CN203583026U - 一种转轮式熔融电纺装置 - Google Patents

Abstract

一种转轮式熔融电纺装置，涉及一种纺丝装置。设有转轮、旋转轴、贮料池、转轮加热件、转轮温度传感器、驱动电机、升降台、电刷、小型挤出机、熔体输送装置、高压管、贮料池加热件、贮料池温度传感器、收集装置、高压电源、恒温室、恒温室加热件、恒温室温度传感器、真空泵、温度控制器。采用转轮进行静电纺丝喂液，可避免传统熔融静电纺丝技术中喷头容易堵塞、纺丝效率较低的弊端。通过改变转轮的材料、直径、厚度、表面形状，控制纤维的形貌和产量。还可控制转轮的浸没面积、转轮的转速、转轮的表面温度、贮料池的温度、转轮与收集装置之间的距离、电场强度、恒温室的温度、恒温室的真空度等工艺条件，提高产品的生产效率和纤维品质的稳定性。

Description

一种转轮式熔融电纺装置

技术领域

本实用新型涉及一种纺丝装置，尤其是涉及一种转轮式熔融电纺装置。

背景技术

静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最直接的方法之一，以其设备简单、操作容易等优良特性成为当前纳米纤维制造研究的热点。静电纺丝技术的原理是，聚合物液滴或熔滴在高压电场的作用下在喷丝头处形成泰勒锥，如果电压足够大，聚合物液滴或熔滴就会克服表面张力形成喷射射流，射流在喷射过程中在静电场力、粘滞阻力、表面张力等作用力下不断被拉伸细化，经溶剂挥发或熔体冷却，最终落在收集装置上形成无纺布形式的纳米纤维。

熔融静电纺丝技术因不使用溶剂而经济、环保，且纤维的力学性能好。但是熔体粘度大，使用针头作为喷丝头在电纺过程中极易堵塞，严重影响纺丝过程。另外，为了保持稳定的泰勒锥，供液速度和针头的直径不能太大。由于溶液推进速度缓慢、针头直径过小，采用传统的针头式熔融静电纺丝技术的产量不高，无法满足静电纺丝技术工业化的要求。

很多学者对熔融静电纺丝技术进行了研究，如中国专利CN102071477A，但是关于无针头的熔融静电纺丝的研究目前较少。无针头式静电纺丝技术由于不存在针头直径小、溶液推进速度缓慢等问题，具有喷丝头表面容易清理、纺丝效率高、能够快速均匀地制备纳米纤维等特点。

发明内容

本实用新型的目的在于提供可通过控制多区域温度、纺丝空间真空度等工艺参数提高熔融静电纺丝效率和质量的一种转轮式熔融电纺装置。

本实用新型设有转轮、旋转轴、贮料池、转轮加热件、转轮温度传感器、驱动电机、升降台、电刷、小型挤出机、熔体输送装置、高压管、贮料池加热件、贮料池温度传感器、收集装置、高压电源、恒温室、恒温室加热件、恒温室温度传感器、真空泵、温度控制器；

所述转轮和旋转轴位于贮料池的正上方，转轮所在的平面与熔融液面所在的平面垂直，转轮加热件和转轮温度传感器设置在转轮的侧对面；转轮与旋转轴传动连接并以旋转轴为旋转中心；旋转轴与驱动电机传动连接且由升降台固定；转轮由电机带动旋转时，能够部分浸没于熔体中；旋转轴上设有电刷；贮料池的侧面设有小孔，该小孔通过高压管与熔体输送装置、挤出机连接，贮料池底部设有贮料池加热件和贮料池温度传感器；收集装置位于转轮的正上方；电刷接地，收集装置与高压电源电连接，电刷与高压电源电连接；恒温室内设有恒温室加热件和恒温室温度传感器，并通过气管与真空泵连接。

所述转轮，根据不同的工艺要求选择不同的材料、直径、厚度、表面形状的转轮。分布在旋转轴上的转轮，可以为单个，也可以阵列多个转轮，提高纺丝效率。转轮的侧对面设有转轮加热件、转轮温度传感器，受温度控制器控制可以对转轮进行加热和温度检测。所述转轮加热件最好为非接触式加热件。所述转轮温度传感器最好为非接触式温度传感器。

所述旋转轴由导电性较好的材料制成，所述旋转轴可设有1根，也可以在同一高度并排分布多根旋转轴，实现阵列式转轮的多股射流同时喷射。

所述驱动电机的转速范围最好为10～1000rpm。

所述贮料池用于储存从小型挤出机提供的达到熔融状态的纺丝原料，最好由耐高温、耐腐蚀和与有机溶剂不反应的材料制成。贮料池内侧设有贮料池加热件和温度传感器，受温度控制器控制可以对贮料池中的熔体进行加热和温度检测。所述贮料池加热件最好为加热板。

所述升降台，起到固定旋转轴、调节转轮与贮料池相对位置的作用，最好为精密升降台。

所述电刷由导电性较好的材料制成，电刷通过旋转轴与转轮电连接，例如将电刷接地，即相当于转轮接地。

所述熔体输送装置最好选用可以实现精确供液的计量泵或纺丝泵。

所述高压管最好选用耐高温耐高压的输送管。

所述收集装置可采用平板收集器、滚筒收集器等。收集装置设有高度调节装置。

所述高压电源的工作范围最好＞0V，＜100kV。

所述恒温室设有恒温室加热件、恒温室温度传感器，通过气管与真空泵连接，可以控制纺丝空间的温度、真空度，使纺丝环境具有人为可控性，从而减少外部坏境对电纺的影响。所述恒温室加热件，受到温度控制器的控制，对恒温室的坏境进行调控，最好为空气加热部件。所述恒温室温度传感器，与温度控制器信号连接，最好为非接触式温度传感器。所述真空泵，对恒温室进行抽气，使恒温室形成需要的真空度。

本实用新型提供了一种转轮式熔融静电纺丝装置，可以在一定程度上提高熔融静电纺丝的效率和质量，具有以下技术效果：

本实用新型采用转轮进行静电纺丝喂液，可以避免传统熔融静电纺丝技术中喷头容易堵塞、纺丝效率较低的弊端。通过改变转轮的材料、直径、厚度、表面形状，控制纤维的形貌和产量。本实用新型还可以控制转轮的浸没面积、转轮的转速、转轮的表面温度、贮料池的温度、转轮与收集装置之间的距离、电场强度、恒温室的温度、恒温室的真空度等工艺条件，进一步提高产品的生产效率和纤维品质的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构示意图。

图中各标号为：1、恒温室；2、贮料池加热板；3、贮料池热电偶；4、恒温室环境温度探头；5、恒温室加热管；6、升降台；7、电刷；8、高压管；9、纺丝泵；10、小型挤出机；11、收集板；12、真空泵；13、高压电源；14、转轮红外温度传感器；15、红外加热灯；16、旋转轴；17、减速箱；18、驱动电机；19、转轮；20、贮料池；21、温度控制器。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，本实用新型实施例包括转轮19、旋转轴16、贮料池20、红外加热灯15、转轮红外温度传感器14、升降台6、减速箱17、驱动电机18、电刷7、高压管8、纺丝泵9、挤出机10、贮料池加热板2、贮料池热电偶3、收集板11、高压电源13、恒温室1、恒温室加热管5、恒温室环境温度探头4、真空泵12、温度控制器21。

转轮19和旋转轴16位于贮料池20的正上方，转轮19所在的平面与熔融液面所在的平面垂直，红外加热灯15和转轮红外温度传感器14设置在转轮19的侧对面（非接触），两者都与温度控制器21信号连接并受其控制，实现对转轮19表面的温度调控；转轮19与旋转轴16传动连接并以旋转轴16为旋转中心，旋转轴16由升降台6固定，通过升降台6可以调整转轮19在贮料池20中的浸没面积；旋转轴16通过减速箱17与驱动电机18传动连接，通过调速器（图中未画出）设定驱动电机18的转动速度，实现转轮19的平稳旋转；旋转轴16上设有电刷7，本实施例中电刷7接地；贮料池20的侧面设有小孔，挤出机10、纺丝泵9通过高压管8与贮料池20相连通，为贮料池20连续提供纺丝熔体，保持熔融液面不会因为电纺的熔体消耗而降低；贮料池20底部设有贮料池加热板2和贮料池热电偶3，两者与温度控制器21信号连接并受其控制，实现对贮料池20的温度调控；收集板11位于转轮19的正上方，设有高度调节装置（图中未画出），可以调节与转轮19的相对高度；本实施例中收集板11与高压电源13电连接，可以避免高压电场对驱动电机18以及相关电路的电干扰；本实施例除了纺丝泵9、挤出机10、高压电源13外，均处于恒温室1中，恒温室1内设有恒温室加热管5和恒温室环境温度探头4，两者与温度控制器21信号连接并受其控制，实现对恒温室1的温度调控；恒温室1通过气管与真空泵12连接，可以达到设定的真空度。

本实施例用于制备纳米纤维的方法，包括下列步骤：

1）将纺丝原料放入挤出机10，并启动挤出机10，开始加热纺丝原料；

2）开启纺丝泵9，将熔体注入贮料池20；

3）设定驱动电机18的转速，带动转轮19以旋转轴16为中心进行旋转；

4）通过温度控制器21分别设定恒温室1、贮料池20、转轮19表面的温度；

5）开启真空泵12，使恒温室1达到设定的真空度；

6）调节升降台6，确保转轮19能够以设定的面积浸入熔体中；

7）设定收集板11与转轮19的相对高度，并设定高压电源13的输出电压；

8）转轮19上的熔体形成射流，并被拉伸细化，最终在收集板11上生成纳米纤维。

Claims (10)

1.一种转轮式熔融电纺装置，其特征在于设有转轮、旋转轴、贮料池、转轮加热件、转轮温度传感器、驱动电机、升降台、电刷、小型挤出机、熔体输送装置、高压管、贮料池加热件、贮料池温度传感器、收集装置、高压电源、恒温室、恒温室加热件、恒温室温度传感器、真空泵、温度控制器；

所述转轮和旋转轴位于贮料池的正上方，转轮所在的平面与熔融液面所在的平面垂直，转轮加热件和转轮温度传感器设置在转轮的侧对面；转轮与旋转轴传动连接并以旋转轴为旋转中心；旋转轴与驱动电机传动连接且由升降台固定；旋转轴上设有电刷；贮料池的侧面设有小孔，该小孔通过高压管与熔体输送装置、挤出机连接，贮料池底部设有贮料池加热件和贮料池温度传感器；收集装置位于转轮的正上方；电刷接地，收集装置与高压电源电连接，电刷与高压电源电连接；所述恒温室内设有恒温室加热件和恒温室温度传感器，并通过气管与真空泵连接。

2.如权利要求1所述一种转轮式熔融电纺装置，其特征在于所述转轮设有至少1个，转轮的侧对面设有转轮加热件、转轮温度传感器；所述转轮加热件为非接触式加热件，所述转轮温度传感器为非接触式温度传感器。

3.如权利要求1所述一种转轮式熔融电纺装置，其特征在于所述旋转轴设有至少1根。

4.如权利要求1所述一种转轮式熔融电纺装置，其特征在于所述驱动电机的转速范围为10～1000rpm。

5.如权利要求1所述一种转轮式熔融电纺装置，其特征在于所述贮料池内侧设有贮料池加热件和温度传感器；所述贮料池加热件为加热板。

6.如权利要求1所述一种转轮式熔融电纺装置，其特征在于所述电刷通过旋转轴与转轮电连接。

7.如权利要求1所述一种转轮式熔融电纺装置，其特征在于所述熔体输送装置采用计量泵或纺丝泵。

8.如权利要求1所述一种转轮式熔融电纺装置，其特征在于所述收集装置采用平板收集器或滚筒收集器，收集装置设有高度调节装置。

9.如权利要求1所述一种转轮式熔融电纺装置，其特征在于所述高压电源的工作范围为＞0V，＜100kV。

10.如权利要求1所述一种转轮式熔融电纺装置，其特征在于所述恒温室设有恒温室加热件、恒温室温度传感器，恒温室加热件和恒温室温度传感器通过气管与真空泵连接，所述恒温室温度传感器与温度控制器信号连接。