CN105506759B - 静电纺丝机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种静电纺丝机，包括：纺丝液喷射装置；纤维接收装置，设置于所述纺丝液喷射装置下方；所述静电纺丝机还包括：电场发生装置，包括两个沿竖直方向设置的电极板，分布设置于所述纺丝液喷射装置和所述纤维接收装置之间的中轴线的两侧；磁场发生装置，包括两个沿竖直方向设置的磁极板，分布设置于所述中轴线的两侧；第一转动装置，用于带动所述磁极板沿所述中轴线作旋转运动。该静电纺丝机通过增加磁场发生装置和第一转动装置，使得磁场方向围绕该中轴线不停的改变，从而降低纺丝过程中纤维内部的各向异性，提高了纤维粗细均匀率以及成纤质量。

Description

静电纺丝机
技术领域
本发明涉及静电纺丝技术领域，具体涉及一种静电纺丝机。
背景技术
羊毛纤维是一种天然的优质的纺织纤维材料，其不仅具有较高的保暖性能，而且具有吸湿、柔软、色谱齐全的优点，深受广大消费者的喜爱。然而，我国每年都有大量的劣质毛、废旧毛、下脚毛等由于无法使用而被废弃，造成资源的大量浪费。
随着静电纺技术近年来的日趋成熟，目前技术人员开始尝试通过溶解废旧羊毛，并提取羊毛角蛋白来进行静电纺丝来制备羊毛纤维。然而，由于羊毛角蛋白的空间结构为α-螺旋结构，在传统的静电纺丝过程中，由于纺丝液存在较大表面张力，造成纤维内部各项异性的加大，从而造成粒状结构的出现，使得纤维结晶分布不匀，且纤维粗细不匀率增加，极大地限制了羊毛角蛋白的开发和利用。
为了提高静电纺丝的成纤质量，技术人员尝试对静电纺丝机的结构进行改进。例如，中国专利CN101871132A公开了一种微磁珠静电纺丝装置，利用微磁珠在扰动磁场作用下对浆料的顶推作用来产生微锥,避免了纺丝喷头、喷丝孔板等易堵塞结构,提高了纺丝装置的可靠性。再例如，中国专利CN101089254公开了一种磁流体静电纺丝装置，利用磁流体在磁场扰动作用下产生的微锥顶推来获得泰勒锥,避免了使用传统静电纺丝装置中的纺丝喷头、喷丝孔等故障易发结构,提高了装置的可靠性。
然而，上述静电纺丝装置并不能解决纤维的粗细不匀的问题，因此如何提供一种能够提高纤维粗细均匀率的静电纺丝装置，成为目前亟待解决的技术问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中静电纺丝装置制得的纤维存在粗细不匀的缺陷。
为此，本发明提供了一种静电纺丝机，包括：纺丝液喷射装置；纤维接收装置，设置于所述纺丝液喷射装置下方；所述静电纺丝机还包括：电场发生装置，包括两个沿竖直方向设置的电极板，分布设置于所述纺丝液喷射装置和所述纤维接收装置之间的中轴线的两侧；磁场发生装置，包括两个沿竖直方向设置的磁极板，分布设置于所述中轴线的两侧；第一转动装置，用于带动所述磁极板沿所述中轴线作旋转运动。
作为优选，所述磁极板设置于所述电极板的下方。
作为优选，两个所述电极板之间的间隔距离与两个所述磁极板之间的间隔距离相等。
作为优选，所述磁极板沿竖直方向上的长度为40～60mm，所述磁极板的转速为30-60r/min；两个所述磁极板之间的所述中轴线上的磁场强度为0.1～2T。
作为优选，所述静电纺丝机还包括第二转动装置，用于带动所述电极板沿所述中轴线作旋转运动。
作为优选，所述电极板与所述磁极板的旋转方向相反，且所述电极板与所述磁极板的转速相同。
作为优选，所述电极板沿竖直方向上的长度为40～60mm，所述电极板的转速为30-60r/min；两个所述电极板之间的所述中轴线上的电场强度为120～360KV/m。
作为优选，第一转动装置包括第一电机和第一转动件，所述第一转动件的一端固定于所述第一电极的转动轴上，另一端与两个所述磁极板相连；第二转动装置包括第二电机和第二转动件，所述第二转动件的一端固定于所述第二电极的转动轴上，另一端与两个所述电极板相连。
作为优选，所述静电纺丝机还包括计算机控制器，用于控制两个所述磁极板之间的磁场强度、两个所述电极板之间的电场强度以及所述电极板和所述磁极板的转速。
作为优选，所述电场发生装置还包括与两个电极板连接的电源，所述磁场发生装置还包括与两个所述磁极板连接的磁场发生器。
作为优选，所述纺丝液喷射装置包括注射器和注射泵，且所述注射器具有朝向所述纤维接收装置设置的喷头；所述纤维接收装置为收集板，所述喷头与所述收集板之间的垂直距离为8-20cm。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的静电纺丝机，通过增加磁场发生装置和第一转动装置，使得磁场方向围绕该中轴线不停的改变，从而降低纺丝过程中纤维内部的各向异性，提高了纤维粗细均匀率以及成纤质量。
本发明提供的静电纺丝机，通过增设第二转动装置，以带动所述电极板沿所述中轴线作旋转运动，使得电场的方向围绕该中轴线不停的改变，从而进一步降低纺丝过程中纤维内部的各向异性，并进一步提高了纤维粗细均匀率以及成纤质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明的第一种实施方式中提供的静电纺丝机的结构示意图；
图2为本发明的第二种实施方式中提供的静电纺丝机的结构示意图；
图3为采用本发明的第一种实施方式中提供的静电纺丝机和现有技术中静电纺丝机分别制得的羊毛角蛋白纳米纤维的SEM照片；
图4为采用本发明的第一种实施方式中提供的静电纺丝机和现有技术中静电纺丝机分别制得的羊毛角蛋白纳米纤维的红外光谱曲线。
1-纺丝液喷射装置；11-注射器；12-注射泵；13-喷头；2-纤维接收装置；3-电场发生装置；31-电极板；32-电源；4-磁场发生装置；41-磁极板；42-磁场发生器；5-第一转动装置；51-第一电机；52-第一转动件；6-第二转动装置；61-第二电机；62-第二转动件；7-计算机控制器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供了一种静电纺丝机如图1所示，包括：纺丝液喷射装置1；纤维接收装置2，设置于所述纺丝液喷射装置1下方；所述静电纺丝机还包括：电场发生装置3，包括两个沿竖直方向设置的电极板31，分布设置于所述纺丝液喷射装置1和所述纤维接收装置2之间的中轴线的两侧；磁场发生装置4，包括两个沿竖直方向设置的磁极板41，分布设置于所述中轴线的两侧；第一转动装置5，用于带动所述磁极板41沿所述中轴线作旋转运动。
本实施例提供的静电纺丝机，通过增加磁场发生装置和第一转动装置，使得磁场方向围绕该中轴线不停的改变，从而降低纺丝过程中纤维内部的各向异性，提高了纤维粗细均匀率以及成纤质量。
作为优选的实施方式，所述磁极板41设置于所述电极板31的下方。
这种设置方式使得由纺丝液喷射装置1得到的纤维先经过电极板31产生的电场，再经过磁极板41产生的磁场，从而更容易降低纺丝过程中纤维内部的各向异性，并进一步提高了纤维粗细均匀率以及成纤质量。
需要说明的是，所述磁极板41和所述电极板31之间的位置关系并不仅限于上述优选例。例如，作为变形的实施方式，所述磁极板41设置于所述电极板31的上方，或者处于同一水平面上。
作为优选的实施方式，两个所述电极板31之间的间隔距离与两个所述磁极板41之间的间隔距离相等。
上述设置方式有利于进一步降低纺丝过程中纤维内部的各向异性，并进一步提高纤维粗细均匀率以及成纤质量。
作为优选的实施方式，所述磁极板41沿竖直方向上的长度为40～60mm，所述磁极板41的转速为30-60r/min；两个所述磁极板41之间的所述中轴线上的磁场强度为0.1～2T。
上述各参数的具体大小可以根据纺丝液的浓度、纺丝速度等进行设定，而且本发明中各参数并不仅限于上述优选例。
作为优选的实施方式，第一转动装置5包括第一电机51和第一转动件52，所述第一转动件52的一端固定于所述第一电极51的转动轴上，另一端与两个所述磁极板41相连。
第一转动装置5并不仅限于上述优选例，只要是带动所述磁极板41沿所述中轴线作旋转运动的装置即可。
作为优选的实施方式，所述静电纺丝机还包括计算机控制器7，用于控制两个所述磁极板41之间的磁场强度、两个所述电极板31之间的电场强度以及所述电极板31和所述磁极板41的转速。
计算机控制器7便于对静电纺丝机进行自动化控制，有利于进一步提高成型纤维的质量。
作为优选的实施方式，所述电场发生装置3还包括与两个电极板31连接的电源32，所述磁场发生装置4还包括与两个所述磁极板41连接的磁场发生器42。
电源32和磁场发生器42可以采用现有技术中任何型号，其具体结构等在此不再赘述。
作为优选的实施方式，所述纺丝液喷射装置1包括注射器11和注射泵12，且所述注射器11具有朝向所述纤维接收装置2设置的喷头13；所述纤维接收装置2为收集板，所述喷头13与所述收集板之间的垂直距离为8-20cm。
纺丝液喷射装置1可以采用现有技术中任何型号，并不仅限于上述优选例。例如，作为变形的实施方式，所述注射器11具有朝向所述纤维接收装置2设置的多个喷头13。
实施例2
本实施例提供了一种静电纺丝机，如图2所示，包括：纺丝液喷射装置1；纤维接收装置2，设置于所述纺丝液喷射装置1下方；所述静电纺丝机还包括：电场发生装置3，包括两个沿竖直方向设置的电极板31，分布设置于所述纺丝液喷射装置1和所述纤维接收装置2之间的中轴线的两侧；磁场发生装置4，包括两个沿竖直方向设置的磁极板41，分布设置于所述中轴线的两侧；第一转动装置5，用于带动所述磁极板41沿所述中轴线作旋转运动；第二转动装置6，用于带动所述电极板31沿所述中轴线作旋转运动。
本实施例提供的静电纺丝机，通过增设第二转动装置，以带动所述电极板沿所述中轴线作旋转运动，使得电场的方向围绕该中轴线不停的改变，从而进一步降低纺丝过程中纤维内部的各向异性，并进一步提高了纤维粗细均匀率以及成纤质量。
作为优选的实施方式，所述磁极板41设置于所述电极板31的下方。
这种设置方式使得由纺丝液喷射装置1得到的纤维先经过电极板31产生的电场，再经过磁极板41产生的磁场，从而更容易降低纺丝过程中纤维内部的各向异性，并进一步提高了纤维粗细均匀率以及成纤质量。
需要说明的是，所述磁极板41和所述电极板31之间的位置关系并不仅限于上述优选例。例如，作为变形的实施方式，所述磁极板41设置于所述电极板31的上方，或者处于同一水平面上。
作为优选的实施方式，两个所述电极板31之间的间隔距离与两个所述磁极板41之间的间隔距离相等。
上述设置方式有利于进一步降低纺丝过程中纤维内部的各向异性，并进一步提高纤维粗细均匀率以及成纤质量。
作为优选的实施方式，所述磁极板41沿竖直方向上的长度为40～60mm，所述磁极板41的转速为30-60r/min；两个所述磁极板41之间的所述中轴线上的磁场强度为0.1～2T；所述电极板31沿竖直方向上的长度为40～60mm，所述电极板31的转速为30-60r/min；两个所述电极板31之间的所述中轴线上的电场强度为120～360KV/m
上述各参数的具体大小可以根据纺丝液的浓度、纺丝速度等进行设定，而且本发明中各参数并不仅限于上述优选例。
作为优选的实施方式，所述电极板31与所述磁极板41的旋转方向相反，且所述电极板31与所述磁极板41的转速相同或不相同。
作为变形的实施方式，所述电极板31与所述磁极板41的旋转方向相同，所述电极板31与所述磁极板41的转速相同或不相同。
作为优选的实施方式，第一转动装置5包括第一电机51和第一转动件52，所述第一转动件52的一端固定于所述第一电极51的转动轴上，另一端与两个所述磁极板41相连；第二转动装置6包括第二电机61和第二转动件62，所述第二转动件62的一端固定于所述第二电极61的转动轴上，另一端与两个所述电极板31相连。
第一转动装置5并不仅限于上述优选例，只要是带动所述磁极板41沿所述中轴线作旋转运动的装置即可。第二转动装置6也不仅限于上述优选例，只要是带动所述电极板31沿所述中轴线作旋转运动的装置即可。
作为优选的实施方式，所述静电纺丝机还包括计算机控制器7，用于控制两个所述磁极板41之间的磁场强度、两个所述电极板31之间的电场强度以及所述电极板31和所述磁极板41的转速。
计算机控制器7便于对静电纺丝机进行自动化控制，有利于进一步提高成型纤维的质量。
作为优选的实施方式，所述电场发生装置3还包括与两个电极板31连接的电源32，所述磁场发生装置4还包括与两个所述磁极板41连接的磁场发生器42。
电源32和磁场发生器42可以采用现有技术中任何型号，其具体结构等在此不再赘述。
作为优选的实施方式，所述纺丝液喷射装置1包括注射器11和注射泵12，且所述注射器11具有朝向所述纤维接收装置2设置的喷头13；所述纤维接收装置2为收集板，所述喷头13与所述收集板之间的垂直距离为8-20cm。
纺丝液喷射装置1可以采用现有技术中任何型号，并不仅限于上述优选例。例如，作为变形的实施方式，所述注射器11具有朝向所述纤维接收装置2设置的多个喷头13。
为了进一步说明本发明提供的静电纺丝机的技术效果，本发明还通过图1所示的静电纺丝机来纺制羊毛角蛋白纳米纤维。其中，电源为HV-20KV高精度可调高压稳压电源(电压为18KV)，长春艾克思科技有限责任公司产；注射泵为兰格微型实验室LSP01-2A单推注射泵，保定兰格恒流泵有限公司产；注射器为100ml医用注射器，注射器喷头内直径为0.45mm，纤维接收装置为金属铜板，上附锡箔纸，其中磁性板的长度为50mm，且两个磁性板板之间的距离为5mm，磁性板的转速为50r/min，中轴线磁场强度为0.35T。作为对照，本发明还通过现有技术中的技术纺丝机(高压稳恒电场，电压为18KV，无旋转；无磁场)单独纺制羊毛角蛋白纳米纤维。相关结果请见图3和图4。
图3中(a)为采用本发明的第一种实施方式中提供的静电纺丝机制得的羊毛角蛋白纳米纤维SEM照片,图3中(b)为采用现有技术中静电纺丝机制得的羊毛角蛋白纳米纤维SEM照片。通过图3中的比例，对静电纺羊毛角蛋白纳米纤维的相关参数进行统计分析，结果如表1所示。从表1可以看出，在传统静电纺工艺条件下纺制的羊毛角蛋白纳米纤维的最大直径、最小直径、平均直径与纤维粗细不匀率分别比在改进后的静电纺丝机纺制的羊毛角蛋白纳米纤维的高32.44％、40.69％、46.38％和54.17％。由此可知，改进后的静电纺丝机纺制的羊毛角蛋白纳米纤维的细度与不匀率更小，纤维的质量更高。从图3中也可以看出，改进后的静电纺丝机纺制的羊毛角蛋白纳米纤维粗细均匀，而在传统工艺条件下纺制的羊毛角蛋白纳米纤维纵向外观略显带状，说明改进后的静电纺丝机纺制出来的羊毛角蛋白纳米纤维受力的各向异性更加均衡，纤维的粗细不匀率降低，提高了成纤质量。
表1 静电纺羊毛角蛋白纳米纤维直径参数计算结果
图4中(a)为采用本发明的第一种实施方式中提供的静电纺丝机制得的羊毛角蛋白纳米纤维的红外光谱曲线,图4中(b)为采用现有技术中静电纺丝机制得的羊毛角蛋白纳米纤维的红外光谱曲线。从图4中可以明显看出，静电纺丝机改进前后纺制的羊毛角蛋白纳米纤维走势大致相同，均在酰胺Ⅰ带(1655cm-1)、酰胺Ⅱ带(1537cm-1，1621～1631cm-1)与酰胺Ⅲ带(1236cm-1，1520cm-1)附近有较强的吸收谱带。说明静电纺丝机改进前后纺制出来的羊毛角蛋白纳米纤维均存在β-折叠结构与α-螺旋结构的存在，而在1230cm-1、1540cm-1与1670cm-1附近的吸收谱带则证明羊毛角蛋白纳米纤维中无规则卷曲结构的存在。说明静电纺丝机改进前后纺制出来的羊毛角蛋白纳米纤维的分子结构是相同的。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种静电纺丝机，包括：
纺丝液喷射装置(1)；
纤维接收装置(2)，设置于所述纺丝液喷射装置(1)下方；
其特征在于，所述静电纺丝机还包括：
电场发生装置(3)，包括两个沿竖直方向设置的电极板(31)，分布设置于所述纺丝液喷射装置(1)和所述纤维接收装置(2)之间的中轴线的两侧；
磁场发生装置(4)，包括两个沿竖直方向设置的磁极板(41)，分布设置于所述中轴线的两侧；
第一转动装置(5)，用于带动所述磁极板(41)沿所述中轴线作旋转运动；
第二转动装置(6)，用于带动所述电极板(31)沿所述中轴线作旋转运动。
2.根据权利要求1所述的静电纺丝机，其特征在于，所述磁极板(41)设置于所述电极板(31)的下方。
3.根据权利要求1所述的静电纺丝机，其特征在于，两个所述电极板(31)之间的间隔距离与两个所述磁极板(41)之间的间隔距离相等。
4.根据权利要求1所述的静电纺丝机，其特征在于，所述磁极板(41)沿竖直方向上的长度为40～60mm，所述磁极板(41)的转速为30-60r/min；两个所述磁极板(41)之间的所述中轴线上的磁场强度为0.1～2T。
5.根据权利要求1所述的静电纺丝机，其特征在于，所述电极板(31)与所述磁极板(41)的旋转方向相反，且所述电极板(31)与所述磁极板(41)的转速相同。
6.根据权利要求1所述的静电纺丝机，其特征在于，所述电极板(31)沿竖直方向上的长度为40～60mm，所述电极板(31)的转速为30-60r/min；两个所述电极板(31)之间的所述中轴线上的电场强度为120～360KV/m。
7.根据权利要求1所述的静电纺丝机，其特征在于，第一转动装置(5)包括第一电机(51)和第一转动件(52)，所述第一转动件(52)的一端固定于所述第一电极(51)的转动轴上，另一端与两个所述磁极板(41)相连；第二转动装置(6)包括第二电机(61)和第二转动件(62)，所述第二转动件(62)的一端固定于所述第二电极(61)的转动轴上，另一端与两个所述电极板(31)相连。
8.根据权利要求1所述的静电纺丝机，其特征在于，所述静电纺丝机还包括计算机控制器(7)，用于控制两个所述磁极板(41)之间的磁场强度、两个所述电极板(31)之间的电场强度以及所述电极板(31)和所述磁极板(41)的转速。
9.根据权利要求1所述的静电纺丝机，其特征在于，所述电场发生装置(3)还包括与两个电极板(31)连接的电源(32)，所述磁场发生装置(4)还包括与两个所述磁极板(41)连接的磁场发生器(42)。
10.根据权利要求1所述的静电纺丝机，其特征在于，所述纺丝液喷射装置(1)包括注射器(11)和注射泵(12)，且所述注射器(11)具有朝向所述纤维接收装置(2)设置的喷头(13)；所述纤维接收装置(2)为收集板，所述喷头(13)与所述收集板之间的垂直距离为8-20cm。
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