CN203795031U - 一种工业化批量生产电纺纳米纤维的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种工业化批量生产电纺纳米纤维的装置。它包括连续供液装置、电纺拉丝装置、纤维收集装置、电压加载装置；所述电纺拉丝装置包括呈波浪形的波浪型导电板，所述波浪型导电板上设有尖状凸起，所述电压加载装置的一极与所述波浪型导电板相连，所述电压加载装置的另一极与所述纤维收集装置相连；所述连续供液装置包括储液容器、能使所述储液容器中的电纺液流向所述电纺拉丝装置并将电纺液附着在所述尖状凸起上的导液装置。本实用新型通过所述连续供液装置对所述电纺拉丝装置进行连续供液，并且通过所述波浪型导电板上规则排列的尖状凸起周围形成的高压电场来激发电纺拉丝，波浪型导电板处于静止状态，从而能稳定地实现连续高效率的工业化生产。

Description

一种工业化批量生产电纺纳米纤维的装置

技术领域

本实用新型涉及一种电纺拉丝装置，特别是公开一种工业化批量生产电纺纳米纤维的装置。 

背景技术

电纺拉丝(Electrospinning) 是一项新的，用来生产连续，直径在纳米级的纤维的高新技术。在传统的单喷头电纺装置中，一种或多种材料溶液在高强静电场的作用下, 会在喷头位置形成泰勒圆锥, 随着电压的增强, 在泰勒圆锥处的流体表面张力和静电力的力平衡被打破, 从而形成一束流体从泰勒圆锥顶部射出, 该流束在其飞向收集装置的过程中, 由于静电和流体粘弹性的作用, 流束会被拉长, 拉细几千倍, 同时流束中溶剂的挥发, 流束会固化, 从而生成最终的固态纳米纤维。如果有多种材料从不同的喷头中拉丝, 会生产出混合的纤维毡。 

经过最近十几年的科学研究，该技术基础研究已基本成熟和完善，并逐步向工业化应用方面发展。 到目前为止, 已有几百种材料被电纺成纳米纤维。各种纳米纤维的特性也被进行了充分的研究。并且科研工作者们开发了很多生产过程控制系统来控制纤维的直径，形状及位置。该技术的特点是生产成倍低，所生产的纳米纤维具有很小的直径，直径大小一致，而且是连续的长纤维。该纳米纤维做成的毡有非常大的表面积, 纤维间的空隙非常精细, 从而使其在过滤器中的应用能提高过滤效果, 和达到精密过滤水平。除此之外, 该纳米纤维正在被应用于生物工程，医疗，传感器，防弹衣等领域。然而, 传统在科学实验中常用的针孔喷头在批量生产电纺纤维时容易发生堵塞，造成生产过程不连续，并且生产效率非常低。 

为了解决针孔喷头容易堵塞的问题，近年来出现了无针头式静电纺丝技术，典型技术包括在专利WO2005/024101及WO2006/131081中公布的带有尖端的圆柱型转辊结构旋转来实现电纺溶液的供给和电纺拉丝过程，该技术的缺点是纺丝直径不均匀，且单丝直径一般都偏大。同时，由于整个转辊为金属实体，需要较高的电压才能激发静电纺丝。专利申请CN103255485公开了一种基于针板的静电纺丝装置，若干组针板安装在旋转的履带式结构上，并匀速的旋转，在针板经过电纺溶液时，附着上溶液，随着附着上溶液的针板进入高压电场区，在针板上的每个尖端处发生静电纺丝。由于针板的移动，整个的静电纺丝过程会被干扰，同时，在每个针板处的静电纺丝也不是连续进行的，从而造成最终的产品性能不均匀。 

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种工业化批量生产电纺纳米纤维的装置，以实现稳定的、连续高效率的工业化生产。 

本实用新型是这样实现的：一种工业化批量生产电纺纳米纤维的装置，其特征在于：包括连续供液装置、与所述连续供液装置相连的电纺拉丝装置、位于所述电纺拉丝装置上方的纤维收集装置、分别与所述电纺拉丝装置和所述纤维收集装置相连的电压加载装置； 

所述电纺拉丝装置包括上表面设有凹槽和/或凸条的呈波浪形的波浪型导电板，所述波浪型导电板上设有尖状凸起，所述电压加载装置的一极通过导线与所述波浪型导电板相连，所述电压加载装置的另一极与所述纤维收集装置相连；

所述连续供液装置包括储液容器、能使所述储液容器中的电纺液流向所述电纺拉丝装置并将电纺液附着在所述尖状凸起上的导液装置。

所述波浪型导电板相对于水平面向下倾斜0~90度，所述尖状凸起位于所述波浪型导电板的凹槽内；所述连续供液装置的导液装置包括第一导流管路、第一微型泵、容腔，所述第一微型泵分别通过第一导流管路与所述储液容器、容腔相连，所述容腔的一侧设有出液口，且所述出液口与所述波浪型导电板的上端相连，所述储液容器位于所述波浪型导电板的下方；所述储液容器中的电纺液通过所述第一微型泵流向容腔并从所述出液口流入所述波浪型导电板的凹槽内、流经所述尖状凸起后，再次进入所述储液容器。 

所述第一微型泵中设有流速控制器。 

所述波浪型导电板呈水平状，所述尖状凸起位于所述波浪型导电板的凸条上；所述连续供液装置的导液装置包括第二导流管路、第二微型泵、电纺液补给头、伺服电机、导轨，所述导轨位于所述波浪型导电板的两侧，所述伺服电机设置于导轨上，所述伺服电机上设有用于固定所述电纺液补给头的支架，所述电纺液补给头通过软管与所述第二微型泵相连，所述第二微型泵通过所述第二导流管路与所述储液容器相连；所述第二微型泵通过所述第二导流管路抽取所述储液容器中的电纺液，并通过软管将抽取的电纺液输向所述电纺液补给头，所述伺服电机沿所述导轨在所述波浪型导电板的两侧往复运动并带动所述电纺液补给头作往复运动，以使得所述电纺液补给头经过所述尖状凸起并将电纺液附着在所述尖状凸起上。 

所述第二微型泵中设有第二流速控制器。 

所述电纺液补给头的头端为柔性溶液吸附头。 

所述尖状凸起为圆锥体或棱锥体。 

所述尖状凸起为若干个、均匀排列在所述波浪型导电板上。 

所述尖状凸起2在所述波浪型导电板上的排列方式在以下几种方式中任选一种：（1）、对齐排列方式，即所述尖状凸起在所述波浪型导电板的凹槽或凸条的中心线上等距排列；（2）、错位排列方式，即所述尖状凸起在所述凹槽或凸条的中心线两侧错开排列；（3）、同心圆排列方式，即所述尖状凸起从所述波浪型导电板的中心开始、以波浪型导电板的中心为圆心，向外层层扩散排列。 

本实用新型的有益效果是：通过所述连续供液装置对所述电纺拉丝装置进行连续供液，并且通过所述波浪型导电板上规则排列的尖状凸起周围形成的高压电场来激发电纺拉丝，波浪型导电板处于静止状态，从而能稳定地实现连续高效率的工业化生产；用本实用新型所生产的纳米纤维具有粗细均匀的特点。 

附图说明

图1是本实用新型实施例一的结构示意图。 

图2是本实用新型实施例一的尖状凸起与波浪型导电板的位置关系结构示意图。 

图3 是本实用新型的尖状凸起呈三棱锥体时的结构示意图。 

图4是本实用新型的尖状凸起呈四棱锥体时的结构示意图。 

图5是本实用新型的尖状凸起呈圆锥体时的结构示意图。 

图6 是本实用新型尖状凸起在波浪型导电板上的对齐排列方式。 

图7是本实用新型尖状凸起在波浪型导电板上的错位排列方式。 

图8是本实用新型尖状凸起在波浪型导电板上的同心圆排列方式。 

图9是本实用新型实施例二的结构示意图。 

图10是本实用新型实施例二的尖状凸起与波浪型导电板的位置关系结构示意图。 

图11是本实用新型实施例二的电纺液补给头经过所述尖状凸起时的结构示意图。 

其中：1、波浪型导电板；2、尖状凸起；3、电压加载装置；4、纤维收集装置；5、储液容器；6、第一导流管路；7、第一微型泵；8、容腔；9、出液口；10、流速控制器；11、凹槽；12、凸条；13、a角；21、高压静电场；31、导线；41、第二导流管路；42、第二微型泵；43、电纺液补给头；44、伺服电机；45、导轨；46、支架；47、软管；48、柔性溶液吸附头；49、第二流速控制器；51、电纺液。 

具体实施方式

根据图1~图11，本实用新型包括连续供液装置、与所述连续供液装置相连的电纺拉丝装置、位于所述电纺拉丝装置上方的纤维收集装置4、分别与所述电纺拉丝装置和所述纤维收集装置4相连的电压加载装置3，所述电压加载装置3为直流电源，输出电压幅值在5千~3万伏之间。 

所述电纺拉丝装置包括上表面设有凹槽11和/或凸条12的呈波浪形的波浪型导电板1，所述波浪型导电板1上设有若干个尖状凸起2，所述尖状凸起2为圆锥体或棱锥体，优选圆锥体、三棱椎体、四棱锥体中的任意一种。所述尖状凸起2均匀排列在所述波浪型导电板1上。所述电压加载装置3的一极通过导线31与所述波浪型导电板1相连，所述电压加载装置3的另一极与所述纤维收集装置4相连。在所述电压加载装置3、纤维收集装置4、波浪型导电板1的共同作用下，所述尖状凸起2的周围产生高压静电场21，从而触发电纺拉丝过程。所述尖状凸起2在波浪型导电板1上的排列方式可以选择、但不限于以下几种方式：（1）、对齐排列方式，即所述尖状凸起2在所述凹槽11或凸条12的中心线上等距排列，如图6；（2）、错位排列方式，即所述尖状凸起2在所述凹槽11或凸条12的中心线两侧错开排列，如图7；（3）、同心圆排列方式，即所述尖状凸起2从所述波浪型导电板1的中心开始、以波浪型导电板1的中心为圆心，向外层层扩散排列，如图8。 

所述尖状凸起2在排列时，两两之间的间距一般在2厘米~20厘米之间，优选5厘米~10厘米，以两两尖状凸起2之间不产生电场干扰为宜。所述尖状凸起2的数量与波浪型导电板1的大小成正比，并可以根据设备的大小以及最终产品数量的要求进行扩展。 

所述连续供液装置包括储液容器5、导液装置，所述导液装置能使所述储液容器5中的电纺液51流向所述电纺拉丝装置的波浪型导电板1并将电纺液51附着在所述尖状凸起2上。 

所述纤维收集装置4包括由滚轮带动的接收传输带、接地板、转接轮组成，所述转接轮上安装有纤维静电吸附装置，生产的纤维布（膜）由纤维静电吸附装置传输到纤维产品的后期处理工艺。 

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步阐述。 

实施例一： 

根据图1、图2，所述波浪型导电板1相对于水平面向下倾斜成a角13，a角13的角度为0~90度，所述尖状凸2起位于所述波浪型导电板1的凹槽11内；所述连续供液装置的导液装置包括第一导流管路6、第一微型泵7、容腔8，所述第一微型泵7分别通过第一导流管路6与所述储液容器5、容腔8相连，所述容腔8的一侧设有出液口9，且所述出液口9与所述波浪型导电板1的上端相连，所述储液容器5位于所述波浪型导电板1的下方；所述储液容器5中的电纺液51通过所述第一微型泵7流向容腔8并从所述出液口9流入所述波浪型导电板1的凹槽11内，电纺液51进入凹槽11后在重力作用下自动沿着倾斜的波浪型导电板1的凹槽11下流、流经所述尖状凸2起后，所述尖状凸起2附着电纺液51，多余的电纺液51再次进入所述储液容器5内回收。所述第一微型泵7中设有流速控制器10，用于控制电纺液51的流量。

所述波浪形导电板1的倾斜角度可根据电纺液51的粘度、电压幅值、电纺拉丝的速率等要求来设定，通常情况下a角13在25~30度之间。所述倾斜角a角13和凹槽11使电纺液51能够连续流下，并进一步控制电纺液51的下流速度和附着在所述尖状凸起2上的量。由于所述尖状凸起2的尖端形状，会在尖状凸起2的尖端产生局部高压电场，同时，所述波浪型导电板1上的凹槽11呈弧形，有利于增强尖状凸起2处的电场强度，从而促进了尖状凸起2周围的静电纺丝的发生。 

实施例二： 

根据图9~图11，所述波浪型导电板1呈水平状，所述尖状凸起2位于所述波浪型导电板1的凸条12上；所述连续供液装置的导液装置包括第二导流管路41、第二微型泵42、电纺液补给头43、伺服电机44、导轨45，所述导轨45位于所述波浪型导电板1的两侧，所述伺服电机44设置于导轨45上，所述伺服电机44上设有用于固定所述电纺液补给头43的支架46，所述电纺液补给头43通过软管47与所述第二微型泵42相连，所述第二微型泵42通过所述第二导流管路41与所述储液容器5相连；所述第二微型泵42通过所述第二导流管路41抽取所述储液容器5中的电纺液51，并通过软管47将抽取的电纺液51输向所述电纺液补给头43，所述伺服电机44沿所述导轨45在所述波浪型导电板1的两侧往复运动并带动所述电纺液补给头43作往复运动，以使得所述电纺液补给头43经过所述尖状凸起2并将电纺液51附着在所述尖状凸起2上。所述第二微型泵42中设有第二流速控制器49。所述电纺液补给头43的头端为柔性溶液吸附头48，所述柔性溶液吸附头48为毛刷、海绵等具有吸附电纺液作用的柔性头。所述电纺液补给头43在伺服电机44的带动下经过每一个尖状凸起2时，附着在所述柔性溶液吸附头48上的电纺液51会被传递到所述尖状凸起2上。

用本实用新型所生产的纳米纤维具有粗细均匀的特点；同时本实用新型实现了连续高效率的工业化生产。 

Claims (9)

1.一种工业化批量生产电纺纳米纤维的装置，其特征在于：包括连续供液装置、与所述连续供液装置相连的电纺拉丝装置、位于所述电纺拉丝装置上方的纤维收集装置、分别与所述电纺拉丝装置和所述纤维收集装置相连的电压加载装置；

所述电纺拉丝装置包括上表面设有凹槽和/或凸条的呈波浪形的波浪型导电板，所述波浪型导电板上设有尖状凸起，所述电压加载装置的一极通过导线与所述波浪型导电板相连，所述电压加载装置的另一极与所述纤维收集装置相连；

所述连续供液装置包括储液容器、能使所述储液容器中的电纺液流向所述电纺拉丝装置并将电纺液附着在所述尖状凸起上的导液装置。

2.根据权利要求 1 所述的一种工业化批量生产电纺纳米纤维的装置，其特征在于：所述波浪型导电板相对于水平面向下倾斜0~90度，所述尖状凸起位于所述波浪型导电板的凹槽内；所述连续供液装置的导液装置包括第一导流管路、第一微型泵、容腔，所述第一微型泵分别通过第一导流管路与所述储液容器、容腔相连，所述容腔的一侧设有出液口，且所述出液口与所述波浪型导电板的上端相连，所述储液容器位于所述波浪型导电板的下方；所述储液容器中的电纺液通过所述第一微型泵流向容腔并从所述出液口流入所述波浪型导电板的凹槽内、流经所述尖状凸起后，再次进入所述储液容器。

3.根据权利要求 2 所述的一种工业化批量生产电纺纳米纤维的装置，其特征在于：所述第一微型泵中设有流速控制器。

4.根据权利要求 1 所述的一种工业化批量生产电纺纳米纤维的装置，其特征在于：所述波浪型导电板呈水平状，所述尖状凸起位于所述波浪型导电板的凸条上；所述连续供液装置的导液装置包括第二导流管路、第二微型泵、电纺液补给头、伺服电机、导轨，所述导轨位于所述波浪型导电板的两侧，所述伺服电机设置于导轨上，所述伺服电机上设有用于固定所述电纺液补给头的支架，所述电纺液补给头通过软管与所述第二微型泵相连，所述第二微型泵通过所述第二导流管路与所述储液容器相连；所述第二微型泵通过所述第二导流管路抽取所述储液容器中的电纺液，并通过软管将抽取的电纺液输向所述电纺液补给头，所述伺服电机沿所述导轨在所述波浪型导电板的两侧往复运动并带动所述电纺液补给头作往复运动，以使得所述电纺液补给头经过所述尖状凸起并将电纺液附着在所述尖状凸起上。

5.根据权利要求 4 所述的一种工业化批量生产电纺纳米纤维的装置，其特征在于：所述第二微型泵中设有第二流速控制器。

6.根据权利要求 4 所述的一种工业化批量生产电纺纳米纤维的装置，其特征在于：所述电纺液补给头的头端为柔性溶液吸附头。

7.根据权利要求 1 或2或4所述的一种工业化批量生产电纺纳米纤维的装置，其特征在于：所述尖状凸起为圆锥体或棱锥体。

8.根据权利要求 1 或2或4所述的一种工业化批量生产电纺纳米纤维的装置，其特征在于：所述尖状凸起为若干个、均匀排列在所述波浪型导电板上。

9.根据权利要求8所述的一种工业化批量生产电纺纳米纤维的装置，其特征在于：所述尖状凸起在所述波浪型导电板上的排列方式在以下几种方式中任选一种：（1）、对齐排列方式，即所述尖状凸起在所述波浪型导电板的凹槽或凸条的中心线上等距排列；（2）、错位排列方式，即所述尖状凸起在所述凹槽或凸条的中心线两侧错开排列；（3）、同心圆排列方式，即所述尖状凸起从所述波浪型导电板的中心开始、以波浪型导电板的中心为圆心，向外层层扩散排列。