CN205821546U - 一种旋转多射流批量纺丝装置 - Google Patents

Abstract

一种旋转多射流批量纺丝装置，涉及静电纺丝装置。设有收集筒、分液台、金属薄膜、盖台、滚轮、滚珠、联轴器、伺服电机、电机架、支架、供液装置、导管、高压电源；盖台和分液台上分别设有上、下层导板阵列，分液台与盖台形成纺丝喷头主体，分液台和盖台边缘设有凹槽阵列，凹槽阵列中的每个凹槽分布于上层导板阵列中的两个导板之间，上下两个凹槽连接成微孔结构；分液台和盖台内侧均喷涂有金属薄膜，金属薄膜接电源；分液台底部与支架的顶部均设有环形轨道，在两个环形轨道之间设有滚珠并形成支承；分液台底部设有滚轮；分液台底部的轴段通过联轴器与伺服电机连接，伺服电机与支架固定连接；收集筒为圆形结构，收集筒与纺丝喷头同轴心安装并接地。

Description

一种旋转多射流批量纺丝装置

技术领域

本实用新型涉及一种静电纺丝的装置，特别是涉及具有多射流喷射、大批量收集纳米纤维的一种旋转多射流批量纺丝装置。

背景技术

静电纺丝(Electrospinning)因其能简单高效的制备纳米纤维而备受研究者关注，并且利用这项技术制备的产品纳米纤维膜已经广泛的应用到过滤清洁领域、重金属等水质处理领域以及生物工程化学催化等。目前关于静电纺丝的基本原理与纺丝射流的产生机制已经达成共识，其简单的利用电场力作用于具有一定粘性力的溶液，使液体产生极化产生电荷，通过电荷在电场中受到的电场力克服溶液的表面张力，并在电场力和粘性力的共同作用下拉伸溶液形成微米纳米尺度的纤维。并且利用一般市场上常见的医用针头，采用高压电施加于针头尖端激发整个纺丝的电场，并且通用医用针头作为喷嘴，以一定的压力挤出并在出口处形成小液滴，在尖端上集聚的高强度电场中更容易产生纺丝射流。并且对于想要提高纳米纤维的产量，最简单直接的办法就是多个针头阵列集成，并且进行分液结构的设计优化使得各个针头的流量均匀以得到更好质量的纳米纤维膜。这种针头阵列的方式会带来一些问题，比如各个纺丝针头以及射流之间的互相干扰以及静电抑制，通过一些好的电极设计或者引入辅助电极可以较好的降低这些干扰和抑制。并且采用医用针头的另一个问题就是针头的毛细管很长，溶液一旦产生挥发其浓度升高很容易产生堵塞，由于其内径一般都在毫米以下，所以并不是很容易去处理这样的堵塞，同时，采用毛细管类型的喷嘴有一个共同的缺点就是喷嘴处悬滴内部会有溶液回流现象，不稳定的溶液回流现象会影响静电纺丝锥-射流模式的稳定性。此外，供液速率对静电纺丝生产纳米纤维的直径影响很大，一般的多喷嘴静电纺丝装置很难做到多喷嘴供液的均匀性，进行详细的复杂的流道设计可以做到但是使整个设备成本以及复杂性均提高了。

本申请人在中国专利CN104032383A中公开一种双向螺旋静电纺丝装置，设有双向螺纹导杆、储液滑块、竖直滑杆、导轨、机架、可控注射装置、液体导管、分液装置、高压电源、气泵、调压阀、气体导管、隔板、电机、从动带轮、主动带轮、V形带、气孔阵列和收集装置。利用双向螺纹导杆实现大面积、多射流喷射，以进一步提高静电纺丝效率，减小纺丝射流间的静电干扰和电场集中现象，促进纳米纤维在收集板上的均匀分布，提高所收集到的纳米纤维薄膜厚度均匀性，改善纳米纤维薄膜的质量，确保多射流的稳定快速喷射，实现大面积均匀纳米薄膜的收集。

发明内容

本实用新型旨在提供具有锥形喷嘴阵列、旋转离心动力均匀分液的一种旋转多射流批量纺丝装置。

本实用新型设有收集筒、分液台、金属薄膜、盖台、滚轮、滚珠、联轴器、伺服电机、电机架、支架、供液装置、导管、高压电源；

所述分液台上设有下层导板阵列，盖台上设有上层导板阵列，上层导板阵列与下层导板阵列数量一致，分液台与盖台通过导板阵列对齐配合形成纺丝喷头主体，内部腔体作为纺丝溶液缓冲室；分液台和盖台边缘设有凹槽阵列，凹槽阵列的数量与上层导板阵列一致；凹槽阵列中的每个凹槽分布于上层导板阵列中的两个导板之间，上下两个凹槽连接成微孔结构，分液台和盖台的外形均为圆形，且上层导板和下层导板均为锥形，每两个导板之间也构成锥形，且由圆心向微孔处收缩衔接并构成溶液的分液通道阵列；所述纺丝喷头主体呈扁平锥状，由纺丝喷头主体中心处向微孔结构处收缩，锥形角为15～60°；分液台和盖台内侧均喷涂有金属薄膜，金属薄膜通过外接导线接高压电源正极，高压电源负极接地；分液台和盖台内侧的金属薄膜与纺丝溶液接触使得溶液会产生极化；所喷涂的金属薄膜在微孔结构处形成尖端电场，盖台顶部设有观察检测窗口，导管通过检测窗口进入纺丝喷头内腔，导管另一端与供液装置连接，实现纺丝溶液持续输入纺丝喷头内腔。

所述分液台的底部与支架的顶部均设有环形轨道，在两个环形轨道之间设有滚珠并形成支承，配合纺丝喷头作旋转运动；分液台底部设有4个滚轮，4个滚轮圆周分布并安装于支架上，通过4个滚轮的约束使纺丝喷头做圆周旋转运动；分液台底部的轴段通过联轴器与伺服电机连接，伺服电机通过电机架与支架固定连接。收集筒为圆形结构，与纺丝喷头同轴心安装并可靠接地，与纺丝喷头的微孔结构之间形成梯度高压电场，可以实现收集纺丝喷头产生的纳米纤维。

所述凹槽阵列的数量可为10～100个。

所述微孔的直径可为0.1～1mm，微孔的长径比可为2～5。

所述锥形的顶角可为15～30°。

所述金属薄膜的厚度可为10～500μm。

所述分液台和盖台均采用绝缘材料。

所述导管的末端可高于内腔的液面，并且通过外部结构固定。

本实用新型工作时，通过伺服电机以一定的速率驱动联轴器传动，分液台与盖台构成的纺丝喷头主体便受力作旋转运动，纺丝喷头内腔的纺丝溶液离心力做离心运动，在上下导板构成的导向结构中分别分流至各个锥形通道，并在锥形通道的约束下流向微孔喷嘴，在微孔喷嘴出口处形成液滴；高压电源输出高压于金属薄膜，在纺丝喷头的内腔一定程度的极化溶液，并在微孔喷嘴处与收集筒基底之间形成高压电场，结合旋转带来的离心力，使微孔喷嘴出口处的液滴形成泰勒锥并喷射射流在电场中鞭动细化成纳米纤维并沉积。随着静电纺丝纳米纤维的不断收集，纺丝溶液持续不断的从微孔阵列中喷射，同时由供液装置不断的以一定速率供给纺丝溶液，使纺丝喷头内腔的纺丝溶液的液位基本保持不变。通过旋转离心动力以及机械锥形的导向使得分液能更均匀。整个纺丝喷头的运动过程，由分液台底部与支架顶部的环形轨道和滚珠之间形成支承，通过滚轮阵列提供侧向的约束。本实用新型所引入的锥形通道的喷嘴以及旋转离心动力进行一定速率的溶液供给，可以有效克服喷嘴堵塞以及出口处纺丝液滴的回流现象，并且更好实现多喷嘴的溶液分流，从而降低纺丝的临界启动电压和提高了纺丝锥-射流的稳定性，并在基底上收集到均匀的纳米纤维。

本实用新型通过引入锥形通道的喷嘴以及旋转动力进行一定速率的溶液供给，可以有效的克服喷嘴堵塞以及出口处纺丝液滴的回流现象，并设计有薄膜式电极克服静电抑制干扰现象，并且更好的实现了多喷嘴的溶液均匀分流从而降低了纺丝的临界启动电压和提高了纺丝锥-射流的稳定性，并在基底上收集到均匀的纳米纤维。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构组成示意图。

图2是本实用新型实施例的盖台结构示意图。

图3是本实用新型实施例的分液台结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

在图1中，盖台4上有上层导板41阵列，分液台2上有下层导板21阵列，上层导板41与下层导板21阵列数量一致，并且分液台2与盖台4通过导板阵列对齐配合形成纺丝喷头主体，其内部腔体作为纺丝溶液缓冲室，由于上层导板41和下层导板21对齐配合形成纺丝喷头内部肋板结构，对纺丝喷头内部腔体中的溶液分液起引导作用；分液台2和盖台4边缘设计有凹槽阵列，每个凹槽分布于每两个导板之间，由于分液台2和盖台4的对齐配合，上下两个凹槽连接合成微孔结构。分液台2和盖台4的外形均为圆形，且上层导板41和下层导板21的均设计为锥形，故每两个导板之间也构成锥形，并且由圆心向微孔处收缩并衔接，并且构成溶液的分液通道阵列。所构成的纺丝喷头主体也成扁平锥状，由中心处向微孔结构处收缩。分液台2和盖台4内侧均喷涂有金属薄膜3，通过金属薄膜3与外界电连接实现电压的供给，并且分液台2和盖台4内侧的金属薄膜3与纺丝溶液接触使得溶液会产生一定程度上的极化。所喷涂的金属薄膜3在微孔结构处形成尖端电场；分液台2和盖台4均采用高度绝缘材料。金属薄膜3通过外接导线与高压电源13正极连接，实现高压电源13的供给，高压电源13的负极接地。盖台4顶部设有圆形观察窗口，与圆形有机玻璃配合作为检测窗口。导管12通过检测窗口进入纺丝喷头内腔，导管12另一端与供液装置11连接，实现纺丝溶液以一定的速率持续不断的输入纺丝喷头内腔。导管12末端高于内腔的液面，并且通过外部结构固定。分液台2的底部与支架10的顶部均设有环形轨道，滚珠6位于两个轨道之间配合形成支承，配合纺丝喷头作旋转运动；分液台2底部分别于4个滚轮5相切配合，4个滚轮5圆周分布并安装于支架10上，通过4个滚轮5的约束使纺丝喷头做圆周旋转运动；分液台2底部的轴段通过联轴器7与伺服电机8连接，伺服电机8通过电机架9与支架10固定连接。收集筒1为圆形结构，与纺丝喷头同轴心安装并可靠接地。

本实用新型工作时，通过伺服电机8以一定的速率驱动联轴器7传动，分液台2与盖台4构成的纺丝喷头主体便受力作旋转运动，纺丝喷头内腔的纺丝溶液离心力做离心运动，在上下导板构成的导向结构中分别分流至各个锥形通道，并在锥形通道的约束下流向微孔喷嘴，在微孔喷嘴出口处形成液滴；高压电源13输出高压于金属薄膜3，在纺丝喷头的内腔一定程度的极化溶液，并在微孔喷嘴处与收集筒1基底之间形成高压电场，结合旋转带来的离心力，使微孔喷嘴出口处的液滴形成泰勒锥并喷射射流在电场中鞭动细化成纳米纤维并沉积。随着静电纺丝纳米纤维的不断收集，纺丝溶液持续不断的从微孔阵列中喷射，同时由供液装置11不断的以一定速率供给纺丝溶液，使纺丝喷头内腔的纺丝溶液的液位基本保持不变。通过旋转离心动力以及机械锥形的导向使得分液能更均匀。整个纺丝喷头的运动过程，由分液台2底部与支架10顶部的环形轨道和滚珠6之间形成支承，通过滚轮5阵列提供侧向的约束。本实用新型所引入的锥形通道的喷嘴以及旋转离心动力进行一定速率的溶液供给，可以有效克服喷嘴堵塞以及出口处纺丝液滴的回流现象，并且更好实现多喷嘴的溶液分流,从而降低纺丝的临界启动电压和提高了纺丝锥-射流的稳定性，并在基底上收集到均匀的纳米纤维。

在图2中,盖台4上有上层导板41阵列；每两个导板之间也构成锥形，并且由圆心向微孔处收缩并衔接，锥形顶角为15～30°，并且构成溶液的分液通道阵列。盖台4内侧喷涂有金属薄膜3。

在图3中,分液台2上有下层导板阵列21；每两个导板之间也构成锥形，并且由圆心向微孔处收缩并衔接，锥形顶角为15～30°，并且构成溶液的分液通道阵列。分液台2内侧喷涂有金属薄膜3。

Claims (6)

1.一种旋转多射流批量纺丝装置，其特征在于设有收集筒、分液台、金属薄膜、盖台、滚轮、滚珠、联轴器、伺服电机、电机架、支架、供液装置、导管、高压电源；

所述分液台上设有下层导板阵列，盖台上设有上层导板阵列，上层导板阵列与下层导板阵列数量一致，分液台与盖台通过导板阵列对齐配合形成纺丝喷头主体，内部腔体作为纺丝溶液缓冲室；分液台和盖台边缘设有凹槽阵列，凹槽阵列的数量与上层导板阵列一致；凹槽阵列中的每个凹槽分布于上层导板阵列中的两个导板之间，上下两个凹槽连接成微孔结构，分液台和盖台的外形均为圆形，且上层导板和下层导板均为锥形，每两个导板之间也构成锥形，且由圆心向微孔处收缩衔接并构成溶液的分液通道阵列；所述纺丝喷头主体呈扁平锥状，由纺丝喷头主体中心处向微孔结构处收缩，锥形角为15～60°；分液台和盖台内侧均喷涂有金属薄膜，金属薄膜通过外接导线接高压电源正极，高压电源负极接地；盖台顶部设有观察检测窗口，导管通过检测窗口进入纺丝喷头内腔，导管另一端与供液装置连接，实现纺丝溶液持续输入纺丝喷头内腔；

所述分液台的底部与支架的顶部均设有环形轨道，在两个环形轨道之间设有滚珠并形成支承，配合纺丝喷头作旋转运动；分液台底部设有4个滚轮，4个滚轮圆周分布并安装于支架上，通过4个滚轮的约束使纺丝喷头做圆周旋转运动；分液台底部的轴段通过联轴器与伺服电机连接，伺服电机通过电机架与支架固定连接；收集筒为圆形结构，收集筒与纺丝喷头同轴心安装并接地。

2.如权利要求1所述一种旋转多射流批量纺丝装置，其特征在于所述凹槽阵列的数量为10～100个。

3.如权利要求1所述一种旋转多射流批量纺丝装置，其特征在于所述微孔的直径为0.1～1mm，微孔的长径比为2～5。

4.如权利要求1所述一种旋转多射流批量纺丝装置，其特征在于所述锥形的顶角为15～30°。

5.如权利要求1所述一种旋转多射流批量纺丝装置，其特征在于所述金属薄膜的厚度为10～500μm。

6.如权利要求1所述一种旋转多射流批量纺丝装置，其特征在于所述导管的末端高于内腔的液面，并且通过外部结构固定。