喷头连接并带动喷头转动，电机带动螺杆转动可有效控制纺丝输料量，多级分流和喷头旋转，还可获得更细更均匀的纤维，而圆弧连接形喷头可提高纺丝效率。

Description

一种双层喷头的静电纺丝装置

技术领域

本实用新型涉及一种双层喷头的静电纺丝装置，属于静电纺丝领域。

背景技术

随着纳米技术的研究和发展，静电纺丝已经成为目前比较热门和更有效制造超细纤维的方法。制备时，溶液或熔体在电压的作用下形成泰勒锥，随着电压不断增大，泰勒锥克服自身表面张力形成喷射细流，飞向接收装置，并不断固化形成纤维。目前，通过静电纺丝方法成功制得了几十种聚合物纤维，制得的纤维直径一般在几微米之间，甚至达到纳米级。静电纺丝的设备简单、操作容易、工艺过程不破坏材料本体，所制备的纤维在过滤、医学、航空等领域有很广阔的应用前景。

目前已有的静电纺丝装置普遍或多或少的存在生产效率相对较低、流量不均匀等问题，而且大多数研究都集中在单个装置的研究，例如喷头结构设计、工艺过程等，本实用新型则针对熔体静电纺丝存在的缺陷，对整个静电纺丝装置进行改进，包括进料系统、加热装置、喷头等，对总体结构进行优化，从而提高静电纺丝生产效率，获得均匀纤维。

实用新型内容

本实用新型提出一种双层喷头的静电纺丝装置，可针对上述问题，克服静电纺丝装置生产效率相对较低、流量不均匀等缺陷，同时还可以使纤维更均匀、更纤细。

实现上述目的的方案是：一种双层喷头的静电纺丝装置，主要包括电机、联轴器、上料筒、下料筒、接收装置、高压静电发生器、喷头、加热装置、螺杆、铜环滑动轴承和温度传感器。电机和上料筒通过长螺栓连接，将电机支撑于上料筒上方；上料筒和下料筒通过四个均布的短螺栓连接，以方便拆装；螺杆上端通过联轴器和电机连接，螺杆下端置于上料筒和下料筒的内腔中，在上料筒和下料筒之间安装铜环滑动轴承，铜环滑动轴承的下端与下轴承孔过盈配合，铜环滑动轴承的上端和上轴承孔过盈配合，多面配合使得铜环滑动轴承精确定位，铜环滑动轴承的内接触面和螺杆间隙配合，形成一个滑动副，聚合物熔体对其还有一定的润滑作用；喷头和螺杆为螺纹连接，螺杆转动一部分起输料作用，一部分带动喷头旋转，使流量分布均匀；加热装置采用加热圈，分三级加热，保证预热、熔融充分到位；高压静电发生器与接收装置连接，温度传感器传递温度，外置温控箱控制温度。

本实用新型一种双层喷头的静电纺丝装置，其电机为可调速的步进电机，可以达到很小转速，电机通过联轴器和螺杆相连，通过调节电机的转速，可以改变螺杆转速，从而改变挤出熔体的流量，达到调节熔体流量的效果，同时螺杆带动喷头转动，均布熔融聚合物，使射流均匀，从而纺得均匀纤维。

本实用新型一种双层喷头的静电纺丝装置，在上料筒和下料筒连接处配置有通过上轴承孔和下轴承孔定位的铜环滑动轴承，铜环滑动轴承对螺杆有定位对中作用，保证螺杆在下端不会偏心，从而保证螺杆和料筒之间的间隙均匀，使聚合物均匀输运；铜环滑动轴承上有分流道，具有分流作用，配合喷头形成双层射流；铜环滑动轴承配合螺杆在料筒中旋转，也带动喷头旋转，使熔融聚合物沿喷头均匀分布。

本实用新型一种双层喷头的静电纺丝装置，设置有分流料道，减小了流量，加料口竖直进料，通过料筒外壁的三级加热圈，将聚合物加热熔融，熔融聚合物在料筒内腔中流动，熔融聚合物通过铜环滑动轴承分为十六股，铜环滑动轴承内均布八个一级流道，八个一级流道又分成十六个二级流道，十六个二级流道分为两组，各有八个流道，一组为内圈流道，另一组为外圈流道，熔体通过内外圈流道分别流向喷头内外层锥面。喷头紧接铜环滑动轴承下端，为该装置的核心部分，分为内外两层，经外圈流道流下的熔体在喷头外层锥面上均匀分布，不断沿锥面下落减薄，喷头上端有下环形流道，在下环形流道上均布八个竖直流道，这八个竖直流道通向喷头内层锥面。喷头上的下环形流道和铜环滑动轴承上的上环形流道相配合组成一个完整的环形流道，连通整个内层熔体流道。

本实用新型一种双层喷头的静电纺丝装置，其喷头的底端面采用车铣法铣为圆弧连接的光滑过渡，防止尖端造成泰勒锥聚集而导致纺丝效率降低。通过双层的喷头，将单层纺丝转化为双层纺丝，扩大形成泰勒锥的面积，不仅提高了纺丝效率，而且在相同流量下，分成多个出口，使流量进一步减小，在两层喷头上的熔体液膜更薄，形成的熔体纤维更纤细。

本实用新型一种双层喷头的静电纺丝装置，可用于粉末状、粒状等聚合物颗粒的熔体纺丝，也可用于溶液纺丝。当为熔体纺丝时，为了防止聚合物颗粒发生架桥或者黏结于入口处无法下落，螺杆上端焊接一个刮料板，形状为直角梯形，其斜边与加料口内面配合，斜度相同，使得刮料板随螺杆转动时，将入口处的物料有效刮落。当为溶液纺丝时，不需要开启加热装置。

本实用新型一种双层喷头的静电纺丝装置，电机带动螺杆转动可有效控制纺丝输料量，从而控制流量，同时带动喷头旋转，均匀了纺丝流量；多级分流和喷头旋转，不仅可有效控制流量，同时可获得更细更均匀的纤维，而圆弧连接形喷头可提高纺丝效率。

附图说明

图1是本实用新型一种双层喷头的静电纺丝装置的总装图的剖视图。

图2是本实用新型一种双层喷头的静电纺丝装置中下料筒的俯视图。

图3是本实用新型一种双层喷头的静电纺丝装置中下料筒的A-A阶梯剖视图。

图4是本实用新型一种双层喷头的静电纺丝装置中喷头的主视图全剖视图。

图5是本实用新型一种双层喷头的静电纺丝装置中喷头的俯视图。

图6是本实用新型一种双层喷头的静电纺丝装置中铜环滑动轴承的主视图全剖视图。

图7是本实用新型一种双层喷头的静电纺丝装置中铜环滑动轴承的仰视图。

图8是本实用新型一种双层喷头的静电纺丝装置中螺杆的结构示意图。

图中：1-电机，2-联轴器，3-长螺栓，4-上料筒，5-螺杆，6-加热圈，7-铜环滑动轴承，8-下料筒，9-喷头，10-温度传感器，11-短螺栓，12-上轴承孔，13-料筒内腔，14-加料口，15-下轴承孔，16-喷头螺纹，17-喷头外层锥面，18-喷头内层锥面，19-竖直流道，20-上环形流道，21-下环形流道，22-内圈流道，23-外圈流道，24-一级流道，25-内接触面，26-刮料板，27-螺杆螺纹。

具体实施方式

本实用新型一种双层喷头的静电纺丝装置，如图1所示，该装置主要包括电机1、联轴器2、上料筒4、螺杆5、加热圈6、铜环滑动轴承7、下料筒8、喷头9、接收装置28和高压静电发生器29。其工作过程为电机1带动螺杆5在料筒中旋转，同时带动喷头9转动，使熔融聚合物均匀分布于喷头9两层壁面上，开启高压静电发生器29，在电压作用下，熔融聚合物在圆弧连接的边缘上形成泰勒锥，增大电压，泰勒锥喷射形成射流，落到接收装置28形成纤维。

本实用新型一种双层喷头的静电纺丝装置，首先，将三个加热圈6分别设定在低、中、高三个温度档，可根据实际需要调节温度，保证上料筒4和下料筒8加热到预设温度，上料筒4和下料筒8通过四个均布的短螺栓11连接，如图2和图3所示。温度传感器10与温控箱直接相连，将温度传递给温控箱，温控箱用于对加热温度进行控制与调节。当温度加热到预设温度后，开启电机1，电机1与上料筒4通过长螺栓3相连接，螺杆5通过联轴器2与电机1相连，高分子聚合物通过加料口14加到上料筒4中，螺杆5上的刮料板26可以将高分子聚合物刮离加料口14，防止产生架桥和粘结现象。接着熔融的聚合物通过螺杆5转动输运，从料筒内腔13向下进料，聚合物熔体进一步熔融，流动性增强。当聚合物熔体运动到上料筒4和下料筒8之间时，将通过铜环滑动轴承7的一级流道24向下流动，聚合物熔体流过一级流道24后分流，流向内圈流道22和外圈流道23，如图6和图7所示。上料筒4和下料筒8通过短螺栓11相连接，使得整个装置的密封性良好，在上料筒4和下料筒8之间安装铜环滑动轴承7，铜环滑动轴承7的下端与下轴承孔15过盈配合，铜环滑动轴承7的上端和上轴承孔12过盈配合，多面配合使得铜环滑动轴承7精确定位。铜环滑动轴承7的内接触面25和螺杆5间隙配合，形成一个滑动副，聚合物熔体对其还有一定的润滑作用。外圈流道23内的熔体继续往下流到喷头9时，通过喷头9上的喷头外层锥面17渐渐拉伸形成第一层液膜，内圈流道22内的熔体经过喷头9的上环形流道20和铜环滑动轴承7的下环形流道21组成的环形流道重新分布，流向8个竖直流道19。竖直流道19内的熔体流向喷头内层锥面18，再次均匀拉伸减薄，在喷头内层锥面18上形成第二层液膜，喷头9内外两层的端面用铣刀铣出圆弧连接的形状，圆弧连接的圆弧过渡圆滑，没有尖角，从而增大形成泰勒锥的环向面积，可产生更多束纤维，喷头9的形状和流道分布如图4和图5所示。待流道充满熔融聚合物，打开高压静电发生器29，高压电加在接收装置28，不断增大电压，待双层圆弧连接喷头边缘液膜形成泰勒锥，继续增大电压，泰勒锥形成射流，喷射向接收装置28，并不断固化形成纤维。在此过程中由于螺杆5的螺杆螺纹27和喷头螺纹16相配合固定，当螺杆5转动时，带动喷头9一起匀速转动，有利于熔体的均匀分布和减薄，从而使纺制的纤维更加均匀、更加纤细。在不加热的情况下，也可用于溶液等其他物料的静电纺丝。

Claims

1.一种双层喷头的静电纺丝装置，其特征在于：主要包括电机、联轴器、上料筒、下料筒、接收装置、高压静电发生器、喷头、加热装置、螺杆、铜环滑动轴承和温度传感器，电机和上料筒通过长螺栓连接，将电机支撑于上料筒上方；上料筒和下料筒通过四个均布的短螺栓连接；螺杆上端通过联轴器和电机连接，螺杆下端置于上料筒和下料筒的内腔中，在上料筒和下料筒之间安装铜环滑动轴承，铜环滑动轴承的下端与下轴承孔过盈配合，铜环滑动轴承的上端和上轴承孔过盈配合；铜环滑动轴承的内接触面和螺杆间隙配合；喷头和螺杆为螺纹连接；加热装置采用加热圈，分三级加热；高压静电发生器与接收装置连接，温度传感器传递温度，外置温控箱控制温度；铜环滑动轴承上有分流道，配合喷头形成双层射流。

2.根据权利要求1所述的一种双层喷头的静电纺丝装置，其特征在于：电机为可调速的步进电机。

3.根据权利要求1所述的一种双层喷头的静电纺丝装置，其特征在于：熔融聚合物通过铜环滑动轴承分为十六股，铜环滑动轴承内均布八个一级流道，八个一级流道又分成十六个二级流道，十六个二级流道分为两组，各有八个流道，一组为内圈流道，另一组为外圈流道，熔体通过内外圈流道分别流向喷头内外层锥面；喷头紧接铜环滑动轴承下端，分为内外两层，经外圈流道流下的熔体在喷头外层锥面上均匀分布，不断沿锥面下落减薄，喷头上端有下环形流道，在下环形流道上均布八个竖直流道，这八个竖直流道通向喷头内层锥面；喷头上的下环形流道和铜环滑动轴承上的上环形流道相配合组成一个完整的环形流道，连通整个内层熔体流道。

4.根据权利要求1所述的一种双层喷头的静电纺丝装置，其特征在于：螺杆上端焊接一个刮料板，形状为直角梯形，其斜边与加料口内面配合，斜度相同。