CN212077207U - 一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置，包括安装架、传动装置及接收装置，传动装置固定在安装架上，传动装置包括电机和变频器，传动装置与电源电性连接，通过变频器调节电机转速，电机的一侧伸出有传动轴，接收装置包括转轴、聚酯套筒和滚筒，转轴与传动轴固定连接，转轴的中心线与传动轴的中心线在同一直线上，转轴的直径小于传动轴的直径，聚酯套筒和滚筒套设在转轴上，聚酯套筒设置在传动轴与滚筒之间，滚筒上设有多个均匀排列的棱柱。通过拆卸卡盘可自由更换不同形态和尺寸的滚筒，收集到不同取向排列程度和宽度的纳米纤维膜，结构简单，操作方便。

Description

一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置

技术领域

本实用新型属于纺丝装置技术领域，具体涉及一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置。

背景技术

静电纺丝是制备纳米纤维膜的有效途径之一，静电纺纳米纤维膜具有广泛的研究和应用领域，如：储能、医疗、环境工程和微电子器件等领域。传统的静电纺丝法制备的纳米纤维排列往往杂乱无章，而排列整齐、取向度高的纳米纤维膜可以使最终产品的光学、电学、力学性能等通过纤维取向排列的程度进行调控。现在以静电纺丝为基础，已有滚筒接收法、倾斜间隙法、槽型板接收法、辅助电极法等多种制备取向纳米纤维膜的方法，针对滚筒接收法目前仍存在以下问题：滚筒接收的转速较高，转速往往达到1500rpm，对设备的损耗和能源消耗较大；滚筒接收常以锡箔纸或金属布为衬底，制备的纤维膜完全粘连在衬底上，不易揭取，且在揭取过程中容易破坏纤维的排列结构，影响纤维膜的性能；滚筒常以金属材质制成，质量较大，难以更换，形式单一，不利于纤维膜的设计和创新。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置，来解决上述问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置，包括：安装架、传动装置和接收装置，

所述传动装置固定在所述安装架上，所述传动装置包括电机和变频器，所述传动装置与电源电性连接，通过所述变频器调节所述电机转速，所述电机的一侧伸出有传动轴，所述接收装置包括转轴、聚酯套筒和滚筒，所述转轴与所述传动轴固定连接，所述转轴的中心线与所述传动轴的中心线在同一直线上，所述转轴的直径小于所述传动轴的直径，所述聚酯套筒和滚筒套设在所述转轴上，所述聚酯套筒设置在所述传动轴与所述滚筒之间，所述滚筒具有内侧环面和与所述内侧环面相对应的外侧环面，所述内侧环面贴合所述转轴，所述外侧环面上设有多个均匀排列的棱柱。

作为本实用新型所述一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置的一种优选方案，所述滚筒为聚乳酸高分子材料，长度为120mm、内径为40mm、自所述内侧环面至所述外侧环面的厚度为2mm。

作为本实用新型所述一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置的一种优选方案，所述棱柱有12-24个，棱高为10-15mm，棱间距为8-20mm。

作为本实用新型所述一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置的一种优选方案，所述棱柱为三角棱柱。

作为本实用新型所述一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置的一种优选方案，所述棱柱表面包覆有锡箔纸。

作为本实用新型所述一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置的一种优选方案，所述接收装置还包括左卡盘和右卡盘，所述左卡盘和右卡盘套设在所述转轴上，所述左卡盘设置在所述聚酯套筒和滚筒之间，所述滚筒设置在所述左卡盘和右卡盘之间，所述左卡盘和右卡盘分别贴合所述滚筒的两侧。

作为本实用新型所述一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置的一种优选方案，所述左卡盘和右卡盘均为圆片状结构，所述左卡盘和右卡盘的直径大于所述滚筒的外径。

作为本实用新型所述一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置的一种优选方案，所述转轴上设有键槽，所述右卡盘的外侧设有锁紧环，所述锁紧环上设有螺纹孔，通过螺丝插入所述螺纹孔使所述锁紧环与所述键槽固定。

作为本实用新型所述一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置的一种优选方案，所述安装架包括底座与至少两个支架，所述底座与所述传动装置通过所述支架连接。

与现有技术相比，本实用新型提出的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置，具有如下优点：

①通过变频器调节电动机转速，在一定范围内自由调节滚筒转速，随着滚筒转速增大，纳米纤维受到的牵引力增大，纤维直径减小，取向分布更集中，纤维整体取向度更高；

②通过设置卡盘及锁紧环，纺丝过程安全，危险系数低，拆卸方便，易于更换；

③通过滚筒的三角棱柱式设计，静电场在棱角处分布为由高到低，纤维受到相邻棱角尖处的强电场吸引从而取向排列，与传统无棱柱式滚筒相比，可有效降低所需转速，大大减少能源消耗；

④通过设有多棱式滚筒接收，所得纤维取向排列在棱角之间，纤维仅在棱角处与滚筒相接，揭取阻力小，对纤维排列的破坏程度低；

⑤通过生物可降解材料聚乳酸高分子3D打印制作多棱式滚筒，可大大节省滚筒的制作成本，绿色环保，同时可快速方便的设计不同直径、棱数和棱间距的滚筒，满足不同参数下的纺丝需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中，

图1为本实用新型的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置的立体结构示意图；

图2为本实用新型的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置的主视结构示意图；

图3为本实用新型的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置的立体结构示意图；

图4为本实用新型的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置的滚筒的立体结构示意图；

图5为本实用新型的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置所制备的取向纤维膜的场发射扫描电子显微镜图。

其中：1为底座、2为支架、3为传动轴、4为传动装置、5为第转轴、6为聚酯套筒、7为左卡盘、8为右卡盘、9为滚筒、10为锁紧环、11为内侧环面、12为外侧环面、13为三角棱柱。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

首先，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

其次，本实用新型利用结构示意图等进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置结构的示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间。

实施例1

请参阅图1～2，图1为本实用新型的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置的立体结构示意图；图2为本实用新型的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置的主视结构示意图。如图1～2所示，本实用新型的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置，包括安装架及接收装置，安装架(未图示)包括底座1、两个支架2，底座1的上方连接有两个支架2。传动装置4包括电机(未图示)和变频器(未图示)，电机带动转轴5旋转，变频器能够调节电机转速，从而调节转轴5和滚筒9的转速，调节方便，运行顺畅，故障较少。接收装置包括转轴5、聚酯套筒6、左卡盘7、右卡盘8、滚筒9及锁紧环10。电动机的传动轴3与转轴5相连，无多余传动装置，转速调节便捷灵敏。传动轴3比转轴5粗，两者为一体结构，在左卡盘7与传动轴3之间的转轴5上套设有聚酯套筒6，保证高速转动过程中滚筒9不会发生轴向滑移。聚酯套筒6与左卡盘7相连，左卡盘7与右卡盘8紧紧卡住滚筒9的两侧，在本实施例中，左卡盘7和右卡盘8为中空圆柱结构，其内径应小于滚筒9的内径，保证高速转动过程中滚筒9不会发生相对转动，其外径大于滚筒9的外径，以保证纺丝不会移置滚筒外的区域。右卡盘8外侧设有锁紧环10，锁紧环10通过螺丝与转轴5上的键槽固定。在本实施例中，滚筒9为多棱式滚筒。

实施例2

请继续参阅图1～2，并结合图3～5，图3为本实用新型的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置的立体结构示意图；图4为本实用新型的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置的滚筒的立体结构示意图；图5为本实用新型的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置所制备的取向纤维膜的场发射扫描电子显微镜图。如图3～4所示，在本实施例中具有与实施例1一样的结构，并且还具有以下结构：为了便于理解，将滚筒9的中空结构的内外表面分成内侧环面11和外侧环面12，在外侧环面12上有12-24个三角棱柱13的模型，使用聚乳酸高分子材料3D打印制作，原料可循环再生使用，符合环保理念。滚筒9的长度为120mm，滚筒9的内径为40mm、滚筒9的壁厚为2mm，在外侧环面12上三角棱柱13的棱高为10-15mm，棱间距8-20mm。整体轻便小巧，便于拆卸和清理，不惧腐蚀，允许在各种环境下使用，大大提高了纺丝时的工作效率。表面包覆有锡箔纸，滚筒9旋转过程中，纳米纤维受静电力牵伸在棱角处有序缠绕排列，大大提高了纳米纤维膜的取向度。该装置制作方便，设计多样。当然，也可根据实际实验和生产需要，将该模型设置为其他尺寸大小，棱数、棱高、棱间距也可设置为不同参数。在静电纺丝时，在棱柱外部表面包覆一层锡箔纸，接入负电极，即可实现纳米纤维在棱角处的取向排列。

为了检测本实施例结构的效果，现以醋酸纤维素为原料，配制20wt％的纺丝液，静电纺丝电压为12kv，纺丝距离为10cm，纺丝液流速为0.2mL/h，多棱式滚筒转速为700rpm，进行静电纺丝所制备的取向纳米纤维膜，呈半透明状，在棱角处由于电压高，纤维沉积较多，呈白色条纹状。如图5所示，由实施例制备的取向纳米纤维膜的扫描电镜图显示纳米纤维基本沿轴向取向，整体取向度良好。

所属领域内的普通技术人员应该能够理解的是，本实用新型的特点或目的之一在于：本实用新型提出的制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置，采用多棱式滚筒方式收集静电纺丝纳米纤维膜，滚筒可设置不同的转速，通过拆卸卡盘可自由更换不同型号的滚筒，收集到不同排列取向程度和宽度的纳米纤维膜，以解决上述背景技术中提出的问题。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置，其特征是，包括：安装架、传动装置和接收装置，

所述传动装置固定在所述安装架上，所述传动装置包括电机和变频器，所述传动装置与电源电性连接，通过所述变频器调节所述电机转速，所述电机的一侧伸出有传动轴，所述接收装置包括转轴、聚酯套筒和滚筒，所述转轴与所述传动轴固定连接，所述转轴的中心线与所述传动轴的中心线在同一直线上，所述转轴的直径小于所述传动轴的直径，所述聚酯套筒和滚筒套设在所述转轴上，所述聚酯套筒设置在所述传动轴与所述滚筒之间，所述滚筒具有内侧环面和与所述内侧环面相对应的外侧环面，所述内侧环面贴合所述转轴，所述外侧环面上设有多个均匀排列的棱柱。

2.如权利要求1所述的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置，其特征是：所述滚筒为聚乳酸高分子材料，长度为120mm、内径为40mm、自所述内侧环面至所述外侧环面的厚度为2mm。

3.如权利要求1所述的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置，其特征是：所述棱柱有12-24个，棱高为10-15mm，棱间距为8-20mm。

4.如权利要求3所述的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置，其特征是：所述棱柱为三角棱柱。

5.如权利要求1所述的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置，其特征是：所述棱柱表面包覆有锡箔纸。

6.如权利要求1所述的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置，其特征是：所述接收装置还包括左卡盘和右卡盘，所述左卡盘和右卡盘套设在所述转轴上，所述左卡盘设置在所述聚酯套筒和滚筒之间，所述滚筒设置在所述左卡盘和右卡盘之间，所述左卡盘和右卡盘分别贴合所述滚筒的两侧。

7.如权利要求6所述的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置，其特征是：所述左卡盘和右卡盘均为圆片状结构，所述左卡盘和右卡盘的直径大于所述滚筒的外径。

8.如权利要求6所述的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置，其特征是：所述转轴上设有键槽，所述右卡盘的外侧设有锁紧环，所述锁紧环上设有螺纹孔，通过螺丝插入所述螺纹孔使所述锁紧环与所述键槽固定。

9.如权利要求1所述的一种制备取向纳米纤维膜的静电纺丝接收装置，其特征是：所述安装架包括底座与至少两个支架，所述底座与所述传动装置通过所述支架连接。

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