CN105369366B - 一种多孔柔性管无针静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔柔性管无针静电纺丝装置，包括纺丝液储存室、液压泵、多孔柔性管、支撑框架、卡箍、高压静电发生器、接收网帘和导辊，液压泵与纺丝液储存室相连，进料口位于多孔柔性管一端，多孔柔性管通过绝缘材料的卡箍固定在支撑框架上，卡箍与支撑框架为螺纹连接，多孔柔性管另一端用管接头密封，高压静电发生器连接多孔柔性管外表面，接收装置位于多孔柔性管的正上方和正下方，导辊固定在支撑框架上，接收网帘固定在导辊上，随着导辊的滚动，接收网帘可以输出卷装的纳米纤维毡，接收网帘通过导线接地。本发明通过调控液压泵调节管内纺丝液背压可改变内管上的孔径，使用金属蛇皮管表面可形成多种形式分布的金属线棱，容易产生更多射流。

Description

一种多孔柔性管无针静电纺丝装置

技术领域

本发明涉及一种多孔柔性管无针静电纺丝装置，属于静电纺丝领域。

背景技术

静电纺丝是一种简单高效而又经济的制备纳米纤维的方法，其工艺原理是：在喷头和接收装置间施加高压静电场，被极化的流体在电场力作用下克服表面张力而产生带电喷射流，溶液或熔体射流在喷射过程中固化，最终落在接收装置上形成超细纤维。

传统针式静电纺丝生产效率低，产量小，因此限制了静电纺丝的工业化生产及其产品的推广应用。增加针头个数可以提高静电纺丝产量，但针头间距的限制会造成设备体积庞大；引入控制微流量供给的相关设施也会使得设备的结构更复杂；纺丝针头易堵塞，不易清洗。因此，研究者提出了多孔管及无针多射流静电纺丝装置。Varabhas等设计了一个多孔管静电纺装置，该方法采用两端密封的多孔中空硬管，电极置入管中，处于一定气压和电压下的液体从孔流出，形成均匀的射流。相比传统单针头静电纺，该方法可以提高纺丝产量，但硬管壁单孔也只能产生单射流，而且管内置电极接触面积较小，不易形成均匀电场，甚至会干扰流体流动特性，另外也存在小孔易堵塞的问题；无针多射流静电纺丝是利用高压电场在自由液体表面直接形成喷射流的纺丝方法，因其不受毛细作用力影响，其产量得到极大提高。但无针多射流静电纺丝的纺丝液微流量不可控，完全取决于自由涂盖的液膜厚度和电压大小，所以不能有效控制纤维直径和形态。

针对上述问题，本发明提出一种多孔柔性管无针静电纺丝装置。该装置的射流喷射器内管为多孔弹性管，通过孔径伸缩控制纺丝液流量；外层为蛇皮金属软管，对其施加高压静电后，金属层尖端会形成连续的带电多射流，可以大大提高纺丝产量；而且避免了针头堵塞的问题；另外，软管布置方式简单灵活，易扩展，为多种幅宽的纺丝设备搭建提供了便利，可实现静电纺丝工业化生产。

发明内容

本发明提出一种多孔柔性管无针静电纺丝装置，采用液压装置进料，使用多孔弹性管与蛇皮金属软管相结合的复合柔性管作为射流喷射器，相比传统单射流有针纺丝，不仅解决了产量低和针头易堵塞的问题，同时可以实现对纤维直径和形态的控制。该纺丝装置结构简单、易扩展、生产效率高，适宜于溶液的大批量静电纺丝。

本发明采用的技术方案是一种多孔柔性管无针静电纺丝装置，包括纺丝液储存室、液压泵、多孔柔性管、支撑框架、卡箍、高压静电发生器、接收网帘和导辊，液压泵与纺丝液储存室相连，进料口位于多孔柔性管一端，多孔柔性管通过绝缘材料的卡箍固定在支撑框架上，卡箍与支撑框架为螺纹连接，多孔柔性管另一端用管接头密封，高压静电发生器连接多孔柔性管外表面，接收网帘位于多孔柔性管的正上方和正下方，导辊固定在支撑框架上，接收网帘固定在导辊上，随着导辊的滚动，接收网帘可以输出卷装的纳米纤维毡，接收网帘通过导线接地。

本发明一种多孔柔性管无针静电纺丝装置，射流喷射器是多孔弹性管与蛇皮金属软管相结合的复合柔性管，内管为多孔弹性管，内管外壁包裹一层蛇皮金属软管。

本发明一种多孔柔性管无针静电纺丝装置，其中射流喷射器的多孔弹性内管可以是橡胶软管或者可伸缩编织软管，该部分的材料不与纺丝液发生化学反应；内管外壁包裹一层蛇皮金属软管，选用不与纺丝液发生反应的导电材料，并作防锈涂层处理。

本发明一种多孔柔性管无针静电纺丝装置，复合柔性管内管管壁上均布直径相同的小孔，通过调控液压泵调节管内纺丝液背压来改变孔径大小，实现对纺丝液流量的控制。

本发明一种多孔柔性管无针静电纺丝装置，复合柔性管外层的金属蛇皮管与高压静电发生器相连作为电极，接触面积大，蛇皮金属软管表面编织金属线端部产生的射流数目多，而且电场强度高，易于泰勒锥的形成。

本发明一种多孔柔性管无针静电纺丝装置，绝缘材料卡箍与支撑框架为螺纹连接，可调节柔性管与接收网帘间的距离。

本发明一种多孔柔性管无针静电纺丝装置，其优点在于通过调控液压泵调节管内纺丝液背压可改变内管上的孔径，不仅避免了小孔的堵塞，而且可通过孔径变化控制渗出的纺丝液流量；使用金属导线编制的蛇皮管表面可形成多种形式分布的金属线棱，能够满足纺丝液和高压电极的充分导通，并形成极高的电场强度，容易产生多射流；复合柔性管的多种布置方式可以满足不同形状纺丝喷头的排列，而且可以适合不同幅宽和图案化无纺布的接收。

附图说明

图1是本发明一种多孔柔性管无针静电纺丝装置总体结构示意图；

图2是图1所示的多孔柔性管的截面剖视图；

图3是图1所示的多孔柔性管外层的金属蛇皮软管编织的三种表面结构示意图，a为正交编织，b为菱形编织，c为螺旋缠绕；

图4是图1所示的多孔柔性管的两种布置方式示意图，a为螺旋型，b为弓型。

具体实施方案

本发明一种多孔柔性管无针静电纺丝装置，如图1为装置总体结构示意图，主要包括纺丝液储存室1、液压泵2、多孔柔性管4、支撑框架5、卡箍3、管接头9、高压静电发生器8、接收网帘7和导辊6。液压泵2与纺丝液储存室1相连，进料口位于多孔柔性管4一端，多孔柔性管4通过卡箍3固定在支撑框架5上，卡箍3与支撑框架5为螺纹连接，多孔柔性管4另一端用管接头9密封，多孔柔性管4外层的金属蛇皮软管10作为电极，且与高压静电发生器8相连，接收网帘位于多孔柔性管4的正上和正下方，导辊6固定在支撑框架5上，接收网帘7固定在导辊6上，接收网帘7通过导线接地。工艺流程为：首先，纺丝液12从纺丝液储存室1通过液压泵2进入多孔柔性管4；其次，见图2所示的多孔柔性管的截面剖视图，纺丝液12从内管11孔射出后在金属蛇皮软管10的金属层尖端形成带电细流，金属蛇皮软管10有三种表面结构，见图3所示的多孔柔性管外层的金属蛇皮软管的三种表面结构示意图，a为正交编织，b为菱形编织，c为螺旋缠绕；最后，纺丝液12在喷射过程中固化后，落在接收网帘7上形成超细纤维。通过调控液压泵2调节管内纺丝液12的压力来改变孔径大小，实现对纺丝液流量的控制。多孔柔性管4布置方式易扩展，如图4所示的多孔柔性管的两种布置方式示意图，a为螺旋型，b为弓型，螺旋型布置结构紧凑，设备体积较小，但射流间干扰较大，弓型布置可以有效缓解射流间的干扰，但空间利用率不高。多孔柔性管4与接收网帘7之间的距离可通过调节卡箍3的位置来控制。

Claims (6)

1.一种多孔柔性管无针静电纺丝装置，其特征在于：主要包括纺丝液储存室、液压泵、多孔柔性管、支撑框架、卡箍、高压静电发生器、接收网帘和导辊，液压泵与纺丝液储存室相连，进料口位于多孔柔性管一端，多孔柔性管壁上均布直径相同的小孔，多孔柔性管通过绝缘材料的卡箍固定在支撑框架上，卡箍与支撑框架为螺纹连接，多孔柔性管另一端用管接头密封，高压静电发生器连接多孔柔性管外表面，接收网帘位于多孔柔性管的正上方和正下方，导辊固定在支撑框架上，接收网帘固定在导辊上，随着导辊的滚动，接收网帘可以输出卷装的纳米纤维毡，接收网帘通过导线接地。

2.根据权利要求1所述的一种多孔柔性管无针静电纺丝装置，其特征在于：多孔柔性管为由多孔弹性管与蛇皮金属软管相结合的复合柔性管，内管为多孔弹性管，内管外壁包裹一层蛇皮金属软管。

3.根据权利要求2所述的一种多孔柔性管无针静电纺丝装置，其特征在于：多孔弹性管是橡胶软管或者可伸缩编织软管，该部分的材料不与纺丝液发生化学反应。

4.根据权利要求2所述的一种多孔柔性管无针静电纺丝装置，其特征在于：蛇皮金属软管选用不与纺丝液发生反应的导电材料，并作防锈涂层处理。

5.根据权利要求1所述的一种多孔柔性管无针静电纺丝装置，其特征在于：金属蛇皮软管编织的结构为正交编织、菱形编织或螺旋缠绕。

6.根据权利要求1所述的一种多孔柔性管无针静电纺丝装置，其特征在于：多孔柔性管的布置方式为螺旋型或为弓型。