CN203683743U - 一种基于韦森堡效应的纤维制造装置 - Google Patents

Abstract

一种基于韦森堡效应的纤维制造装置，涉及一种纤维制造装置。提供喷丝头能够自主供液的一种基于韦森堡效应的纤维制造装置。设有旋转喷头、驱动系统、溶液槽、供液系统、收集装置、高压电源；旋转喷头垂直于溶液槽内的液面，旋转喷头一端露出液面，旋转喷头另一端浸没于纺丝溶液中，旋转喷头由驱动系统带动绕轴线自转；供液系统对溶液槽连续供液，用于在电纺过程中不断补充纺丝溶液；收集装置设置在旋转喷头正上方，用于收集形成的纤维；高压电源与收集装置或者纺丝溶液电性连接，产生强电场。解决使用针头作为喷丝头所造成的纤维制造产量低、喷丝头易堵塞等问题。

Description

一种基于韦森堡效应的纤维制造装置

技术领域

本实用新型涉及一种纤维制造装置，尤其是涉及一种基于韦森堡效应的纤维制造装置。

背景技术

静电纺丝是一种生产纳米纤维常用的技术，已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，置于高压静电场中的聚合物液滴会形成泰勒锥，当电场力足够大时，液滴会克服表面张力从泰勒锥锥尖喷射，形成射流，射流受静电场力、粘滞阻力、表面张力等作用不断被拉伸细化，最终落在收集装置上形成无纺布形式的纳米纤维。

能否实现静电纺丝批量化已成为静电纺丝技术发展的重要影响因素之一。传统静电纺丝装置的喷丝头为针头，为了保持稳定的泰勒锥，供液速度和针头的直径不能太大，所以采用单针头式静电纺丝技术的产量只有0.1～1g/h，无法满足静电纺丝技术工业化的要求。此外，针头式静电纺丝装置由于针头直径小，在静电纺丝过程中针头容易堵塞，也会严重影响纺丝过程。

很多学者对批量化式静电纺丝技术进行了研究，如中国专利CN103114347A，相对于针头式静电纺丝技术，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。

韦森堡效应是高分子流体流变性能的一种表现，将高速旋转的转动轴插入粘弹性流体中，流体会沿着转动轴表面向上爬升。

发明内容

本实用新型的目的是提供喷丝头能够自主供液的一种基于韦森堡效应的纤维制造装置，解决使用针头作为喷丝头所造成的纤维制造产量低、喷丝头易堵塞等问题。

本实用新型设有旋转喷头、驱动系统、溶液槽、供液系统、收集装置、高压电源；旋转喷头垂直于溶液槽内的液面，旋转喷头一端露出液面，旋转喷头另一端浸没于纺丝溶液中，旋转喷头由驱动系统带动绕轴线自转；供液系统对溶液槽连续供液，用于在电纺过程中不断补充纺丝溶液；收集装置设置在旋转喷头正上方，用于收集形成的纤维；高压电源与收集装置或者纺丝溶液电性连接，产生强电场。

所述旋转喷头，最好是多个旋转喷头均匀排列在溶液槽内，且处于溶液槽内相同的高度。根据不同的纺丝溶液性质，选择使用不同材料、直径、长度、截面积形状的旋转喷头。当驱动系统带动旋转喷头绕轴线自转时，由于韦森堡效应，在旋转喷头附近的高分子液体会出现沿着旋转喷头表面上爬的现象，为旋转喷头连续地提供电纺原液。在工作时，喷头露出液面的高度最好不要小于溶液爬升的理论高度。

所述驱动系统的转速可调。

所述溶液槽用于储存纺丝溶液，最好由透明、耐腐蚀和与有机溶剂不反应的材料制成。

所述收集装置是指平板收集器、滚筒收集器等静电纺丝技术领域中的收集装置。收集装置有高度调节组件，可以调节与纺丝溶液的纵向距离，以改变纺丝距离。

所述高压电源，其工作范围最好为＞0，＜100kV。通过设定高压电源的电压值，使纺丝溶液的液面和收集装置之间产生强电场。产生电场有两种连接方式：第一种，高压电源输出端与收集装置连接，纺丝溶液接地；第二种，高压电源输出端与纺丝溶液连接，收集装置接地。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型将韦森堡效应应用到装置中，纺丝溶液会沿着旋转的喷丝头表面爬升，若将喷丝头置于高压电场中，喷丝头会出现泰勒锥并形成射流，而消耗的纺丝溶液会由爬升的纺丝溶液不断补充，实现了连续、自动地喂液。可以稳定、连续的自主喂液，有利于纳米纤维的大规模工业化生产。

本实用新型利用韦森堡效应，采用旋转喷头为电纺过程自动、连续地喂液。由于纺丝溶液在旋转喷头外表面爬升供液，所以不会出现针头式静电纺丝过程中喷头容易堵塞的问题，在生产效率上也有了很大的提高。本实用新型可以通过改变旋转喷头的材料、直径、长度、截面积形状控制纤维的形貌和产量。同时还可以控制驱动系统的转速、纺丝距离、电场强度等电纺工艺参数，进一步提高静电纺丝的效率和纤维质量，实现纳米纤维的大规模工业化生产。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构组成示意图。

图中各标号为：1、多轴输出箱；2、输出轴；3、上联轴器；4、转动轴；5、密封连接座；6、溶液槽；7、转针固定座；8、转针；9、高压电源；10、纤维收集传送装置；11、高压电极网；12、储液箱；13、供液管；14、精密计量泵；15、框形电极；16、输入轴；17、下联轴器；18、驱动电机。

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。应理解，实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本实施例中的旋转喷头选用转针8，垂直于溶液槽6内的液面，一端露出溶液表面，另一端通过转针固定座7安装在转动轴4上，并由驱动系统带动绕轴线自转。驱动系统安装于溶液槽6下方，由驱动电机18、下联轴器17、输入轴16、多轴输出箱1、输出轴2、上联轴器3、转动轴4、密封连接座5组成。驱动电机18与控制电路相连，通过设定控制电路可以控制驱动电机18的输出转速，进而控制转针8自转的速度，驱动电机18通过下联轴器17、输入轴16与多轴输出箱1传动连接，多轴输出箱1通过输出轴2、上联轴器3带动多根转动轴4转动，采用多轴输出箱1可以满足一个驱动电机18同时驱动多根转动轴4工作的需要。转动轴4从溶液槽6底部伸入槽内，采用密封连接座5与溶液槽6密封连接，密封连接座5内设有轴承体部件、密封部件等部件，起到固定、密封转动轴4的作用，防止纺丝溶液从配合空隙中泄漏出。供液系统设置在溶液槽6侧面，对溶液槽6连续供液，由储液箱12、供液管13、精密计量泵14组成。储液箱12通过供液管13与精密计量泵14的进口连接，精密计量泵14的出口通过供液管与溶液槽6相通，通过精密计量泵14对溶液槽6精密供料，使溶液槽6中的溶液液面保持不变，保证转针8露出液面的高度在电纺过程中保持不变。纤维收集传送装置10位于溶液槽6的正上方，纤维收集传送装置10上方设有高压电极网11，纤维收集传送装置10与转针8的距离可以微调，从而能够改变纺丝间距，并能够将形成的纤维毡输送出纤维沉积区域，实现纳米纤维的连续收集。高压电极网11与高压电源9输出端连接，纺丝溶液通过设在溶液槽6底部的框形电极15接地，采用溶液接地的方式可以避免高压电场对驱动电机18以及相关电路的电干扰。

本实施例用于制备纳米纤维的方法，包括下列步骤：

1）将配制好的纺丝溶液存入储液箱12；

2）设定精密计量泵14的供液速度，溶液注入溶液槽6，控制转针8露出液面的长度；

3）设定驱动电机18的转速，驱动转针8进行自转；

4）再次设定精密计量泵14的供液速度，使喷射所消耗原液的速度与原液的供给速度保持相等，可以在电纺过程中不断补充溶液保持其液面不变，以保证转针8露出溶液的长度不会随着电纺进行而减少，确保纺丝喷射过程的稳定性；

5）设定纤维收集传送装置10与纺丝溶液的相对距离；

6）设定高压电源9的输出电压，纺丝溶液的液面和收集装置之间产生强电场，在转针8表面上爬的高分子溶液会在强电场作用下形成射流，最终在纤维收集传送装置10上生成纳米纤维。

Claims (3)

1.一种基于韦森堡效应的纤维制造装置，其特征在于设有旋转喷头、驱动系统、溶液槽、供液系统、收集装置、高压电源；旋转喷头垂直于溶液槽内的液面，旋转喷头一端露出液面，旋转喷头另一端浸没于纺丝溶液中，旋转喷头由驱动系统带动绕轴线自转；供液系统对溶液槽连续供液，用于在电纺过程中不断补充纺丝溶液；收集装置设置在旋转喷头正上方，用于收集形成的纤维；高压电源与收集装置或者纺丝溶液电性连接，产生强电场。

2.如权利要求1所述一种基于韦森堡效应的纤维制造装置，其特征在于所述旋转喷头为多个旋转喷头均匀排列在溶液槽内，且处于溶液槽内相同的高度。

3.如权利要求1所述一种基于韦森堡效应的纤维制造装置，其特征在于所述收集装置设有高度调节组件，用于调节与纺丝溶液的纵向距离，以改变纺丝距离。

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