CN203904515U - 一种静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种静电纺丝装置，包括喷射装置、接收装置和高压电源，其中，喷射装置包括：壳体、推动活塞及喷头，壳体内部设有用于容纳纺丝溶液的储液腔并且一端形成一出液口，喷头安装于出液口处并且与高压电源的正极电连接，接收装置包括一与高压电源的负极电连接的弧形板，弧形板的弧长与板宽之比大于5:1，喷头的喷液口朝向弧形板的内板面并且正对弧面的中心位置。接收装置创造性地采用弧长与板宽之比较大的弧形板，且将喷头设置在合适的位置，使喷头与接收装置之间的电场分布基本均匀，从而生产出厚度和细度均匀的纳米纤维薄层板；而且通过安装步进电机能够灵活地调节弧形板的半径，从而能够根据需求调整装置。

Description

一种静电纺丝装置

技术领域

本实用新型涉及一种静电纺丝装置。

背景技术

静电纺丝就是高分子流体经静电雾化后分裂成聚合物微小射流，而不是一般的微小液滴，聚合物微小射流可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。其工作原理是在喷丝头上加上高压电源，随着电压的加大，接收装置和喷丝头间电场强度不断增大，喷丝头尖端液体被逐渐拉长，形成泰勒锥。当电场强度达到某临界值时，电场力克服溶液和熔融体表面张力，射流从泰勒锥表现喷出，射流初始阶段较为稳定，呈现直线状，随着溶剂的蒸发、电场强度下降等因素的影响，射流开始以螺旋状向前运动，最终无序地分布在接收装置上。

目前的接收装置一般为平板或滚筒，接收面均为直线型，由于电场与距离的平方成反比，故电场在接收装置中间部分的强度明显大于接收装置两端，因而纺出的纳米纤维在整个接收面上排布极不均匀。综合来说，静电纺丝是目前制备聚合物纳米纤维的一种有效、便捷的方法，但是如何提高纺丝的均匀性是困扰业界的一大问题。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种能够生产出厚度均匀、细度均匀、排序规则的静电纺丝装置，尤其适用于制备薄层板。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

一种静电纺丝装置，包括喷射装置、接收装置和电压范围为1-30kV的高压电源，其中，喷射装置包括：壳体、推动活塞及喷头，所述壳体内部设有用于容纳纺丝溶液的储液腔并且一端形成一出液口，所述喷头安装于出液口处并且与高压电源的正极电连接，所述接收装置包括一与高压电源的负极电连接的弧形板，弧形板的弧长与板宽之比大于5:1，所述喷头的喷液口朝向弧形板的内板面并且正对弧面的中心位置。

优选地，喷液口与弧面中心位置之间的距离为：（1±10%）*弧形板半径。

具体地，弧形板半径为8-50cm。

优选地，前述弧形板的外板面的中部连接有与板宽方向一致的定位条，且定位条两端不超出弧形板。

前述推动活塞还连接一流量控制器。

前述弧形板和喷头均能够导电。

前述弧形板的内板面紧贴一锡纸板层以作为薄层板的载体。

前述定位条由绝缘材料制成。

前述弧形板的外板面的两端对称安装两个步进电机以调节弧形板的半径。

前述纺丝溶液为聚酰胺溶液。

本实用新型的有益之处在于：接收装置创造性地采用弧长与板宽之比较大的弧形板，且将喷头设置在合适的位置，使喷头与接收装置之间的电场分布基本均匀，从而生产出厚度和细度均匀的纳米纤维薄层板；而且通过安装步进电机能够灵活地调节弧形板的半径，从而能够根据需求调整装置。

附图说明

图1是本实用新型的一种静电纺丝装置的一个优选实施例的结构示意图。

图中附图标记的含义：1、喷射装置，11、壳体，111、储液腔，112、出液口，12、推动活塞，13、喷头，131、喷液口，2、接收装置，21、弧形板，211、内板面，212、外板面，L、弧长，D、板宽，22、步进电机，23、绝缘板，24、定位条，3、高压电源，4、流量控制器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

参见图1，该静电纺丝装置包括喷射装置1、接收装置2和高压电源3。其中高压电源3的电压范围为1-30kV，用于在喷射装置1和接收装置2之间构建强电场，从而实现静电纺丝。喷射装置1是将纺丝溶液喷出的一个装置，具体包括：壳体11、推动活塞12及喷头13，壳体11内部设有用于容纳纺丝溶液的储液腔111并且在一端形成一出液口112，推动活塞12用于将纺丝溶液从出液口112推出最终从喷头13射出，喷头13安装于出液口112处并且与高压电源3的正极电连接；接收装置2包括一与高压电源3的负极电连接的弧形板21。这里补充说明一下，也可以采用喷头13连接负电极、弧形板21连接正电极的技术方案。为了在喷射装置1和接收装置2之间构建强电场，弧形板21和喷头13均能够导电，形式多样，两者可以是整体由铜、铁、银等导电材料制成的，也可以通过在绝缘材料中嵌入一些导电材料制成，只要能够构建强电场即可。

申请人通过深入的理论研讨结合反复研究发现，当弧形板21的弧长L与板宽D之比大于5:1、喷头13的喷液口131朝向弧形板21的内板面211并且正对弧面的中心位置时，得到的纳米纤维薄层板的厚度和细度均一性相当高。纺丝溶液被静电雾化为聚合物微小射流后，在强电场的作用下，由喷头13的喷液口131运行至弧形板21上，最终固化成纳米纤维薄层板。为了便于取下制备出的薄层板，在弧形板21的内板面211紧贴一锡纸板层作为薄层板的载体，当纳米纤维薄层板均匀喷射至锡纸板上后，取下锡纸板，通风干燥后即制备完成纳米纤维薄层板。

本实用新型中可选用任意的聚合物溶液作为纺丝溶液，优选采用聚酰胺溶液，这是因为聚酰胺溶液能够用于多种化合物尤其是黄酮类化合物的薄层和点样分析，检测限更低，检测灵敏度更高，检测结果也更加准确。为了控制纺丝溶液的喷出速度，推动活塞12还连接一流量控制器4，流量控制器4通过监控推动活塞12的推进速度从而控制和调节纺丝溶液的喷出速度。

本实用新型中，喷液口131的位置对于产品的形态有重大影响，喷射装置1整体距离弧形板21的距离是可以调节的，具体到图1中，即喷射装置1整体可以左右移动作为进一步的优化，经过反复研究，创造性地发现，喷液口131与弧面中心位置之间的最佳距离为：（1±10%）*弧形板21半径，在该距离下，既能保证制备的纤维薄层板的厚度和细度的均一性好，还能使排序更加规则。优选地，弧形板21半径为8-50cm，可以通过更换弧形板21来获得不同的弧形板21半径，但是这在实际操作中很麻烦，所以，如图1所示，本实用新型中，在弧形板21的外板面212的两端对称安装两个步进电机22以调节弧形板21的半径，灵活而且方便，当然，这就要求弧形板21的形状是能够发生变化的，即具有一定的柔性，这是很容易理解和想到的，此处不作赘述。为了防止电机对强电场造成干扰，电机与弧形板21通过一绝缘板23实现连接。

进一步地，在弧形板21的外板面212的中部连接有与板宽D方向一致的定位条24，且定位条24两端不超出弧形板21。优选地，定位条24由绝缘材料制成，防止外界对电场造成干扰，进一步确保纺丝质量。定位条24的横截面形状可以为方形、长方形、三角形或者梯形，用于和与之配合的一固定装置（图中未示出）连接使用，当然，固定装置上设置有与定位条24的截面形状相匹配的仿形容纳凹槽。

本实用新型的静电纺丝装置尤其适用于制备厚度均匀、细度均匀、排序规则的纳米纤维薄层板，对图1所示的静电纺丝装置制备得到的纳米聚酰胺纤维薄层板进行分析，在薄层板上均匀地选取20处测试其厚度以及细度（单位为nm），结果显示，各处厚度偏离厚度均值的最大幅度不超过±5%，各处细度偏离细度均值的最大幅度不超过±3%，而采用现有技术中的一般装置，厚度与细度的最大偏离一般都在10%以上，所以本实用新型的优越之处显而易见。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种静电纺丝装置，其特征在于，包括喷射装置、接收装置和电压范围为1-30kV的高压电源，所述喷射装置包括：壳体、推动活塞及喷头，所述壳体内部设有用于容纳纺丝溶液的储液腔并且一端形成一出液口，所述喷头安装于出液口处并且与高压电源的正极电连接，所述接收装置包括一与高压电源的负极电连接的弧形板，弧形板的弧长与板宽之比大于5:1，所述喷头的喷液口朝向弧形板的内板面并且正对弧面的中心位置。

2.根据权利要求1所述的一种静电纺丝装置，其特征在于，喷液口与弧面中心位置之间的距离为：（1±10%）*弧形板半径。

3.根据权利要求2所述的一种静电纺丝装置，其特征在于，弧形板半径为8-50cm。

4.根据权利要求1所述的一种静电纺丝装置，其特征在于，所述弧形板的外板面的中部连接有与板宽方向一致的定位条，且定位条两端不超出弧形板。

5.根据权利要求1所述的一种静电纺丝装置，其特征在于，所述推动活塞还连接一流量控制器。

6.根据权利要求1所述的一种静电纺丝装置，其特征在于，所述弧形板和喷头均能够导电。

7.根据权利要求6所述的一种静电纺丝装置，其特征在于，所述弧形板的内板面紧贴一锡纸板层以作为薄层板的载体。

8.根据权利要求4所述的一种静电纺丝装置，其特征在于，所述定位条由绝缘材料制成。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种静电纺丝装置，其特征在于，所述弧形板的外板面的两端对称安装两个步进电机以调节弧形板的半径。

10.根据权利要求9所述的一种静电纺丝装置，其特征在于，所述纺丝溶液为聚酰胺溶液。