CN107523887A - 环形静电喷丝机构以及静电喷丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及静电纺丝设备领域，提供了一种用于静电纺丝设备的环形静电喷丝机构以及包含该静电喷丝机构的静电喷丝装置。本发明提供的环形静电喷丝机构包括：n个相互独立的喷丝单元，与静电纺丝设备的高压直流电源的正极相连，用于将纺丝液喷丝形成纤维；以及p个预处理单元，用于将纤维固化处理，n个喷丝单元和p个预处理单元环形闭合设置形成中空腔，喷丝单元朝向中空腔的一侧设置有至少一个喷丝孔，n和p均为大于或等于1的自然数。本发明提供的环形静电喷丝装置包括：上述的环形静电喷丝机构；以及喷丝接收器，具有接收导线，该接收导线与静电纺丝设备的高压直流电源的负极相连，接收导线从中空腔内穿过，用于接收并转移纤维。

Description

环形静电喷丝机构以及静电喷丝装置

技术领域

本发明涉及静电纺丝设备领域，具体涉及一种环形静电喷丝机构以及包含该静电喷丝机构的静电喷丝装置。

背景技术

静电纺丝是一种用静电场把高分子溶液或熔体制备成纳米级或微米级尺寸纤维的纺丝技术，其基本原理为：在静电产生装置的作用下，电纺液喷丝装置和电纺纤维接收装置之间形成高压静电场，纺丝液在喷嘴处形成液滴并被充电，带电液滴在电场力的作用下被加速，当电场力足够大时，带电液滴克服表面张力形成带电射流，带电射流在静电纺丝空间运行时，伴随着溶剂的挥发而逐渐凝固，最终被接收装置收集，形成随机排列的纤维材料。

静电纺丝可以将大多数的高分子聚合物制备成纳米级或微米级纤维，该种纤维具有直径小、比表面积大等优异性能。取向静电纺纤维还具有优异的光学和电学特性。此外，静电纺纳米纤维纱线提高了纳米纤维束的力学性能，使其可以通过机织、针织等进行二次加工。近年来，静电纺纤维已广泛应用于仿生、组织工程、服装、军工等领域，并获得了快速发展。

中国发明专利CN104831434B公开了一种剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置，利用喇叭喷头的边缘与静电场结合的方式形成液膜的***成丝，并利用锥筒的旋转剪切对纳米丝束实施加捻成纱。该装置虽然可以实现单丝纳米化和高强度的纺丝以及加捻汇聚成纱，但无法实现大规模的工业化生产，对喷头的要求也非常高。

随着纤维多样化的发展，静电纺丝设备也更加多样化，多喷头静电纺丝设备也可以实现大规模的生产静电纺纤维，也可以调整接收材料具有特定图案，使其具有更多方面的应用。但是，由于不同的聚合物需使用不同的喷头，现有的多喷头静电纺丝设备的机头更换较为不方便，在大批量生产时也难以实时调整，无法胜任多样化生产的需求。

发明内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本发明要解决的技术问题是提供一种环形静电喷丝机构以及包含该静电喷丝机构的静电喷丝装置。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种环形静电喷丝机构，用于静电纺丝设备，其特征在于，包括：n个相互独立的喷丝单元，与静电纺丝设备的高压直流电源的正极相连，用于将纺丝液喷丝形成纤维；以及p个预处理单元，用于将纤维固化处理，其中，n个喷丝单元和p个预处理单元环形闭合设置形成中空腔，喷丝单元朝向中空腔的一侧设置有至少一个喷丝孔，n和p均为大于或等于1的自然数。

本发明提供的环形静电喷丝机构，还可以具有这样的特征：其中，喷丝单元包括：喷丝箱，呈扇形柱体状，用于储存纺丝液；以及喷丝板，可拆卸地设置在喷丝箱朝向中空腔的一侧上，设置有喷丝孔，喷丝箱朝向中空腔的侧壁上设置有与喷丝板上的喷丝孔一一对应的出液孔，喷丝孔通过出液孔与喷丝箱的内部相连通，喷丝板为由导电性材料制成的板，与静电纺丝设备的高压直流电源的正极相连。

本发明提供的环形静电喷丝机构，还可以具有这样的特征：其中，喷丝箱内设置有竖向隔板，将喷丝箱的内部空间分成靠近中空腔的喷丝腔室和远离中空腔的加压腔室，喷丝腔室和加压腔室在竖向隔板的一端处相连通，出液孔与喷丝腔室相连通。

本发明提供的环形静电喷丝机构，还可以具有这样的特征：还包括：n个加压单元，分别与喷丝箱对应设置，用于向所对应的喷丝箱供压，使加压腔室内的纺丝液在压力作用下流向喷丝腔室内且喷丝腔室内的纺丝液在压力作用下喷出，其中，加压单元包括活动设置在加压腔室内的加压横板以及用于驱动加压横板在加压腔室内上下移动的加压横板驱动部件，加压横板驱动部件设置在所对应的喷丝箱的端部。

本发明提供的环形静电喷丝机构，还可以具有这样的特征：其中，喷丝板的左、右两侧上均设置有卡扣，喷丝箱靠近中空腔的一侧上设置有与卡扣相匹配的竖向卡槽，喷丝板通过卡扣活动插置在所对应的竖向卡槽内而安装在喷丝箱上且沿着喷丝箱上下移动。

本发明提供的环形静电喷丝机构，还可以具有这样的特征：还包括：n个喷丝板驱动部件，分别与喷丝箱对应设置，用于驱动喷丝板沿着所对应的喷丝箱上下移动，其中，喷丝板驱动部件设置在所对应的喷丝箱的端部，并且与所对应的喷丝板的端部可拆卸连接。

本发明提供的环形静电喷丝机构，还可以具有这样的特征：还包括：n个喷丝控制单元，分别与喷丝单元对应设置，其中，喷丝控制单元包括呈扇形柱体状的喷丝控制箱以及设置在喷丝控制箱内的主控芯片、液位感应器和压力感应器，喷丝控制箱设置在所对应的喷丝箱的端部，液位感应器与主控芯片通信连接，用于检测所对应的喷丝箱内的纺丝液的高度，压力感应器与主控芯片通信连接，用于检测所对应的喷丝箱内的纺丝液的压力。

本发明提供的环形静电喷丝机构，还可以具有这样的特征：其中，预处理单元包括呈扇形柱体状的预处理箱以及设置在预处理箱内的温湿度感应装置、红外线加热装置和湿度处理装置，预处理箱朝向中空腔的侧壁上设置有至少一个长条通孔，用于使预处理控制箱与中空腔相连通，温湿度感应装置用于检测中空腔内的温湿度，红外线加热装置与温湿度感应装置通信连接，用于对中空腔进行加热，湿度处理装置与温湿度感应装置通信连接，用于对中空腔内的湿度进行调整。

本发明提供的环形静电喷丝机构，还可以具有这样的特征：其中，喷丝孔的横截面形状为多边形、圆形和椭圆形中的任一种或多种。

本发明还提供了一种环形静电喷丝装置，用于静电纺丝设备，其特征在于，包括：环形静电喷丝机构；以及喷丝接收器，具有接收导线，该接收导线与静电纺丝设备的高压直流电源的负极相连，用于接收并转移纤维，其中，环形静电喷丝机构为上述任一项的环形静电喷丝机构，接收导线从中空腔内穿过。

发明作用与效果

本发明涉及的环形静电喷丝机构以及包含该静电喷丝机构的静电喷丝装置，首先，因为设置有n个模块化的喷丝单元和p模块化的预处理单元，n个喷丝单元和p预处理单元环形密合设置形成作为喷丝空间的中空腔，喷丝单元朝向中空腔的一侧设置有喷丝孔，省去了现有技术中的喷头，方便大批量生产，也大大降低了生产成本；而且，通过更换喷丝单元和调配纺丝液，能够方便地生产各种规格的产品，提高了生产纤维材料的多样性。

其次，由于喷丝箱内设置有竖向隔板而将喷丝箱的内部空间分成喷丝腔室和加压腔室，加压腔室内设置有加压横板，能够方便地对喷丝箱供压，使加压腔室内的纺丝液在压力作用下流向喷丝腔室内且喷丝腔室内的纺丝液在压力作用下喷出形成纤维。

再次，由于喷丝板的左、右两侧上均设置有卡扣，喷丝箱靠近中空腔的一侧上设置有与卡扣相匹配的竖向卡槽，喷丝板通过卡扣活动插置在所对应的竖向卡槽内而安装在喷丝箱上且沿着喷丝箱上下移动，能够方便地将喷丝孔与出液孔相对合或错开，以使喷丝孔与喷丝箱的内部相连通或断开。

附图说明

图1是本发明的实施例中环形静电喷丝装置的立体结构示意图；

图2是本发明的实施例中喷丝单元的立体结构示意图；

图3是本发明的实施例中喷丝箱的侧视剖面图；

图4是本发明的实施例中喷丝控制单元的立体结构示意图；

图5是本发明的实施例中接收导线的横截面示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

<实施例一>

图1是本发明的实施例中环形静电喷丝装置的立体结构示意图。

如图1所示，一种环形静电喷丝装置1000包括环形静电喷丝机构100和喷丝接收器200。

如图1所示，环形静电喷丝机构100包括固定支架(图中未示出)以及可拆卸地安装在固定支架上的n个相互独立的喷丝单元10、p个预处理单元20和n+p个喷丝控制单元30。

n个喷丝单元10和p个预处理单元20环形闭合设置形成作为静电喷丝空间的中空腔101，n+p个喷丝控制单元30环形设置且分别与n个喷丝单元10和p个预处理单元20对应设置。其中，n、p均为大于或等于1的自然数。本实施例中，采用6个喷丝单元10和2个预处理单元20。

图2是本发明的实施例中喷丝单元的立体结构示意图；

图3是本发明的实施例中喷丝箱的侧视剖面图。

如1至图3所示，喷丝单元10用于将纺丝液喷丝形成纤维，包括呈扇形柱体状的喷丝箱11和可拆卸地设置在喷丝箱11朝向中空腔101的一侧上的喷丝板12。

喷丝箱11用于储存纺丝液，其朝向中空腔101的侧壁上设置有至少一个出液孔11a(见图3)。

喷丝板12上设置有与出液孔11a一一对应设置的喷丝孔12a(见图2)，喷丝孔12a通过出液孔11a与喷丝箱11的内部相连通。

喷丝板12为由导电性材料制成的板；工作时，喷丝板12与静电纺丝设备的高压直流电源的正极相连。

喷丝孔12a的横截面形状为多边形(如三角形、四方形等)、圆形和椭圆形中的任一种或多种，喷丝孔12a的横截面形状对所喷出的纤维的横截面形状将会产生塑形影响。由于喷丝板12与喷丝箱11之间可拆卸连接，可以根据需要，更换不同喷丝孔的喷丝板12。对不同的喷丝板12，其喷丝孔12a的设计可以有所不同，能够更好地满足使用需求。

如图1所示，预处理单元20用于调控中空腔101内的温湿度以对从喷丝孔12a喷出的液态丝进行固化处理而形成纤维，包括预处理箱21以及设置在预处理箱21内的温湿度感应装置、红外线加热装置和湿度处理装置(图中未示出)。

预处理箱21呈扇形柱体状，其尺寸与喷丝箱11的尺寸相匹配。预处理箱21朝向中空腔101的侧壁上设置有至少一个长条通孔21a，以使预处理控制箱21与中空腔101相连通。

温湿度感应装置用于检测中空腔101内的温湿度。

红外线加热装置与温湿度感应装置通信连接，用于对中空腔101进行加热。

湿度处理装置与温湿度感应装置通信连接，用于对中空腔101内的湿度进行调整。

图4是本发明的实施例中喷丝控制单元的立体结构示意图。

如1和图4所示，喷丝控制单元30分别与喷丝单元10和预处理单元20对应设置，用于检测和控制所对应的喷丝箱11内的液位和压力等参数以保证喷丝孔正常喷丝，包括喷丝控制箱31以及设置在喷丝控制箱31内控制盒32，该控制盒内32内设置有主控芯片、液位感应器和压力感应器。

喷丝控制箱31呈扇形柱体状，其尺寸与喷丝箱11和预处理箱21的尺寸相匹配。喷丝控制箱31设置在所对应的喷丝箱11的一端部，本实施例中，喷丝控制箱31设置在所对应的喷丝箱11的下端部。

液位感应器与主控芯片通信连接，用于检测相对应的喷丝箱11内的纺丝液的高度。

压力感应器与主控芯片通信连接，用于检测相对应的喷丝箱11内的纺丝液的压力。

图5是本发明的实施例中接收导线的横截面示意图。

如图1和图5所示，喷丝接收器200具有接收导线210，该接收导线210沿所述中空腔101的轴线从中空腔101内穿过，用于接收并转移纤维。

接收导线210包括导电芯线211和包裹在该导线芯线211的外表面的外缘外层212。工作时，导电芯线211与静电纺丝设备的高压直流电源的负极相连。

<实施例二>

本实施例二是实施例一的进一步改进，对于与实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

如图2所示，喷丝板12的左、右两侧上均设置有卡扣(图中未示出)，喷丝箱11靠近中空腔101的一侧上设置有与该卡扣相匹配的竖向卡槽11b，喷丝板12通过卡扣活动插置在所对应的竖向卡槽11b内而安装在喷丝箱11上且沿着喷丝箱11上下移动，以使喷丝孔12a与出液孔11相对合或错开。

每个喷丝箱11的端部对应设置有用于驱动喷丝板12沿着喷丝箱11上下移动的喷丝板驱动部件，该喷丝板驱动部件与所对应的喷丝板的端部可拆卸连接。

如图4所示，本实施例中，喷丝板驱动部件为设置在所对应的喷丝控制箱31朝向中空腔101的一侧上的竖向推杆40。该竖向推杆40由导电材料制成；工作时，竖向推杆40与静电纺丝设备的高压直流电源的负极相连。

<实施例三>

本实施例三是实施例一和实施例二的进一步改进，对于与实施例一和实施例二中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

如图3所示，喷丝箱11内设置有竖向隔板11c，将喷丝箱11的内部空间分成喷丝腔室11d和加压腔室11e。喷丝腔室11d靠近中空腔101，出液孔11a与喷丝腔室11d相连通；加压腔室11e远离中空腔101的加压腔室11e，喷丝腔室11d和增加腔室11e在竖向隔板11c的上端处相连通。

本实施例中，竖向隔板11c靠近喷丝箱11朝向中空腔101的侧壁，即喷丝腔室11d的体积远小于加压腔室11e的体积，以便充分利用纺丝液，提高纺丝液的利用率，即使喷丝箱11还剩余较少的纺丝液，也能保证喷丝板12上的所有喷丝孔12a正常喷丝。

每个喷丝箱11对应设置有加压单元，用于向所对应的喷丝箱供压，使加压腔室内的纺丝液在压力作用下流向喷丝腔室内且喷丝腔室内的纺丝液在压力作用下喷出，包括活动设置在加压腔室11e内的加压横板11f以及用于驱动加压横板11f在加压腔室11e内上下移动的加压横板驱动部件，该加压横板驱动部件设置在所对应的喷丝箱11的一端部。

如图4所示，加压横板驱动部件为设置在所对应的喷丝控制箱31内的波纹管状气囊50，该波纹管状气囊50的上端伸入加压腔室11e内且与加压横板11f相连接。工作时，波纹管状气囊50与外部的气压装置相连通。

实施例作用与效果

本实施例涉及的环形静电喷丝机构以及包含该静电喷丝机构的静电喷丝装置，首先，因为设置有n个模块化的喷丝单元和p模块化的预处理单元，n个喷丝单元和p预处理单元环形密合设置形成作为喷丝空间的中空腔，喷丝单元朝向中空腔的一侧设置有喷丝孔，省去了现有技术中的喷头，方便大批量生产，也大大降低了生产成本；而且，通过更换喷丝单元和调配纺丝液，能够方便地生产各种规格的产品，提高了生产纤维材料的多样性。

其次，由于喷丝箱内设置有竖向隔板而将喷丝箱的内部空间分成喷丝腔室和加压腔室，加压腔室内设置有加压横板，能够方便地对喷丝箱供压，使加压腔室内的纺丝液在压力作用下流向喷丝腔室内且喷丝腔室内的纺丝液在在压力作用下喷出形成纤维。

再次，由于喷丝板的左、右两侧上均设置有卡扣，喷丝箱靠近中空腔的一侧上设置有与卡扣相匹配的竖向卡槽，喷丝板通过卡扣活动插置在所对应的竖向卡槽内而安装在喷丝箱上且沿着喷丝箱上下移动，能够方便地将喷丝孔与出液孔相对合或错开，以使喷丝孔与喷丝箱的内部相连通或断开。

Claims (10)

1.一种环形静电喷丝机构，用于静电纺丝设备，其特征在于，包括：

n个相互独立的喷丝单元，与所述静电纺丝设备的高压直流电源的正极相连，用于将纺丝液喷丝形成纤维；以及

p个预处理单元，用于将所述纤维固化处理，

其中，n个所述喷丝单元和p个所述预处理单元环形闭合设置形成中空腔，

所述喷丝单元朝向所述中空腔的一侧设置有至少一个喷丝孔，

所述n和所述p均为大于或等于1的自然数。

2.根据权利要求1所述的环形静电喷丝机构，其特征在于：

其中，所述喷丝单元包括：

喷丝箱，呈扇形柱体状，用于储存所述纺丝液；以及

喷丝板，可拆卸地设置在所述喷丝箱朝向所述中空腔的一侧上，设置有所述喷丝孔，

所述喷丝箱朝向所述中空腔的侧壁上设置有与所述喷丝板上的所述喷丝孔一一对应的出液孔，所述喷丝孔通过所述出液孔与所述喷丝箱的内部相连通，

所述喷丝板为由导电性材料制成的板，与所述静电纺丝设备的高压直流电源的正极相连。

3.根据权利要求2所述的环形静电喷丝机构，其特征在于：

其中，所述喷丝箱内设置有竖向隔板，将所述喷丝箱的内部空间分成靠近所述中空腔的喷丝腔室和远离所述中空腔的加压腔室，

所述喷丝腔室和所述加压腔室在所述竖向隔板的一端处相连通，

所述出液孔与所述喷丝腔室相连通。

4.根据权利要求3所述的环形静电喷丝机构，其特征在于，还包括：

n个加压单元，分别与所述喷丝箱对应设置，用于向所对应的所述喷丝箱供压，使所述加压腔室内的纺丝液在压力作用下流向所述喷丝腔室内且所述喷丝腔室内的纺丝液在压力作用下喷出，

其中，所述加压单元包括活动设置在所述加压腔室内的加压横板以及用于驱动所述加压横板在所述加压腔室内上下移动的加压横板驱动部件，

所述加压横板驱动部件设置在所对应的所述喷丝箱的端部。

5.根据权利要求2所述的环形静电喷丝机构，其特征在于：

其中，所述喷丝板的左、右两侧上均设置有卡扣，

所述喷丝箱靠近所述中空腔的一侧上设置有与所述卡扣相匹配的竖向卡槽，

所述喷丝板通过所述卡扣活动插置在所对应的所述竖向卡槽内而安装在所述喷丝箱上且沿着所述喷丝箱上下移动。

6.根据权利要求5所述的环形静电喷丝机构，其特征在于，还包括：

n个喷丝板驱动部件，分别与所述喷丝箱对应设置，用于驱动所述喷丝板沿着所对应的所述喷丝箱上下移动，

其中，所述喷丝板驱动部件设置在所对应的所述喷丝箱的端部，并且与所对应的所述喷丝板的端部可拆卸连接。

7.根据权利要求2所述的环形静电喷丝机构，其特征在于，还包括：

n个喷丝控制单元，分别与所述喷丝单元对应设置，

其中，所述喷丝控制单元包括呈扇形柱体状的喷丝控制箱以及设置在所述喷丝控制箱内的主控芯片、液位感应器和压力感应器，

所述喷丝控制箱设置在所对应的喷丝箱的端部，

所述液位感应器与所述主控芯片通信连接，用于检测所对应的所述喷丝箱内的所述纺丝液的高度，

所述压力感应器与所述主控芯片通信连接，用于检测所对应的所述喷丝箱内的所述纺丝液的压力。

8.根据权利要求1所述的环形静电喷丝机构，其特征在于：

其中，所述预处理单元包括呈扇形柱体状的预处理箱以及设置在所述预处理箱内的温湿度感应装置、红外线加热装置和湿度处理装置，

所述预处理箱朝向所述中空腔的侧壁上设置有至少一个长条通孔，用于使所述预处理控制箱与所述中空腔相连通，

所述温湿度感应装置用于检测所述中空腔内的温湿度，

所述红外线加热装置与所述温湿度感应装置通信连接，用于对所述中空腔进行加热，

所述湿度处理装置与所述温湿度感应装置通信连接，用于对所述中空腔内的湿度进行调整。

9.根据权利要求1所述的环形静电喷丝机构，其特征在于：

其中，所述喷丝孔的横截面形状为多边形、圆形和椭圆形中的任一种或多种。

10.一种环形静电喷丝装置，用于静电纺丝设备，其特征在于，包括：

环形静电喷丝机构；以及

喷丝接收器，具有接收导线，该接收导线与所述静电纺丝设备的高压直流电源的负极相连，用于接收并转移所述纤维，

其中，所述环形静电喷丝机构为权利要求1至9中任一项所述的环形静电喷丝机构，

所述接收导线从所述中空腔内穿过。