CN205443521U - 一种环形薄片状电极静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种环形薄片状电极静电纺丝装置，包括纺丝系统、动力系统、涂覆机构、供液系统、清洁机构、收集系统和高压电源，收集系统位于所述纺丝系统的上方，纺丝系统包括纺丝电极和基座，纺丝电极固定在所述基座上，动力系统带动所述基座及所述纺丝电极作单向旋转运动，所述涂覆机构和所述清洁机构设置在所述纺丝电极上并且固定不动，所述清洁机构在所述纺丝电极运动方向上位于所述涂覆机构前面，所述收集系统包括收集电极，其中所述纺丝电极为环形薄片，所述环形薄片的发射端为尖端结构。本实用新型环形薄片状电极静电纺丝装置能够提高纳米纤维的产量及质量，实现纳米纤维的批量化制备，其机构简单，操作简便，易于实现工业化运用。

Description

一种环形薄片状电极静电纺丝装置

技术领域

本实用新型涉及静电纺丝技术领域，特别是涉及一种环形薄片状电极静电纺丝装置。

背景技术

静电纺丝技术是一种利用静电场力生产纳米纤维的技术，其原理是：在高压静电场中，带电聚合物溶液在电场力的作用下形成泰勒锥，当电场力足够大，使得带电液滴克服表面张力形成带电射流，最后在收集机构上沉积固化成纳米纤维结构。

传统的喷头式静电纺丝装置容易出现的喷头阻塞、难清理，阵列喷头在纺丝过程中容易出现“边缘效应”现象等缺点影响了纤维质量，纺丝效率，导致产量较低。

相比于喷头式静电纺，无针式静电纺具有产量高，纺丝设备简单，生产成本较低等特点。专利WO2005/024101A1提出的一种无针静电纺丝技术，纤维产量大，但其纺丝溶液暴露在空气中，所生产的纤维直径粗细不均，此外，纺丝电极电场分布不均，纺丝临界电压高，能耗大。专利CN104313705A提出了一种环形电极丝的纳米纤维纺丝方式，其能够避免纺丝溶液暴露在空气中，并实现溶液的连续涂覆，但其电极丝的安装固定方式不够合理，同时缺乏有效的自清洁装置，且结构过于复杂，不适合批量纳米纤维制造。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型设计了一种环形薄片状电极静电纺丝装置，能够合理的固定安装电极，采用的环形薄片状电极，实现了电极电场均匀的分布，所具有的尖端结构同时又能够促进诱导纺丝；设置清洁机构，实现了纺丝电极的持续洁净。本实用新型能够大幅度提高纤维产品的产量及质量。

本实用新型是这样实现的，一种环形薄片状电极静电纺丝装置，包括纺丝系统、动力系统、涂覆机构、供液系统、清洁机构、收集系统和高压电源，所述收集系统位于所述纺丝系统的上方，所述纺丝系统包括纺丝电极和基座，所述纺丝电极固定在所述基座上，所述动力系统带动所述基座及所述纺丝电极作单向旋转运动，所述涂覆机构和所述清洁机构设置在所述纺丝电极上并且固定不动，所述清洁机构在所述纺丝电极运动方向上位于所述涂覆机构前面，所述收集系统包括收集电极，所述纺丝电极为环形薄片电极，所述环形薄片电极的发射端为尖端结构。

优选地，所述环形薄片电极的发射端尖端结构为三角形结构、圆锥曲线形结构或曳物线形结构。

优选地，所述纺丝电极厚度为0.05-20mm或0.5-10mm。

优选地，所述纺丝电极为1个以上不同轴径的环形薄片状电极，并按轴径大小依次嵌套排列成塔状结构，所述相邻两个塔状结构间距为50mm-500mm。

优选地，所述收集系统还包括基材，所述基材为透气性的材料，所述基材上方设置有倒吸风装置，所述收集电极为环形薄片，所述环形薄片朝向纺丝电极的接收端为尖端结构。

优选地，所述涂覆机构包括液槽，所述纺丝电极的尖端结构浸没在所述液槽中，所述纺丝电极旋转时，所述液槽中的溶液涂覆在所述纺丝电极上。

优选地，所述涂覆机构包括上盖和液槽，所述上盖上设置进液口，所述液槽中竖向设置布液轮，所述布液轮圆周向表面设置为V型并均布着凹槽，在竖直方向上，所述布液轮上面与所述进液口相接触，下面与所述纺丝电极相接触。

优选地，所述涂覆机构与所述清洁机构下端分别设置固定座，所述环形薄片电极底部一侧或两侧设置轨道，所述涂覆机构与所述清洁机构分别固定在两个固定座上，至少一个所述固定座布置在所述轨道上，在所述轨道上移动至少一个所述固定座，调整所述涂覆机构与所述清洁机构的间距。

优选地，还包括气体辅助系统，所述气体辅助系统包括用于供气的气源、设置在基座下面的气腔和设置在基座上的圆周阵列气孔。

优选地，所述动力系统包括电机、传动装置和与基座相连接的空心轴，所述电机通过所述传动装置带动所述空心轴与基座一起单向旋转，进而带动所述纺丝电极作单向旋转运动。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)采用环形薄片状结构作为纺丝电极，可产生出均布电场，有助于提升纺丝纤维质量；

(2)环形薄片发射端的尖端设计，使尖端处电荷聚集，有助于诱导纺丝；

(3)1个以上不同轴径的环形薄片状电极，按轴径大小依次嵌套的塔状结构，增加了发射区域的面积，提高了产量；

(4)环形薄片状电极上布置与电极相匹配的涂覆机构，能够避免纺丝溶液与空气接触，保持纺丝前后溶液性质的稳定性；

(5)环形薄片状电极上布置与电极相匹配的清洁机构，实现了在线清洁发射电极，保证了纺丝质量的一致性；

(6)纺丝电极作单向运动，涂覆机构和清洁机构固定不动，在纺丝电极旋转的方向上，保持清洁机构始终处于涂覆机构的前面，能够确保较高的清洁效率，有助于涂覆布液的均匀；

(7)接收电极设置为环形薄片状结构，与纺丝电级结构相匹配，实现了电场均匀分布，提高了纺丝效率；

(8)纺丝电极两侧设置阵列气孔，以实现气体对纤维起到收拢拉伸的作用，并可加速纤维沉积固化，提高了纺丝效率及纺丝质量；

(9)设置溢液循环及废液回收结构，节约了资源。

附图说明

图1是本实用新型环形薄片状电极静电纺丝装置示意图。

图2是本实用新型装置的主视图。

图3是本实用新型装置的俯视图。

图4本实用新型装置的主剖视图。

图5a是环形薄片电极的发射端尖端结构为三角形结构的示意图；图5b为发射端尖端结构为圆锥曲线形的示意图；图5c为发射端尖端结构为曳物线形的示意图。

图6是涂覆机构结构示意图，有两种实现形式，其中6a为通过液槽浸没的方式实现覆液的机构三维图，6b为主剖面图，6c为密封橡胶的三维结构图，6d为密封橡胶的仰视图，6e为通过布液轮涂覆的方式来实现覆液的机构剖面图,6f为布液轮的三维图。

图7是清洁机构示意图，其中7a为机构三维图,7b为主剖面图。

图8两种形式的多级塔状纺丝电极示意图。

1-导向辊，2-基材，3-高压静电发生器，4-溢液槽，5-气孔，6-涂覆机构、清洁机构，7-空心轴，8-吸风机，9-收集电极，10-纺丝电极，11-基座，12-动力系统，13-电机，14-气腔，15-气源，16-废液罐，17-液箱，18-计量泵，19-上盖，20-弹簧，21-布液机构固定座，22-密封橡胶，23-溢液口，24-进液口，25-密封垫圈，26-液槽，27-布液轮，28-清洁机构固定座，29-弹簧件，30-清洁件，31-喷头，32-刮刀，33-凹槽，34-液道，35-回液罐，36-阀门，37-盘盖，38-底座。

具体实施方式

下面将借助附图中的实施例描述本实用新型一种环形薄片状电极静电纺丝装置的结构构造。环形薄片状电极静电纺丝装置包括纺丝系统、气体辅助系统、动力系统、涂覆机构、供液系统、清洁机构、收集系统和高压电源。

如图1、图4、图5和图8所示，纺丝系统包括纺丝电极10和基座11，纺丝电极10固定在基座11上，基座11由盘盖37和底座38构成。纺丝电极10为环形薄片状的结构，环形薄片易产生均布电场，有助于提升纺丝纤维质量。环形薄片的发射端为尖端结构，能够实现尖端处电荷聚集，有助于诱导纺丝。纺丝电极10厚度为0.05-20mm，优选0.5-10mm，其材料为导电材质。纺丝电极10的尖端结构分别为三角形结构、圆锥曲线形结构和曳物线形结构三种结构形式，也可以为其他形式的尖端结构，能够实现尖端电荷聚集的效果即可。纺丝电极10也可以为多个不同轴径的环形薄片状电极，按轴径大小依次鞋套的塔状结构，相邻两个塔状结构间距为50mm-500mm，避免距离过近影响电场的稳定性，同时也可以增加发射区域的面积，进而提高纤维的产量。

如图1、图2和图3所示，气体辅助系统包括气源15、设置在基座11下面的气腔14和设置在基座11上的两排圆周阵列气孔5。气体可以为惰性气体或其他不易燃的气体。由气源15进行供气，气体流过气腔14，并通过阵列气孔5喷射出，分布在纺丝电极10的气孔5所喷射出的气流能够对纺丝纤维起拉伸牵引和收拢的作用，加速纤维上溶剂的挥发使纤维沉积固化，提高纺丝效率及纺丝质量。

如图1和图2所示，动力系统包括电机13、传动装置12和空心轴7。电机13为动力源，空心轴7与基座11相连接，传动装置12可以是同步轮与同步带的形式或者链轮链条的形式，或者其他可替代的传动形式。电机13可通过传动装置12带动空心轴7与基座11单向旋转，进而带动纺丝电极10作单向旋转运动。

如图5、图6a、6b、6c、6d所示，涂覆机构6的一种形式为：涂覆机构6包括上盖19、弹簧20、布液机构固定座21、密封橡胶22、溢液口23、进液口24、密封垫圈25和液槽26。进液口24设置在上盖19上，通过进液口24将溶液导入到液槽26中，上盖19与布液机构固定座21之间通过密封垫圈25实现密封，布液机构固定座21上设置有溢液口23，通过溢液口23可以将多余的溶液导出，布液机构固定座21内嵌有密封橡胶22，密封橡胶22结构上与环形薄片纺丝电极10相互吻合，密封橡胶22分为两块，并通过弹簧20固定在布液机构固定座21上，在弹簧20弹簧力的作用下，两块密封橡胶22紧贴在纺丝电极10上，从而在纺丝电极10旋转的方向上实现了溶液的密封。纺丝电极10的一部分浸没在涂覆机构6的液槽26中，当纺丝电极10单向旋转时，液槽26中的溶液涂布在纺丝电极10上。

如图5和图6a、6e和6f所示，涂覆机构6还可以设置成另一种结构形式。涂覆机构6包括上盖19、弹簧20、布液机构固定座21、密封橡胶22、溢液口23、进液口24、密封垫圈25、液槽26、布液轮27和凹槽33。布液轮27圆周方向表面设置为向内凹的V型，V型布液轮27在竖直方向上上下面分别与进液口24及纺丝电极10相接触，纺丝溶液从进液口24流入，布液轮27上周向均布着凹槽33，可以将流入的溶液储存在凹槽33中，当纺丝电极10旋转时带动布液轮27转动凹槽33中的溶液涂覆到纺丝电极10上。

以上两种涂覆机构的设计，均能够实现涂覆溶液的密封，可以避免溶液暴露在空气中而变质或被污染，不仅可以保证纺丝电极上涂覆的均匀及连续，还可以保证纺丝质量的稳定。

如图7所示，清洁机构6包含清洁机构固定座28、弹簧件29、清洁件30、喷头31、刮刀32。喷头31、刮刀32、清洁件30依次固定在清洁机构固定座28上，喷头31能够朝纺丝电极10上喷射清洁剂，将一些固化的溶质软化分解，然后由刮刀32将纺丝电极10上附着的固化物及废液刮除，在弹簧件29的作用下紧贴在纺丝电极10上，进行最后的清洁，使纺丝电极持续洁净。涂覆机构和清洁机构安装在纺丝电极10上方，并且固定不动，在纺丝电极10旋转的方向上，清洁机构始终位于涂覆机构的前面，二者之间相距一定的距离，且间距可调，在清洁机构对纺丝电极10上的残余后清洁后可使涂覆机构进行连续布液并实现连续及纤维质量稳定的纺丝。可以将涂覆机构和清洁机构分别固定在两个固定座(图未示)上，再将固定座布置在环形薄片电极底部一侧或两侧的圆弧轨道(图未示)上，固定座可以轨道上滑动，在位置确定后，通过固定座上的锁紧机构(图未示)，将固定座锁紧在导轨上，实现涂覆机构与清洁机构的间距调整；也可将涂覆机构和清洁机构其中一个固定座固定安装，另一个安装在导轨上，通过导轨上的机构的滑动，可调整涂覆机构和清洁机构的相对位置，实现调节间距的目的。

如图1、图3、图4和图6所示，供液系统包括溢液槽4、废液罐16、液箱17、计量泵18、液道34、回液罐35和阀门36。溶液通过计量泵18由液箱17流出，并流向进液口24，为涂覆机构6定量连续的提供纺丝所需溶液，多余的溶液通过溢液口23流向回液罐35，回液罐35通过阀门36与液箱17相连接，通过控制阀门36开关，即可将回液罐35中的溶液导入到液箱17中。在基座11的上表面设计有两条圆形的溢液槽4，溢液槽4位于纺丝电极10的两侧，在基座11内部，均布着四条液道34，溢液槽4与液道34相连接，液道34与空心轴7中的液管相连接，从纺丝电极10两侧流下来的废液经由液槽4、液道34以及空心轴7中的液管流向废液罐16，从而实现废液回收。供液系统保证了持续稳定的供液，并可实现有效的溢液回收及废液回收。

如图1和图2所示，收集系统包含收集电极9、导向辊1、基材2、倒吸风装置8。收集电极9为与纺丝电极10相对应的环状结构，环状结构能够实现收集电极9上电场分布的均匀，优选的，收集电极9的接收端可以设置有尖端结构，且尖端结构朝向纺丝电极10，尖端结构所具有的尖端效应能够实现静电荷在尖端处聚集，容易实现诱导纺丝，提高纺丝效率。基材2为具有透气性的接收材料，电纺所得纤维在其表面沉积固化。导向辊1带动基材2不断运动，保证了生产的连续性。基材2上方设置有倒吸风装置8，倒吸风装置可以为吸风机、排气扇等，用以带走气孔5所喷射出的气体，加速基材2上纤维固化，并进一步促进纤维的拉伸。收集电极9与纺丝电极10之间的高度可调，以实现纤维生产的可控性。

如图1和图2所示，高压电源包括高压静电发生器3。高压静电发生器3的正极连接到电极10，高压静电发生器3的负极连接到收集电极9，在纺丝电极10与收集电极9之间产生高压静电场，实现纺丝。

使用本装置进行纺丝时，高压电源在纺丝系统与收集系统之间产生高压电场，动力系统带动纺丝系统单方向旋转，供液系统将溶液泵到设置并固定在纺丝电极上的涂覆机构，由涂覆机构对纺丝电极进行布液，使纺丝电极进行纺丝，在电场的作用下，由收集系统进行纤维收集，在纺丝电极旋转的方向上，清洁机构始终位于涂覆机构的前面，设置并固定在纺丝电极上的清洁机构可对纺丝电极实现持续清洁，气体辅助系统对纺丝纤维的拉伸牵引和收拢，进一步提升了纺丝的质量。

本实用新型环形薄片状电极静电纺丝装置能够提高纳米纤维的产量及质量，实现纳米纤维的批量化制备，其机构简单，操作简便，易于实现工业化运用。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种环形薄片状电极静电纺丝装置，包括纺丝系统、动力系统、涂覆机构、供液系统、清洁机构、收集系统和高压电源，所述收集系统位于所述纺丝系统的上方，所述纺丝系统包括纺丝电极和基座，所述纺丝电极固定在所述基座上，所述动力系统带动所述基座及所述纺丝电极作单向旋转运动，所述涂覆机构和所述清洁机构设置在所述纺丝电极上并且固定不动，所述清洁机构在所述纺丝电极运动方向上位于所述涂覆机构前面，所述收集系统包括收集电极，其特征在于：所述纺丝电极为环形薄片电极，所述环形薄片电极的发射端为尖端结构。

2.根据权利要求1所述的环形薄片状电极静电纺丝装置，其特征在于：所述环形薄片电极的发射端尖端结构为三角形结构、圆锥曲线形结构或曳物线形结构。

3.根据权利要求1所述的环形薄片状电极静电纺丝装置，其特征在于：所述纺丝电极厚度为0.05-20mm或0.5-10mm。

4.根据权利要求1所述的环形薄片状电极静电纺丝装置，其特征在于：所述纺丝电极为1个以上不同轴径的环形薄片状电极，并按轴径大小依次嵌套排列成塔状结构，所述相邻两个塔状结构间距为50mm-500mm。

5.根据权利要求4所述的环形薄片状电极静电纺丝装置，其特征在于：所述收集系统还包括基材，所述基材为透气性的材料，所述基材上方设置有倒吸风装置，所述收集电极为环形薄片，所述环形薄片朝向纺丝电极的接收端为尖端结构。

6.根据权利要求1或者5所述的环形薄片状电极静电纺丝装置，其特征在于：所述涂覆机构包括液槽，所述纺丝电极的尖端结构浸没在所述液槽中，所述纺丝电极旋转时，所述液槽中的溶液涂覆在所述纺丝电极上。

7.根据权利要求1或者5所述的环形薄片状电极静电纺丝装置，其特征在于：所述涂覆机构包括上盖和液槽，所述上盖上设置进液口，所述液槽中竖向设置布液轮，所述布液轮圆周向表面设置为V型并均布着凹槽，在竖直方向上，所述布液轮上面与所述进液口相接触，下面与所述纺丝电极相接触。

8.根据权利要求1或者5所述的环形薄片状电极静电纺丝装置，其特征在于：所述涂覆机构与所述清洁机构下端分别设置固定座，所述环形薄片电极底部一侧或两侧设置轨道，所述涂覆机构与所述清洁机构分别固定在两个固定座上，至少一个所述固定座布置在所述轨道上，在所述轨道上移动至少一个所述固定座，调整所述涂覆机构与所述清洁机构的间距。

9.根据权利要求1或者5所述的环形薄片状电极静电纺丝装置，其特征在于：还包括气体辅助系统，所述气体辅助系统包括用于供气的气源、设置在基座下面的气腔和设置在基座上的圆周阵列气孔。

10.根据权利要求1或者5所述的环形薄片状电极静电纺丝装置，其特征在于：所述动力系统包括电机、传动装置和与基座相连接的空心轴，所述电机通过所述传动装置带动所述空心轴与基座一起单向旋转，进而带动所述纺丝电极作单向旋转运动。