CN102719907B - 静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

一种静电纺丝装置，其包括料桶、活塞、喷丝头、连接在喷丝头上的高压供电装置、对应喷丝头位置设置的接收板以及给接收板接地的接地电源线，静电纺丝装置还包括罩在喷丝头***以形成一片密闭纺丝区域的双层玻璃罩、位于双层玻璃罩之间的夹层空间以及探测密闭纺丝区域内温度的温度探测装置，夹层空间与一冷热源装置连接，冷热源装置根据温度探测装置的温度指示有选择的向夹层空间内输送冷源或热源。本发明通过将纺丝区域设计为由双层玻璃罩密闭的空间，夹层空间可通入不同的冷热源做循环加热或冷却反应，同时，设置的温度探测装置，可以简单快捷的反馈纺丝温度，以便于冷热源装置变换的朝夹层空间内通入冷源或热源。

Description

静电纺丝装置

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝装置，尤其涉及一种可调节纺丝温度的静电纺丝装置。

背景技术

静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化***出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。静电雾化较静电纺丝而言，在于这二者采用的工作介质不同，静电雾化采用的是低粘度的牛顿流体，而静电纺丝采用的则是较高粘度的非牛顿流体。相对应的，静电雾化技术的深入研究也为静电纺丝体系提供了一定的理论依据和知识基础。

近年来，通过静电纺丝技术制备纳米纤维材料已经成为世界材料科学技术领域的最重要的学术与技术活动之一。静电纺丝技术以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控性等优点，成为了有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。当下，静电纺丝技术已经制备出了种类丰富的纳米纤维，包括有机纳米纤维、无机纳米纤维和有机/无机复合纳米纤维。

对静电纺丝过程的深入研究目前已经涉及到静电学、电流体力学、流变学、空气动力学等领域。然而，随着工艺技术精密化进程的加速，从事静电纺丝制备纳米纤维技术的科研人员开始着手面对一些电纺技术上一直隐藏多时且必须要先行解决的问题。首先，关于制备有机纳米纤维，可以用于静电纺丝的天然高分子品种十分有限，对所制备的产品结构和性能的研究仍然不够完善，所生产出来的最终产品应用大都只是处于实验阶段，尤其是这些产品的产业化生产方面还存在更大的问题。其次，静电纺丝有机/无机复合纳米纤维的性能不仅与纳米粒子的结构有关，还与纳米粒子的聚集方式和协同性能、聚合物基体的结构性能、粒子与基体的界面结构性能及加工复合工艺等各个方面有着相应关系，如何制备出高性能、多功能且适合需要的复合纳米纤维是研究的关键。再次，静电纺丝无机纳米纤维的研究基本处于起始阶段，无机纳米纤维在高效催化、高温过滤、生物组织工程、航天器材、光电器件等多个领域具有潜在的用途，静电纺丝无机纳米纤维较大的脆性限制了其应用性能和范围，因此，开发具有柔韧性、连续性的无机纤维成为一个重要的课题。

传统的静电纺丝法是通过高压静电发生器产生的电场力拉伸聚合物溶液或熔体来制备超细纤维。实践中，人们对该传统的静电纺丝法做了较***的理论研究，发现在静电纺丝过程中影响静电纺丝工艺的几个重要参数，包括聚合物溶液质量分数、纺丝电压、接收距离、喷头孔径和环境温度。在研究中发现这些参数的改变对纤维直径及其形态结构的影响很大，其中环境温度是影响静电纺丝过程中纤维质量的重要因素，如升高环境温度可以使纤维直径变细。但是，相较于其他参数，纺丝温度是比较难以精确控制的参数。而在现实研究纺丝的过程中，希望能够确认不同的环境温度对静电纺丝制备纳米纤维的影响，并能够纺制出高质量的纳米纤维，进一步推进静电纺丝的快速发展。

因此，针对上述技术问题，本发明提供了一种能调节纺丝温度的静电纺丝装置，以克服上述缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可调节纺丝过程中温度的静电纺丝装置，用以解决静电纺丝过程中温度的精确快捷的调节技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种静电纺丝装置，其包括料桶、设于料桶内且能在料桶内运动的活塞、设于料桶一端且与料桶连通的喷丝头、连接在喷丝头上的高压供电装置、对应喷丝头位置设置的接收板以及给接收板接地的接地电源线，所述静电纺丝装置还包括罩在喷丝头***以形成一片密闭纺丝区域的双层玻璃罩、位于双层玻璃罩之间的夹层空间以及探测密闭纺丝区域内温度的温度探测装置，所述夹层空间与一冷热源装置连接，所述冷热源装置根据温度探测装置的温度指示有选择的向夹层空间内输送冷源或热源。

优选的，在上述静电纺丝装置中，所述冷热源装置包括分别与夹层空间连通的加液管道及回流管道，所述加液管道、夹层空间以及回流管道共同形成一个冷源或热源的循环流通路径。

优选的，在上述静电纺丝装置中，所述夹层空间内设有一绝热层，所述绝热层将夹层空间划分成靠近纺丝区域的第一空间与相对远离纺丝区域的第二空间，所述第一空间与加液管道连通，所述第二空间与回流管道连通。

优选的，在上述静电纺丝装置中，所述双层玻璃罩包括位于***的外玻璃罩及位于内侧的内玻璃罩，所述内玻璃罩包括前壁以及与前壁位置相对的后壁，所述喷丝头设置于前壁处，所述接收板与后壁固定连接在一起。

优选的，在上述静电纺丝装置中，所述双层玻璃罩上对应喷丝头的位置设有供喷丝头伸入双层玻璃罩内的第一开口。

优选的，在上述静电纺丝装置中，所述温度探测装置设置于双层玻璃罩的外部。

优选的，在上述静电纺丝装置中，所述温度探测装置包括感应玻璃罩内温度的感应部以及显示感应部感应到的温度值的显示器，所述温度探测器还包括连接显示器与感应部的连接部。

优选的，在上述静电纺丝装置中，所述感应部位于双层玻璃罩内，所述显示器位于双层玻璃罩外，所述双层玻璃罩上设有供连接部伸入双层玻璃罩内的第二开口。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例的静电纺丝装置通过将纺丝区域设计为由双层玻璃罩密闭的空间，夹层空间可通入不同的冷热源做循环加热或冷却反应，同时，设置的温度探测装置，可以简单快捷的反馈纺丝温度，以便于变换的朝夹层空间内通入冷源或热源。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明结构简单、操作方便、控制简单、工艺流程短。

（2）通过在纺丝区域加双层玻璃罩使得纺丝区域为密闭区域。

（3）通过设置测量密闭环境温度的温度探测装置，有利于简单快捷的知道密闭纺丝空间内的纺丝温度，便于冷热源装置变换的朝夹层空间内通入冷源或热源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明静电纺丝装置的示意图；

图2是本发明静电纺丝装置中对双层玻璃罩加冷热源的示意图。

其中：1、料桶；2、活塞；3、喷丝头；4、双层玻璃罩；41、绝热层；42、外玻璃罩；43、内玻璃罩；431、前壁；432、后壁；5、接地电源线；6、接收板；7、冷热源装置；71、加液管道；72、回流管道；8、温度探测装置；9、高压供电装置。

具体实施方式

本发明公开了一种可调节纺丝过程中温度的静电纺丝装置，用以解决静电纺丝过程中温度的精确快捷的调节技术问题。

该静电纺丝装置，其包括料桶、设于料桶内且能在料桶内运动的活塞、设于料桶一端且与料桶连通的喷丝头、连接在喷丝头上的高压供电装置、对应喷丝头位置设置的接收板以及给接收板接地的接地电源线，所述静电纺丝装置还包括罩在喷丝头***以形成一片密闭纺丝区域的双层玻璃罩、位于双层玻璃罩之间的夹层空间以及探测密闭纺丝区域内温度的温度探测装置，所述夹层空间与一冷热源装置连接，所述冷热源装置根据温度探测装置的温度指示有选择的向夹层空间内输送冷源或热源。

进一步的，所述冷热源装置包括分别与夹层空间连通的加液管道及回流管道，所述加液管道、夹层空间以及回流管道共同形成一个冷源或热源的循环流通路径。

进一步的，所述夹层空间内设有一绝热层，所述绝热层将夹层空间划分成靠近纺丝区域的第一空间与相对远离纺丝区域的第二空间，所述第一空间与加液管道连通，所述第二空间与回流管道连通。

进一步的，所述双层玻璃罩包括位于***的外玻璃罩及位于内侧的内玻璃罩，所述内玻璃罩包括前壁以及与前壁位置相对的后壁，所述喷丝头设置于前壁处，所述接收板与后壁固定连接在一起。

进一步的，所述双层玻璃罩上对应喷丝头的位置设有供喷丝头伸入双层玻璃罩内的第一开口。

进一步的，所述温度探测装置设置于双层玻璃罩的外部。

进一步的，所述温度探测装置包括感应玻璃罩内温度的感应部以及显示感应部感应到的温度值的显示器，所述温度探测器还包括连接显示器与感应部的连接部。

进一步的，所述感应部位于双层玻璃罩内，所述显示器位于双层玻璃罩外，所述双层玻璃罩上设有供连接部伸入双层玻璃罩内的第二开口。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1及图2所示，该静电纺丝装置包括料桶1、设于料桶1内且能在料桶1内运动的活塞2、设于料桶1一端且与料桶1连通的喷丝头3、连接在喷丝头3上的高压供电装置9、对应喷丝头3位置设置的接收板6以及给接收板6接地的接地电源线5。该静电纺丝装置还包括罩在喷丝头3***以形成一片密闭纺丝区域的双层玻璃罩4、位于双层玻璃罩4之间的夹层空间、位于夹层空间内的绝热层41以及探测密闭纺丝区域内温度的温度探测装置8，夹层空间与一冷热源装置7连接，冷热源装置7根据温度探测装置8的温度指示有选择的向夹层空间内输送冷源或热源。

如图2所示，冷热源装置包括分别与夹层空间连通的加液管道71及回流管道72，加液管道71、夹层空间以及回流管道72共同形成一个冷源或热源的循环流通路径。

本发明实施例的静电纺丝装置中，当朝夹层空间内输入热源时，因为玻璃罩不能隔热，通过绝热层41可以防止输入的热源散去，同时，绝热层41又将夹层空间划分为两个小的空间，其中靠近纺丝区域的第一空间与加液管道71连通，另一个相对远离纺丝区域的第二空间与回流管道72连通。加入的冷源或热源由加液管道71进入第一空间后，在第一空间内循环，然后在加液压力的推动下冷源或热源会运动到第二空间，最后经由回流管道72回到冷热源装置，如此，实现冷源或热源的循环流通。

在本发明实施例中，玻璃罩为双层玻璃设计，夹层空间可通过不同的冷热源（冷冻液，热水或热油）在做循环加热或冷却反应，冷热源装置7通过加液管道71输送到夹层空间，液体（热水或热油）在夹层空间内循环，最后通过回流管道72输送回冷热源装置。

双层玻璃罩4包括位于***的外玻璃罩42及位于内侧的内玻璃罩43。其中，内玻璃罩43包括前壁431以及与前壁431位置相对的后壁432，喷丝头3设置于前壁431处。双层玻璃罩4上对应喷丝头3的位置设有供喷丝头3伸入双层玻璃罩4内的第一开口。在实际应用中，喷丝头3与双层玻璃罩4在第一开口处衔接时可能会存在小的间隙，可以进行密封处理。密封处理的方式包括在喷丝头3与双层玻璃罩4之间配合的地方使用橡胶圈，或者在喷丝头3与双层玻璃罩4之间的间隙处使用填充物进行填充密封。以上列举的仅仅是部分可实施方式，本发明要保护的密封处理并不受上述列举限制，任何可替代的密封处理方案均在本发明的保护范围之内。

接收板6的位置对应喷丝头3设置，接收板6设置于靠近后壁432处，接收板6的固定方式有多种，本发明的图1及图2中显示的是接收板6与后壁432固定连接在一起的技术方案。当然，在其他实施方式中，可以将接收板6固定在其他结构上，然后将固定好的接收板6整合件放置于距离喷丝头3要求的位置处。本发明的附图1及图2中接收板6的固定方式并不限缩本发明的保护范围，任何可替代的且很容易想到的关于接收板6的固定方式，均在本发明的保护范围之内。

温度探测装置8设置于双层玻璃罩4的外部。温度探测器装置8包括感应玻璃罩内温度的感应部以及显示感应部感应到的温度值的显示器，温度探测装置8还包括连接显示器与感应部的连接部。感应部位于双层玻璃罩4内，显示器位于双层玻璃罩4外，双层玻璃罩4上设有供连接部伸入双层玻璃罩4内的第二开口。

本发明公开的静电纺丝装置的工作原理是：聚合物在料桶1内，通过灌注泵推动活塞2进入喷丝头3纺丝，高压供电装置9连接在喷丝头3上，接收板6通过接地电源线5接地，打开高压供电装置9的开关，在喷丝头3和接收板6之间形成了一个电场，使喷丝头3出口处的聚合物溶液在高压的作用下形成连续射流，经过摆动，蒸发，细化过程，最后在接收板6上收集到纳米级超细纤维。

在密闭的静电纺丝装置内，外界环境中气体的流动对射流稳定性的影响会减小。冷热源装置7通过加液管道71给密闭纺丝装置内加热或冷却并通过温度探测装置8探测密闭容器内的温度，温度可由湿度探测装置8的显示器读出，然后根据具体的要求调节冷热源装置7，使密闭纺丝装置内的温度达到要求的纺丝温度。

本发明实施例的静电纺丝装置通过将纺丝区域设计为由双层玻璃罩密闭的空间，夹层空间可通入不同的冷热源做循环加热或冷却反应，同时，设置的温度探测装置，可以简单快捷的反馈纺丝温度，以便于变换的朝夹层空间内通入冷源或热源。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明结构简单、操作方便、控制简单、工艺流程短。

（2）通过在纺丝区域加双层玻璃罩使得纺丝区域为密闭区域。

（3）通过设置测量密闭环境温度的温度探测装置，有利于简单快捷的知道密闭纺丝空间内的纺丝温度，便于冷热源装置变换的朝夹层空间内通入冷源或热源。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种静电纺丝装置，其包括料桶、设于料桶内且能在料桶内运动的活塞、设于料桶一端且与料桶连通的喷丝头、连接在喷丝头上的高压供电装置、对应喷丝头位置设置的接收板以及给接收板接地的接地电源线，其特征在于：所述静电纺丝装置还包括罩在喷丝头***以形成一片密闭纺丝区域的双层玻璃罩、位于双层玻璃罩之间的夹层空间以及探测密闭纺丝区域内温度的温度探测装置，所述夹层空间与一冷热源装置连接，所述冷热源装置根据温度探测装置的温度指示有选择的向夹层空间内输送冷源或热源，所述冷热源装置包括分别与夹层空间连通的加液管道及回流管道，所述加液管道、夹层空间以及回流管道共同形成一个冷源或热源的循环流通路径，所述夹层空间内设有一绝热层，所述绝热层将夹层空间划分成靠近纺丝区域的第一空间与相对远离纺丝区域的第二空间，所述第一空间与加液管道连通，所述第二空间与回流管道连通。

2.根据权利要求1所述静电纺丝装置，其特征在于：所述双层玻璃罩包括位于***的外玻璃罩及位于内侧的内玻璃罩，所述内玻璃罩包括前壁以及与前壁位置相对的后壁，所述喷丝头设置于前壁处，所述接收板与后壁固定连接在一起。

3.根据权利要求1所述静电纺丝装置，其特征在于：所述双层玻璃罩上对应喷丝头的位置设有供喷丝头伸入双层玻璃罩内的第一开口。

4.根据权利要求1所述静电纺丝装置，其特征在于：所述温度探测装置设置于双层玻璃罩的外部。

5.根据权利要求1所述静电纺丝装置，其特征在于：所述温度探测装置包括感应玻璃罩内温度的感应部以及显示感应部感应到的温度值的显示器，所述温度探测器还包括连接显示器与感应部的连接部。

6.根据权利要求5所述静电纺丝装置，其特征在于：所述感应部位于双层玻璃罩内，所述显示器位于双层玻璃罩外，所述双层玻璃罩上设有供连接部伸入双层玻璃罩内的第二开口。