CN204779952U - 一种滚珠丝杠式静电纺丝发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种滚珠丝杠式静电纺丝发生装置，包括滚珠丝杠电极、驱动电机、传动装置、滑轨、支撑架、供液装置和清洁装置，其中：支撑架由竖板A、竖板B、竖板C和底座构成，竖板A、竖板B和竖板C垂直设置于底座上；滚珠丝杠电极固定于竖板A和竖板B上；驱动电机固定于竖板C上；驱动电机通过传动装置与滚珠丝杠电极相连接；滑轨的两端分别垂直固定于竖板A和竖板B上；供液装置与滚珠丝杠电极相连接；清洁装置设置在滚珠丝杠电极上。本实用新型是一种新型无针静电纳米纤维发生装置，主要用于利用高分子溶液通过静电纺丝的方法制备纳米纤维，尤其适用于含有大量挥发性溶剂的料液体系，提高了生产的稳定性、连续性和生产效率。

Description

一种滚珠丝杠式静电纺丝发生装置

技术领域

本实用新型属于纳米纤维制备装置技术领域，具体涉及一种滚珠丝杠式静电纺丝发生装置。

背景技术

为提高纺丝的效率和达到连续化生产的目的，最近无针静电纺丝纳米纤维生产技术开始受到关注。当前常见的无针静电纺丝装置的纺丝电极大多都是在敞开式的供液装置里进行工作，如专利ZL201320071914.8中提供的一种螺旋纳米纤维发生装置。大部分无针静电纺丝静电纳米纤维设备都是旋转的叶片或者螺旋，浸在液槽中的电极通过旋转将料液加载到叶片电极的表面，当在叶片施加直流高压电时，加载到叶片表面的料液会在静电场的作用下生成纳米纤维。但由于纺丝液容器处于开放状态，当使用较高挥发性的纺丝液时，如含有丙酮的料液，丙酮在在开放的料液槽里会迅速的挥发，溶剂过快挥发造成聚合物粘度变大影响纺丝质量，而且过多的高挥发性溶剂在一个封闭情况下容易达到爆炸极限，遇到高压电弧放电会起火或者爆炸，极不安全。

因此将料液放在循环回路中封闭的螺旋液槽内，通过液槽涂布在纺丝电极的叶片表面可有效的控制溶剂的挥发，利于纺丝液粘度稳定，同时降低了安全隐患。通过清洁刷的往复运动清理叶片电极上的残留物，通过温控装置保持纺丝液的温度稳定，保证粘度的相对稳定，这些措施均有利于保障无针静电纺丝设备的长期稳定的连续运行。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种可避免出现上述技术缺陷的滚珠丝杠式静电纺丝发生装置。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种滚珠丝杠式静电纺丝发生装置，包括滚珠丝杠电极100、驱动电机400、传动装置500、滑轨800、支撑架900、供液装置200和清洁装置300，其中：

所述支撑架900由竖板A921、竖板B922、竖板C923和底座910构成，所述竖板A921、竖板B922和竖板C923垂直设置于所述底座910上；

所述滚珠丝杠电极固定于所述竖板A921和所述竖板B922上；

所述驱动电机400固定于所述竖板C923上；

所述驱动电机400通过所述传动装置500与所述滚珠丝杠电极100相连接；

所述滑轨800的两端分别垂直固定于所述竖板A921和所述竖板B922上；

所述供液装置200与所述滚珠丝杠电极100相连接；

所述清洁装置300设置在所述滚珠丝杠电极100上。

进一步地，所述滚珠丝杠电极100的长度为10cm-300cm，其包括双轨螺杆110、双轨螺母120和滚珠130，其中，所述双轨螺杆110包括内驱动螺纹111、纺丝电极112、轴承113和螺杆轴114，所述内驱动螺纹111设置在所述螺杆轴114上，与所述纺丝电极112平行，所述纺丝电极112设置在所述螺杆轴114上，所述滚珠130设置在所述内驱动螺纹111上，所述螺杆轴114的两端通过所述轴承113固定于所述支撑架的所述竖板A921和所述竖板B922上，所述双轨螺母120设置在所述螺杆轴114上。

进一步地，所述滚珠130的直径为2mm-20mm，所述内驱动螺纹111的深度为所述滚珠130的直径的1/4-1/2。

进一步地，所述双轨螺母120包括外驱动螺纹121、螺纹液槽122、滑轨孔123、进料孔124、出料孔125和视窗126，其中，所述外驱动螺纹121设置在所述双轨螺母120的内侧，所述螺纹液槽122设置在所述双轨螺母120的内部，所述滑轨孔123设置在所述双轨螺母120的下部并横向贯穿所述双轨螺母120，所述视窗126设置在所述双轨螺母120的外壳上，所述进料孔124由所述双轨螺母120的其中的一个侧面打入，所述出料孔125由双轨螺母120的另一侧面打入，所述进料孔124和所述出料孔125均与所述螺纹液槽122连通。

进一步地，所述螺纹液槽122的内壁与所述纺丝电极112之间的间隙为1-5mm。

进一步地，所述外驱动螺纹121的深度为所述滚珠130的直径的1/4-1/2。

进一步地，所述供液装置200包括供料泵210、温控装置220、储液罐230和输液管240，其中，所述储液罐230通过所述输液管240串联所述供料泵210，所述温控装置220设置在所述储液罐230上。

进一步地，所述清洁装置300包括两个清洁刷310、两个喷嘴、交变开关、溶剂罐340、溶剂泵350，其中，所述两个喷嘴分别设置在所述两个清洁刷310的内部中心，所述溶剂罐340、所述溶剂泵350与所述喷嘴通过管路串联，所述溶剂泵350将溶剂输送到所述喷嘴喷出，所述交变开关通过导线与两个清洁刷310相连接，用于控制两个清洁刷310做交替刷洗动作。

本实用新型提供的滚珠丝杠式静电纺丝发生装置，是一种新型无针静电纳米纤维发生装置，主要用于利用高分子溶液通过静电纺丝的方法制备纳米纤维，尤其适用于含有大量挥发性溶剂的料液体系，提高了生产的稳定性、连续性和生产效率。本实用新型通过双轨滚珠丝杠的形式实现了驱动和纺丝电极涂液的同步；供液回路和双轨螺母中螺纹液槽的设计，能够有效避免有机溶液体系料液中的溶剂蒸发，利于纺丝液粘度稳定和减少对环境的污染，降低成本提高产品质量；在供液装置中储液槽的温控装置，能够对料液温度进行调节，避免环境温度的变化对纺丝液粘度的影响，利于纺丝液的粘度和纺丝状态的持续稳定和纳米纤维的质量一致性；清洁装置与双轨螺母的运动同步，清洁装置的左右清洁刷的交替清洁动作，清洁刷内部中心的溶剂喷嘴与清洁刷的刷洗动作同步喷出的溶剂，可以对滚珠丝杠电极上残留物进行清理，并通过收集装置进行回收再利用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的主体结构示意图；

图3为双轨螺杆与双轨螺母的结构示意图；

图4为双轨螺母的横向截面图；

图5为底座的横向截面图；

图中，100-滚珠丝杠电极，200-供液装置，300-清洁装置，400-驱动电机400，500-传动装置，900-支撑架，910-底座，921-竖板A，922-竖板B，923-竖板C，110-双轨螺杆，120-双轨螺母，130-滚珠，111-内驱动螺纹，112-纺丝电极，113-轴承，114-螺杆轴，121-外驱动螺纹，122-螺纹液槽，123-滑轨孔，124-进料孔，125-出料孔，126-视窗，210-供料泵，220-温控装置，230-储液罐，240-输液管，310-清洁刷，340-溶剂罐，350-溶剂泵，600-高压电源，700-接收对电极，800-滑轨。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

如图1和图2所示，一种滚珠丝杠式静电纺丝发生装置，包括滚珠丝杠电极100、驱动电机400、传动装置500、滑轨800、支撑架900、供液装置200和清洁装置300。

支撑架900由竖板A921、竖板B922、竖板C923和底座910构成，竖板A921、竖板B922和竖板C923垂直设置于底座910上。滑轨800的两端分别垂直固定于竖板A921和竖板B922上(如图5所示为滑轨的横向截面图)。

滚珠丝杠电极100包括双轨螺杆110、双轨螺母120和滚珠130(如图3和图4所示)，其中，双轨螺杆110包括内驱动螺纹111、纺丝电极112、轴承113和螺杆轴114，内驱动螺纹111设置在螺杆轴114上，与纺丝电极112平行，纺丝电极112设置在螺杆轴114上，滚珠130设置在内驱动螺纹111上，螺杆轴114的两端通过轴承113固定于支撑架的竖板A921和竖板B922上；双轨螺母120设置在所述螺杆轴114上，双轨螺母120包括外驱动螺纹121、螺纹液槽122、滑轨孔123、进料孔124、出料孔125和视窗126，外驱动螺纹121设置在双轨螺母120的内侧，螺纹液槽122设置在双轨螺母120的内部，滑轨孔123设置在双轨螺母120的下部并横向贯穿双轨螺母120，滑轨孔123套在滑轨800上，视窗126设置在双轨螺母120的外壳上。

滚珠丝杠电极100的总长为80cm，内驱动螺纹111与纺丝电极112相互平行，平行间距为30mm，内驱动螺纹111的螺距是其与纺丝电极112平行间距的2倍，为60mm，螺杆轴长80cm，内驱动螺纹111长60cm，外驱动螺纹121长10cm，内驱动螺纹111与外驱动螺纹121的深度均为2.2mm，滚珠130的直径为5mm(内驱动螺纹111与外驱动螺纹121的深度均为滚珠130直径的1/4-1/2)，外驱动螺纹121的螺纹起始端和结束端都在双轨螺母120的圆心上，双轨螺母120下端的滑轨孔123套在滑轨800上，内驱动螺纹111通过滚珠130与外驱动螺纹121咬合，螺纹液槽122的螺距为60mm，螺纹液槽122的螺距与纺丝电极112的螺距一致，螺纹液槽122的内壁与纺丝电极112保持为3mm的间隙。纺丝电极112为带状物(也可以为线状物)，在螺杆轴114的表面沿螺杆轴的轴向绕成与内驱动螺纹111平行的螺旋。

螺杆轴114处于滑轨800的正上方并与滑轨800平行；螺杆轴114的直径为5cm，纺丝电极112是直径为0.8mm的金属线沿螺杆轴绕成的螺旋，纺丝电极112的螺旋直径为12cm，纺丝电极112与螺杆轴114之间通过30根直径为2mm的金属杆焊接固定，30根金属杆沿纺丝电极112的缠绕方向均匀分布，纺丝电极112在滚珠丝杠电极的中间，沿轴向的长度为50cm。

双轨螺母120的进料孔124和出料孔125均与螺纹液槽122连通，进料孔124由双轨螺母120的其中的一个侧面打入，出料孔125的位置在由双轨螺母120的另一侧面打入，出料孔125的水平高度高于进料孔124约20mm，出料孔125和进料孔124的高度差使螺纹液槽122内保持一定的料液深度，纺丝电极112的下端浸没于料液内，旋转的纺丝电极112表面蘸有足够的料液，进行纺丝。纺丝液为13％w/v的PVDF(KynarPVdF761)，纺丝液的粘度范围为1200±50cP；纺丝液是通过将PVDF的粉末加入丙酮和DMF的混合溶剂中，恒温28℃，充分搅拌12h制得。

驱动电机400固定于支撑架的竖板C923上，驱动电机400通过传动装置500与滚珠丝杠电极的螺杆轴114连接，驱动电机400驱动螺杆轴114正反向旋转，从而带动双轨螺母120沿螺杆轴114做往复运动。传动装置500是耐80kV高压的绝缘材料。

供液装置200包括供料泵210、温控装置220、储液罐230和输液管240，储液罐230通过输液管240串联供料泵210并与双轨螺母120的进料孔124相连，双轨螺母120的出料孔125通过输液管240与储液罐230相连，储液罐230、供料泵210、螺纹液槽122构成一个回路，温控装置220设置在储液罐230上。纺丝过程中，通过双轨螺母120上的视窗126可观察螺纹液槽122内的液面高度，可通过调节供料泵210的供液速率调节料液液面的高低，防止供料不足，供料量大于纺丝电极的消耗量时，多余的料液可通过出料孔125回流到储液罐230中，回流的料液重新与储液罐230内的料液通过搅拌进行混合，保证储料罐230内料液的均匀性。温控装置220控制储液罐内的料液温度，使其保持设定的温度值，避免纺丝过程中环境的温度变化造成料液粘度的变化和由此造成的纺丝状态的变化，导致纤维质量的一致性差，甚至中途停机。

供料泵210的流速为1200ml/h，高压电源600的正极连接纺丝电极112，负极连接接收对电极700，所述的接收对电极700接地，并位于纺丝电极112的正上方，距离纺丝电极112的顶点180mm；在驱动器的驱动下，纺丝电极112开始以10rpm的转速旋转，在高压静电场的作用下，纺丝电极112上附着的纺丝溶液克服重力和表面张力的束缚分裂成微纳米射流，50cm长的纺丝电极纺丝效率可达600-700mlg/h，是单针纺丝效率的300-500倍。

清洁装置300包括两个清洁刷310、两个喷嘴、交变开关、溶剂罐340、溶剂泵350，其中，喷嘴设在清洁刷310的内部中心，溶剂罐340、溶剂泵350与喷嘴通过管路串联，溶剂罐340用于存储溶剂，溶剂泵350将溶剂从溶剂罐340抽出然后输送到喷嘴喷出。清洁刷310设置在滚珠丝杠电极的双轨螺杆110的下方，固定于双轨螺母120的两侧，交变开关通过导线与两个清洁刷310相连接，左右两个清洁刷310通过交变开关的控制做交替刷洗动作。当双轨螺母120向右移动时，右侧的清洁刷310与纺丝电极112贴合，与此同时，溶剂泵350将溶剂输送到右侧的喷嘴喷出，此时左侧的清洁刷310与纺丝电极112分离，左侧的清洁刷310内的喷嘴没有溶剂喷出；当双轨螺母120向左移动时，左侧的清洁刷310与纺丝电极112贴合，与此同时，溶剂泵350将溶剂输送到左侧的喷嘴喷出，此时右侧的清洁刷310与纺丝电极112分离，右侧的清洁刷310内的喷嘴没有溶剂喷出。如此反复清除纺丝电极112上的固体残留物，保持纺丝电极112表面清洁，从而可以保证纺丝的稳定性和高效率。

本实用新型提供的滚珠丝杠式静电纺丝发生装置，是一种新型无针静电纳米纤维发生装置，主要用于利用高分子溶液通过静电纺丝的方法制备纳米纤维，尤其适用于含有大量挥发性溶剂的料液体系，提高了生产的稳定性、连续性和生产效率。本实用新型通过双轨滚珠丝杠的形式实现了驱动和纺丝电极涂液的同步；供液回路和双轨螺母中螺纹液槽的设计，能够有效避免有机溶液体系料液中的溶剂蒸发，利于纺丝液粘度稳定和减少对环境的污染，降低成本提高产品质量；在供液装置中储液槽的温控装置，能够对料液温度进行调节，避免环境温度的变化对纺丝液粘度的影响，利于纺丝液的粘度和纺丝状态的持续稳定和纳米纤维的质量一致性；清洁装置与双轨螺母的运动同步，清洁装置的左右清洁刷的交替清洁动作，清洁刷中心的溶剂喷嘴与清洁刷的刷洗动作同步喷出的溶剂，可以对滚珠丝杠电极上残留物进行清理，并通过收集装置进行回收再利用。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种滚珠丝杠式静电纺丝发生装置，其特征在于，包括滚珠丝杠电极(100)、驱动电机(400)、传动装置(500)、滑轨(800)、支撑架(900)、供液装置(200)和清洁装置(300)，其中：

所述支撑架(900)由竖板A(921)、竖板B(922)、竖板C(923)和底座(910)构成，所述竖板A(921)、竖板B(922)和竖板C(923)垂直设置于所述底座(910)上；

所述滚珠丝杠电极固定于所述竖板A(921)和所述竖板B(922)上；

所述驱动电机(400)固定于所述竖板C(923)上；

所述驱动电机(400)通过所述传动装置(500)与所述滚珠丝杠电极(100)相连接；

所述滑轨(800)的两端分别垂直固定于所述竖板A(921)和所述竖板B(922)上；

所述供液装置(200)与所述滚珠丝杠电极(100)相连接；

所述清洁装置(300)设置在所述滚珠丝杠电极(100)上。

2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠式静电纺丝发生装置，其特征在于，所述滚珠丝杠电极(100)的长度为10cm-300cm，其包括双轨螺杆(110)、双轨螺母(120)和滚珠(130)，其中，所述双轨螺杆(110)包括内驱动螺纹(111)、纺丝电极(112)、轴承(113)和螺杆轴(114)，所述内驱动螺纹(111)设置在所述螺杆轴(114)上，与所述纺丝电极(112)平行，所述纺丝电极(112)设置在所述螺杆轴(114)上，所述滚珠(130)设置在所述内驱动螺纹(111)上，所述螺杆轴(114)的两端通过所述轴承(113)固定于所述支撑架的所述竖板A(921)和所述竖板B(922)上，所述双轨螺母(120)设置在所述螺杆轴(114)上。

3.根据权利要求2所述的滚珠丝杠式静电纺丝发生装置，其特征在于，所述滚珠(130)的直径为2mm-20mm，所述内驱动螺纹(111)的深度为所述滚珠(130)的直径的1/4-1/2。

4.根据权利要求2所述的滚珠丝杠式静电纺丝发生装置，其特征在于，所述双轨螺母(120)包括外驱动螺纹(121)、螺纹液槽(122)、滑轨孔(123)、进料孔(124)、出料孔(125)和视窗(126)，其中，所述外驱动螺纹(121)设置在所述双轨螺母(120)的内侧，所述螺纹液槽(122)设置在所述双轨螺母(120)的内部，所述滑轨孔(123)设置在所述双轨螺母(120)的下部并横向贯穿所述双轨螺母(120)，所述视窗(126)设置在所述双轨螺母(120)的外壳上，所述进料孔(124)由所述双轨螺母(120)的其中的一个侧面打入，所述出料孔(125)由双轨螺母(120)的另一侧面打入，所述进料孔(124)和所述出料孔(125)均与所述螺纹液槽(122)连通。

5.根据权利要求4所述的滚珠丝杠式静电纺丝发生装置，其特征在于，所述螺纹液槽(122)的内壁与所述纺丝电极(112)之间的间隙为1-5mm。

6.根据权利要求4所述的滚珠丝杠式静电纺丝发生装置，其特征在于，所述外驱动螺纹(121)的深度为所述滚珠(130)的直径的1/4-1/2。

7.根据权利要求1所述的滚珠丝杠式静电纺丝发生装置，其特征在于，所述供液装置(200)包括供料泵(210)、温控装置(220)、储液罐(230)和输液管(240)，其中，所述储液罐(230)通过所述输液管(240)串联所述供料泵(210)，所述温控装置(220)设置在所述储液罐(230)上。

8.根据权利要求1所述的滚珠丝杠式静电纺丝发生装置，其特征在于，所述清洁装置(300)包括两个清洁刷(310)、两个喷嘴、交变开关、溶剂罐(340)、溶剂泵(350)，其中，所述两个喷嘴分别设置在所述两个清洁刷(310)的内部中心，所述溶剂罐(340)、所述溶剂泵(350)与所述喷嘴通过管路串联，所述溶剂泵(350)将溶剂输送到所述喷嘴喷出，所述交变开关通过导线与两个清洁刷(310)相连接，用于控制两个清洁刷(310)做交替刷洗动作。