CN205954161U - 一种制备高取向纤维的气泡纺丝装置 - Google Patents

Abstract

一种制备高取向纤维的气泡纺丝装置，包括喷出单元和接收单元，接收单元设置在喷出单元的垂直上方；喷出单元包括转盘，转盘垂直放入储液池，且转盘底部部分浸没在储液池内，转盘周向成型有若干圆孔，转盘内部设置有一气流喷嘴，气流喷嘴垂直接收单元设置，至少任一圆孔转动至转盘顶部时，该圆孔与气流喷嘴间连通；工作时，转盘匀速转动，转盘上的圆孔逐一转动至顶部与气流喷嘴连通喷出射流；接收单元包括网罩、电源负极；喷出单元和接收单元之间还附加一铜质金属框架。本实用新型提供的一种制备高取向纤维的气泡纺丝装置，通过将圆环形转盘代替圆管，并加设有金属铜质框架、平行电极网罩来解决气泡破裂不均匀，射流范围大，原料浪费等问题。

Description

一种制备高取向纤维的气泡纺丝装置

技术领域

本实用新型涉及纺丝机械设备领域，具体涉及一种制备高取向纤维的气泡纺丝装置。

背景技术

微纳米纤维材料具有尺寸微小，比表面积大，纤维连续性好等一系列的优点，因而在环境卫生、信息科技、能源安全、生物医学、国防军事等领域具有广阔的应用前景。目前，静电纺丝技术因其装置简单、成本低廉被公认为是可快速的获得不同直径、不同形貌、不同功能的微纳米纤维最有效的方法，并广泛应用。

静电纺丝技术作为制备纳米纤维最为广泛的方法之一，所制备的纳米纤维在过滤，生物组织工程，增强材料，传感器等领域有着广泛的应用。但是由于静电纺丝过程中存在不稳定的鞭动射流，以及静电纺高速喷丝，固化成纤的特点，所制备的纤维大都是无规则堆积的无纺布形式，且存在纤维均一性低，力学性能差等缺陷。因此如何快速制备取向性高，纤维均一性好的纳米纤维以满足其在生物医学，增强材料，导电材料，碳纳米管等领域的应用，已成为材料学家和生物学家关注的重要课题。

其中，气泡静电纺丝技术，聚合物溶液或熔体在高压静电场中电场力的作用下，在聚合物溶液表面产生气泡，气泡破裂后形成无数条细小液柱，每条液柱相当于一个泰勒锥，同时以静电力作为动力，液柱在电流的作用下被拉伸细化产生大量的微纳米纤维。气泡静电纺丝技术作为一种新兴的纳米纤维制备技术，相比传统静电纺丝技术而言，具有纺丝速度快，纤维均一性好，纳米纤维直径小等优势。但传统气泡纺丝仍然存在气泡破裂不均匀，无法形成有效泰勒锥射流，射流范围大，原料浪费等问题。

因此，在气泡纺丝的基础上，如何获得稳定且连续破裂均匀的气泡、有效收敛射流范围成为提高生产效率，制备理想纳米纤维的关键。针对上述问题，有必要提供一种结构改良的气泡纺丝装置来实现上述目标。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种制备高取向纤维的气泡纺丝装置，通过将圆环形转盘代替圆管，并加设有金属铜质框架、平行电极网罩来解决气泡纺射流范围大，原料浪费的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种制备高取向纤维的气泡纺丝装置，包括喷出单元和接收单元，接收单元设置在喷出单元的垂直上方；

所述喷出单元包括转盘；所述转盘垂直放入储液池，且转盘底部部分浸没在储液池内；所述转盘周向成型有若干圆孔；所述转盘内部设置有一气流喷嘴；所述气流喷嘴垂直接收单元设置，至少任一圆孔转动至转盘顶部时，该圆孔与气流喷嘴间连通；

工作时，转盘匀速转动，转盘上的圆孔逐一转动至顶部与气流喷嘴连通喷出射流；

所述接收单元包括网罩、电源负极；所述网罩与电源负极相连；

所述喷出单元和接收单元之间还附加一铜质金属框架；所述铜质金属框架通过导线与设置在所述储液池外部的高压电源装置相连。

优选的，所述网罩由与电源负极相连的多根平行电极围成。

优选的，所述转盘还与实现转盘转动的电机相连。

优选的，所述圆孔的直径小于等于转盘的宽度。

优选的，所述接收单元与所述喷出单元之间设置有距离调节器。

优选的，所述气流喷嘴的中心线与旋转到转盘顶部的圆孔的中心线重合。

优选的，所述网罩的四周环绕绝缘的无纺布。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、圆环形的转盘代替圆管，有助于快速产生气泡，且每个圆孔都能破裂产生均匀地气泡，从根本上改变了气泡产生的条件，杜绝了圆管形装置存在的不易产生气泡，且气泡破裂不均匀的问题。随着转盘的不断旋转，转盘上各孔径会相继产生均匀的气泡，从而大大提高了纳米纤维的生产效率。

2、气流喷嘴位于转盘中央用于向上吹出气流，快速吹出的气泡在破裂后，射流垂直向上运动，有效减少了射流的运动路径，有助于纤维快速沉积在接收装置上。同时，附加的方形金属铜质框架能够有效收敛射流范围，为制备有序纳米纤维创造条件。

3、接收单元采用上部为由数根平行电极排列组成的网罩结构。每两个相邻电极都可以看作单独平行的电极能够产生匀强电场，使纤维最终以有序的形式沉积在接收单元上。网罩四周环绕绝缘的无纺布，此种网罩的设计能够有效解决气泡纺射流范围大，原料浪费的问题，大大提高了纳米纤维的收集效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种制备高取向纤维的气泡纺丝装置的简易结构示意图；

图2为转盘内均匀开有进气管结构的转盘结构示意图。

附图中涉及的附图标记和组成部分说明：

1、储液池；2、转盘；3、气流喷嘴；4、气泵；5、高压电源装置；6、圆孔；7、电机；8、网罩；9、电源负极；10、铜质金属框架；11、进气管。

具体实施方式

气泡静电纺丝技术作为一种新兴的纳米纤维制备技术，相比传统静电纺丝技术而言，具有纺丝速度快，纤维均一性好，纳米纤维直径小等优势。但传统气泡纺丝仍然存在气泡破裂不均匀，无法形成有效泰勒锥射流，射流范围大，原料浪费等问题。

本实用新型针对现有技术中的不足，提供了一种制备高取向纤维的气泡纺丝装置，通过将圆环形转盘代替圆管，并加设有金属铜质框架、平行电极网罩来解决气泡破裂不均匀，射流范围大，原料浪费等问题。

下面将通过具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1所示，一种制备高取向纤维的气泡纺丝装置，包括喷出单元和接收单元，接收单元设置在喷出单元的垂直上方。

喷出单元包括储液池1、转盘2、气流喷嘴3、气泵4和高压电源装置5。转盘2具有一定宽度，并在四周开有圆孔6，圆孔6的直径小于等于转盘2的宽度。

转盘2内可为空心结构，在周向均匀开有多个圆孔6。或者，转盘2内也可周向上具有均匀开设的多个进气管11结构，进气管11的轴心线与转盘2的半径重合，进气管11的底面位于转盘2的圆周上，即进气管11的底面为转盘2上的圆孔6，如图2所示。转盘2结构可根据实际情况成型，对气泡均匀破裂和规范射流范围有利的转盘结构都可选择。

转盘2在旋转时有一部分浸没在储液池1内。转盘2垂直设置在长方体的储液池1内，电机7带动转盘2做垂直储液池1方向的旋转。转盘2通过导线与设置在储液池1外部的高压电源装置5相连，形成稳定电场的高压端。

圆环型转盘2代替了现有装置中的圆管，有助于快速产生气泡，且每个圆孔6都能破裂产生均匀地气泡，从跟本上改变了了气泡产生的条件，杜绝了圆管型装置存在的不易产生气泡，且气泡破裂不均匀的问题。随着转盘2的不断旋转，转盘2上各圆孔6会相继产生均匀的气泡，从而大大提高了纳米纤维的生产效率。

转盘2的中心配有与气泵4连接的气流喷嘴3，气流喷嘴3的咀部朝上，与接收单元垂直设置，同时也与转盘2的旋转方向垂直，用于吹出向上的气流。气流喷嘴3的中心线与旋转到转盘2顶部的圆孔6的中心线重合，也可与转盘2中进气管11的轴心线重合。气流可直接通过旋转到转盘2顶部的进气管11快速吹出气泡，同时气流也不会影响转盘2位于其他位置内的进气管11，这样能够有效的针对接收单元喷出垂直气流。气流喷嘴3快速吹出的气泡在破裂后，射流垂直向上运动，有效减少了射流的运动路径，有助于纤维快速沉积在接收单元上。

接收单元包括网罩8、电源负极9，由多根平行电极围成的网罩8与电源负极9相连，形成稳定电场的低压端，每两个相邻电极都可以看作单独平行的电极能够产生匀强电场，使纤维最终以有序的形式沉积在接收单元上。网罩8四周环绕绝缘的无纺布，此种网罩8的设计能够有效解决气泡纺射流范围大，原料浪费的问题，大大提高了纳米纤维的收集效率。

喷出单元和接收单元之间还附加一铜质金属框架10，铜质金属框架10通过导线与设置在储液池1外部的高压电源装置5相连。附加的方形铜质金属框架10能够有效收敛射流范围，为制备有序纳米纤维创造条件。

此外，制备高取向纤维的气泡纺丝装置还包括用于调节接单元与喷出单元之间距离的距离调节器，可根据具体需要设定网罩相对纺丝装置的位置。

本制备高取向纤维的气泡纺丝装置的工作原理如下：首先在储液池1内倒入足够的喷丝液，调节好转盘2的位置，打开电机7，使得转盘2能够在电机7的作用下正常匀速转动。高压电源装置5与转盘2和金属铜质框架10相连，接收单元中的网罩8与电源负极9相连。打开电源开关和气泵4开关，调节转盘2的转动速度，浸没溶液后的转盘2在气流的作用下每个圆孔6都能破裂形成射流，最终转盘2上的各个圆孔6会源源不断的产生纳米纤维最终经过拉伸固化沉积在平行电极网罩8上，得到高取向性排列纤维。

本实用新型提供的制备高取向纤维的气泡纺丝装置不同于传统的圆管型气泡纺丝装置，将转盘替代了圆管，并将传统的接收板替换成平行电极组成的网罩，同时配合附加的金属铜质方框，有效解决了气泡破裂不均匀，射流范围大，原料浪费等问题。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种制备高取向纤维的气泡纺丝装置，其特征在于：包括喷出单元和接收单元，接收单元设置在喷出单元的垂直上方；

所述喷出单元包括转盘；所述转盘垂直放入储液池，且转盘底部部分浸没在储液池内；所述转盘周向成型有若干圆孔；所述转盘内部设置有一气流喷嘴；所述气流喷嘴垂直接收单元设置，至少任一圆孔转动至转盘顶部时，该圆孔与气流喷嘴间连通；

工作时，转盘匀速转动，转盘上的圆孔逐一转动至顶部与气流喷嘴连通喷出射流；

所述接收单元包括网罩、电源负极；所述网罩与电源负极相连；

所述喷出单元和接收单元之间还附加一铜质金属框架；所述铜质金属框架通过导线与设置在所述储液池外部的高压电源装置相连。

2.根据权利要求1所述的一种制备高取向纤维的气泡纺丝装置，其特征在于：所述网罩由与电源负极相连的多根平行电极围成。

3.根据权利要求1所述的一种制备高取向纤维的气泡纺丝装置，其特征在于：所述转盘还与实现转盘转动的电机相连。

4.根据权利要求1所述的一种制备高取向纤维的气泡纺丝装置，其特征在于：所述圆孔的直径小于等于转盘的宽度。

5.根据权利要求1所述的一种制备高取向纤维的气泡纺丝装置，其特征在于：所述接收单元与所述喷出单元之间设置有距离调节器。

6.根据权利要求1所述的一种制备高取向纤维的气泡纺丝装置，其特征在于：所述气流喷嘴的中心线与旋转到转盘顶部的圆孔的中心线重合。

7.根据权利要求1所述的一种制备高取向纤维的气泡纺丝装置，其特征在于：所述网罩的四周环绕绝缘的无纺布。