CN100457985C

CN100457985C - 静电纺丝仪

Info

Publication number: CN100457985C
Application number: CNB2006101259606A
Authority: CN
Inventors: 李敏; 陈登龙; 吳钦缘
Original assignee: Fujian Normal University
Current assignee: Fujian Normal University
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2026-08-21
Also published as: CN1908255A

Abstract

本发明涉及一种静电纺丝仪。其特征在于静电纺丝仪主要包括高压电源***、供料***、喷射高度调节***、收集器***。高压电源***由高压直流静电发生器、正极、负极构成。供料***包括杯托、储液杯、微量注射泵、喷射头构成。高度调节***中设有一组的涡轮蜗杆系，涡轮与储液杯升降杆为一整体，一端用于固定储液杯，另一端设有与蜗杆相齿合的涡轮，可在蜗杆槽侧边的梯形槽中上下滑动。收集器有金属平板状、网格状和圆管状三类。与现有技术相比，本发明的优点在于：1.设备定型，避免了使用人必须自行加工与拼装的不足；2.使用方便，重要的参数可根据需要进行调节与控制；3.不但可制备片状材料，还可以一次成型制备出多种管径的管状材料。

Description

静电纺丝仪

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝仪，具体说涉及一种带有可旋转圆柱型收集器、平板状或网格状收集器的静电纺丝仪，属于纺织机械领域，特别适合于纺制各种纳米级纤维。

背景技术

电静电纺丝是一种利用聚合物溶液或熔体在强电场作用下形成喷射流进行纺丝加工的工艺。在电纺丝过程中，喷射装置中装满了充电的聚合物溶液或熔融液，在外加电场作用下，受表面张力作用而保持在喷嘴处的高分子液滴，在电场诱导下表面聚集电荷，受到一个与表面张力方向相反的电场力。当电场逐渐增强时，喷嘴处的液滴由球状被拉长为锥状，形成所谓的“泰勒锥”。而当电场强度增加至一个临界值时，电场力就会克服液体的表面张力，从“泰勒锥”中喷出。喷射流在高电场的作用下被迅速拉细，溶剂也迅速挥发，最终形成直径在nm级的纤维，并以随机的方式散落在收集装置上，形成无纺布。

现有的电纺丝装置主要由以下4部分组成：(1)高压电源：用以提供喷射装置与收集装置间的强电场，一般采用最大输出电压在30-100kV的直流高压静电发生器，在这种强电场的作用下，溶液细流的速度一般可达到数十米每秒。(2)溶液储存装置：可以使用注射器或储液管等，其中装满聚合物溶液或熔融液，并***一个金属电极。该电极与高压电源相连，使液体带电。采用注射器做溶液储存装置时，可直接将高压电源与注射器的金属针头相连，无需另外***电极。(3)喷射装置：喷射装置为内径0.15-2mm的毛细管或注射器针头。在未通电时，液体应能够充满喷嘴但又不至于滴落，这点可以利用液体的自重来实现；也可以采用在溶液储存装置中安装空气泵调节液体静压力，或者利用数控机械装置缓慢推动注射器的方法。后两种方式还可在纺丝过程中对液体流速进行控制。(4)收集装置：一般是金属平板或网格。收集装置接地，这样由于喷嘴和收集装置间的电势差异，在两者之间形成高电场。电场强度可由高压电源的输出值及喷射装置与收集装置间的距离控制。这种收集装置，只能纺出平板式的无纺布。如果需要制成管状物，只能将平板式的无纺布进行卷曲成圆柱型，然后再用胶粘剂粘合接头处，这种工艺繁琐，而且使用了胶粘剂，可能引进异种材料。

上述静电纺丝装置，大多属于原理性和实验室自行拼装的，未见可适应各种研究与生产需要的可调可控成套仪器。

发明内容

本发明的目的，提供一种可调可控成套静电纺丝仪。通过该装置，实现电压、喷射距离、收集方式可任意调节与更换的目的。

为实现本发明的目的采用的技术方案如下：

本发明所述的静电纺丝仪，其特征在于静电纺丝仪主要包括高压电源***、供料***、喷射高度调节***、可更换可控制转速的收集器***。

所述的高压电源***由高压直流静电发生器、正极、负极构成。其中阳极与喷射头外壁通过弹簧夹片与正电极相连，负极与收集器导电体部分相连接。

所述的供料***包括固定于升降杆上由绝缘材料制成的杯托、嵌合于杯托中的储液杯、与储液杯相连的微量注射泵构成。储液杯的下端口接有喷射头，为中空的金属体。

所述的喷射高度调节***中设有一组的涡轮蜗杆系，蜗杆的两端分别由轴承固定，垂直安装在蜗杆槽中，高的一端设有转动转盘。涡轮与储液杯升降杆为一整体，一端用于固定储液杯，另一端设有与蜗杆相啮合的涡轮，其侧面设计成实体梯形状的滑动体，可在蜗杆槽侧边的梯形槽中上下滑动。顺时针或逆时针转动转盘可直接带动蜗杆作顺时针或逆时针转动，进而间接带动涡轮梯形槽中作上下滑动，达到调节储液杯升降杆的升降、控制储液杯中喷射口与收集器的距离的目的。

所述的可更换的收集***，由步进电机、联轴器、旋转轴心、绝缘垫圈、固定螺母、收集器构成。步进电机转轴通过联轴器与由两个轴承固定的旋转轴连接，通电后的步进电机能够直接等速带动旋转轴转动。收集器中设有安装孔，能以套入加螺母锁紧的方式安装于旋转轴的轴心上。收集器有金属平板状、网格状和圆管状三类，每一类又有不同的规格，可根据需要制备的材料形状任意更换。当所用的收集器是圆管状收集器时，设有多级转速的步进电机带动圆管状收集器转动。当所用的收集器是平板状或网格状收集器时，不启动步进电机。收集器可用不锈钢棒或以不锈钢棒为内芯、外层为聚四氟乙烯制成。

与现有技术相比，本发明的优点在于：1、设备定型，避免了使用人必须自行加工与拼装的不足；2、使用方便，重要的参数可根据需要进行调节与控制；3、不但可制备片状材料，还可以一次成型制备出多种管径的管状材料。

附图说明

为了便于对本发明的理解，现结合附图对其作进一步的说明。

图1是本发明所述的静电纺丝仪外观示意图。

图2是本发明所述的静电纺丝仪一个实施例图。

图3是本发明所述的喷射高度调节***中储液杯升降杆俯视图。

图4是本发明所述的喷射高度调节***中储液杯升降杆正视图。

图5是本发明所述的供料***中的储液杯正视图。

图6是本发明所述的喷射高度调节***中的蜗杆剖面图。

图7是本发明所述的喷射高度调节***中蜗杆固定槽纵向和横向剖面图。

图8是本发明所述的圆管状收集器正视图。

图9是本发明所述的可更换可控制转速的收集器***中转动装置。

图10是本发明所述的平板式收集器示意图。

具体实施方式

图1中，1是储液杯杯托，由绝缘材料制成；2是与蜗杆相连的转动转盘；3是静电纺丝仪箱体外壁；4是控制面板按钮；5是电源线；6是箱体底座；7是箱体支脚；8是带有玻璃的可视门开关。

图2中，9是喷射高度调节***中储液杯升降杆；10是升降转盘上的手柄；11是蜗杆，安装于蜗杆槽中；12是高压静电发生器，可产30-100kV的高压静电；13是小型步进电机，可通过面板上的调节按钮调整其脉冲频率，从而达到控制电机转速的目的，可设置的旋转速度范围为0-3000转/分；14是收集器旋转轴轴心，通过联轴器与步进电机同轴转动；15是箱体内底面活动清洁盘，可承接纺丝过程中产生的杂物。

图3中，16是滑动体，呈实体梯形状，嵌入于蜗杆槽中的虚体梯形槽中，滑动体可随着蜗杆的转动在槽中上下滑动，17是杯托孔。

图4中，18是设置于储液杯升降杆一端的涡轮，与蜗杆相对应，呈自然齿合状态，当转动手柄时，蜗杆仅转动，而与之相齿合的涡轮升降杆则上下滑动，籍此来调节喷射头与收集器之间的距离。

图5中，19是增压顶推体，既可以手动推进，也可以与微量注射泵连接使用，通过调节压力可控制纺丝液的流速；20是储液杯的杯体，由透明材料制成，并标有刻度，一台纺丝仪配有20毫升、50毫升、80毫升和100毫升；19是一对方形卡耳，与杯托中的凹槽对应，储液杯置于杯托中时，卡耳正好嵌入凹槽中；20是喷射头，为中空的金属体，喷射口呈“泰勒锥”状，其外壁通过弹簧夹片与正极相连。

当储液杯的杯体中注满纺丝液时，在自身重力作用下，可自然充满喷射头但不滴液，通电后，在电场力作用下，纺丝液从喷射头中被拉出，形成高速喷射流，并迅速被接收，纺丝液中的溶剂也迅速挥发，最后以随机的形式散落在收集器上，断开电源后，谢下收集器，取下电纺丝产物。

图6中，21是球形轴承，上下各一个，对蜗杆起轴向定位作用；22是蜗杆，与储液杯升降杆一端的涡轮形成完整的传动机构。

图7中，23是梯形槽，与图3中的呈实体梯形状的滑动体相嵌合，实体梯形状的滑动体可在梯形槽中上下滑动；25是轴承槽，共有两个，对蜗杆中上下两个轴承起支承作用。

图8中，26是圆管状收集器，期间设有固定孔，收集器转轴的轴心可穿入其中，其外管壁通过类似于电机电刷的弹簧夹片与负电极相连，一台静电纺丝议可以配置多种外经规格的圆管状收集器。

图9中，步进电机、联轴器、轴承、轴心、绝缘垫圈、固定螺母构成收集转动装置。13是小型步进电机；27、29是绝缘垫圈，可防止负电通过轴心与纺丝仪相通；28是固定螺母，与轴心末端的螺纹对应，当圆管状收集器或平板状收集器套入轴心后，锁紧螺母即可。

图10中，32是平面收集器的表面，由金属材料制成，表面光亮，通过弹簧片与负极相连；33是固定孔，收集器转轴的轴心可穿入其中。如果采用网格收集器，其结构和使用方式与之相似。

Claims

1、一种静电纺丝仪，其特征在于静电纺丝仪主要包括高压电源***、供料***、喷射高度调节***、可更换可控制转速的收集器***；

I、高压电源***由高压直流静电发生器、正极、负极构成，其中正极与喷射头外壁通过弹簧夹片与正电极相连，负极与收集器导电体部分相连接；

II、供料***包括固定于升降杆上的杯托、嵌合于杯托中的储液杯、与储液杯上端相连的微量注射泵和下端口相接喷射头构成；

III、所述的喷射高度调节***中设有一组的涡轮蜗杆系，涡轮与储液杯升降杆为一整体，一端用于固定储液杯，另一端设有与蜗杆相啮合的涡轮，其侧面设计成实体梯形状的滑动体，可在蜗杆槽侧边的梯形槽中上下滑动；

IV、所述的可更换可控制转速的收集器***，由步进电机、联轴器、旋转轴心、绝缘垫圈、固定螺母、收集器构成。

2、根据权利要求1所述的静电纺丝仪，其特征在于喷射高度调节***中蜗杆的一端设有转动转盘，可作顺时针或逆时针转动。

3、根据权利要求1所述的静电纺丝仪，其特征在于所述的供料***中杯托由绝缘材料制成。

4、根据权利要求1所述的静电纺丝仪，其特征在于所述的储液杯由透明材料制成，并标有刻度。

5、根据权利要求1所述的静电纺丝仪，其特征在于所述的储液杯的中下部设有一对方形卡耳，与杯托中的凹槽对应，其上部与微量注射泵或增压顶推体相连。

6、根据权利要求1所述的静电纺丝仪，其特征在于收集器***中的收集器安装于旋转轴心上，其左右分别有绝缘垫圈，固定螺母与轴心末端的螺纹对应。

7、根据权利要求1所述的静电纺丝仪，其特征在于收集器***中的收集器有金属平板状、网格状和圆管状三种。

8、根据权利要求1所述的静电纺丝仪，其特征在于收集器***中的收集器是圆管状收集器时，用不锈钢棒或以不锈钢棒为内芯、外层为聚四氟乙烯制成。