CN110284205B - 一种涂抹式循环供液装置以及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涂抹式循环供液装置以及使用方法，包括供液基座，供液基座上端设置有溶液回收腔室，溶液回收腔室的开口上方设置有涂抹刷头，供液基座下部内安装有储液缸，储液缸通过回收管与溶液回收腔室底部相连，供液基座下部的一侧安装有供液泵，供液泵与储液缸连通，供液泵通过供液管将储液缸内的溶液供给于涂抹刷头。本发明采用涂抹式循环供液，避免了针头式喷头易堵塞的问题，且与自由液面供液方式不同，每次涂抹薄薄一层溶液以供纺丝，其余溶液回收至储液缸，实现循环供液，减少溶液的浪费，且剩余溶液不暴露在空气中，挥发减少，保证剩余溶液的浓度一致，减少环境污染，喷头上的溶液不易固化，形成的纳米纤维膜的质量更加稳定。
Description
技术领域
本发明涉及静电纺丝技术领域，特别是涉及一种涂抹式循环供液装置以及使用方法。
背景技术
静电纺丝是当前一种最通用的纺制纳米纤维的技术，其产品具有非常优异的性能，如有极大的比表面积，可以灵活地进行表面功能化整理以及优异的力学行为等，可以应用到组织工程、伤口敷料、药物释放、过滤材料、复合增强材料、传感器等。由于静电纺丝工艺简单，制备流程比传统常规纺丝短，制品功能优异，自Anton formhals1934年获得美国专利以来，静电纺丝一直是纤维科学家和纺织开发人员长期以来的奋斗目标。该类纳米纤维将成为我国新世纪的主导产品。市场潜力巨大，前景十分广阔。
传统的单针头静电纺丝装置由高压电源***、供液***和收集***三部分组成。供液***包括注射泵、医用针管及中空金属针头，将需要纺丝的材料首先溶解在适当的溶剂中，并加入到连接中空金属针头的针管中。在金属针头施加高压，并将接收装置接地，从而在金属针头和接收装置间形成高压电场。高压电场对液滴的电场力与液体表面张力的作用方向相反，在液滴表面产生一个向外的力，使喷射口的液滴由半球形逐渐变为锥形(Taylor 锥)。当电场逐渐增加到足以克服溶液的表面张力、黏滞力等作用时，射流就从液滴表面喷出，经历鞭动而后固化形成纳米纤维，沉积到收集装置。
然而单针头静电纺丝装置得到的纳米纤维产量很低，难以满足纳米纤维工业化应用的需求，且容易发生堵塞，不利于连续纺丝。关于最早实现了静电纺丝纳米纤维批量化制备商业化的装置是Elmarco公司依托捷克利贝雷茨工科大学开发的Nanospider静电纺丝装置，随后以下现有技术公开：
专利CN 104862788 A公开了一种喷气辅助多针头静电纺丝装置及其制备纳米纤维网的方法，该装置可以提高纳米纤维的产量，但由于针头的使用还是存在针头容易堵塞及多针头间的相互干扰的缺点，纳米纤维的分布容易不匀，且针头的排列方式影响因素复杂。
专利CN205856663U公开了一种多孔型锥形静电纺丝喷头装置，在锥形喷头表面开有多个孔，多个针头的排布减少了针头堵塞的问题，但溶液供液控制较为复杂且射流间的距离较近，外圈的射流将被内圈排斥，纤维分布不均匀且不够集中。
专利CN 102660783 A公开了一种多孔气泡静电纺丝装置，该装置通过在液槽底部通入空气在高聚物自由液面形成气泡产生射流，通过该方法来提高纳米纤维的产量，但是气泡的形成和破裂是随机而不稳定的，因此该装置的纺丝射流在纺丝过程中易出现不稳定的问题，同时高聚物自由液面与空气接触范围较大，溶剂易挥发。
专利ZL201310032194.9公开了一种伞状静电纺丝喷头及静电纺丝方法，这种方法可以实现纳米纤维的批量化制备，但最大缺点是伞状喷头的溶液自由表面与大气环境接触，溶剂极易挥发，从而会影响到纳米纤维的质量。
因此，目前批量化制备纳米纤维的喷头最大的困难如何在解决喷头堵塞的问题的同时减少溶液与空气的接触面，保持溶液的浓度相同，保证制备纳米纤维的质量的稳定。而实现此目的的手段需改变传统的针头式或自由液面式供液方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种涂抹式循环供液装置以及使用方法，采用涂抹式循环供液，避免了针头式喷头易堵塞的问题，且与自由液面供液方式不同，每次涂抹薄薄一层溶液以供纺丝，其余溶液回收至储液缸，实现循环供液，减少溶液的浪费，且剩余溶液不暴露在空气中，挥发减少，保证剩余溶液的浓度一致，减少环境污染。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种涂抹式循环供液装置，包括供液泵、储液缸和供液基座，所述的供液基座上端设置有溶液回收腔室，该溶液回收腔室的开口上方设置有涂抹刷头，所述的供液基座下部内安装有储液缸，该储液缸通过回收管与溶液回收腔室底部相连，所述的供液基座下部的一侧安装有供液泵，该供液泵与储液缸连通，所述的供液泵通过供液管将储液缸内的溶液供给于涂抹刷头。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，还包括底板，所述的底板上端安装有供液底座以及驱动供液底座横向往复滑动的动力机构，该供液底座上端安装有供液基座。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的底板上端并排开有两个横向布置的沟槽，所述的供液底座底部设置有与沟槽相配的长条状凸起。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的溶液回收腔室的内壁上并排布置有两个刮刀，两个刮刀位于涂抹刷头的下方。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的刮刀采用不锈钢材质，所述的刮刀上端呈尖刀状。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的涂抹刷头整体采用聚四氟乙烯材料，该涂抹刷头下部的接触端采用硅胶材质。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的供液基座上端位于溶液回收腔室开口的两侧对称开有上缺口，所述的供液基座上端安装有储液盖，该储液盖下端的两侧对称开有下缺口。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的回收管与储液缸相连的一端安装有过滤片。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的一种涂抹式循环供液装置的使用方法，包括以下步骤：
(1)将配置好的纺丝溶液注入储液缸，供液泵打开通过供液管将纺丝溶液输送到涂抹刷头，调整涂抹刷头与喷头的间隙，调节合适流量；
(2)多余的溶液滴下，刮刀将喷头底部的溶液一并刮除，多余的溶液落入溶液回收腔室，通过回收管经过过滤片流回储液缸，实现溶液的回收，循环供液。
(3)驱使供液底座带动供液装置做往复横向运动，为喷头涂抹供液。
有益效果：本发明涉及一种涂抹式循环供液装置以及使用方法，采用涂抹式循环供液，避免了针头式喷头易堵塞的问题，且与自由液面供液方式不同，每次涂抹薄薄一层溶液以供纺丝，其余溶液回收至储液缸，实现循环供液，减少溶液的浪费，且剩余溶液不暴露在空气中，挥发减少，保证剩余溶液的浓度一致，减少环境污染。采用本发明的供液装置以及方法制得纳米纤维，喷头上的溶液不易固化，形成的纳米纤维膜的质量更加稳定，不受纺丝时间的影响，可持续纺丝。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明使用状态的结构示意图；
图3是本发明所述的刮刀的结构示意图；
图4是本发明所述的储液盖的结构示意图。
图示：1、喷头支架，2、喷头，3、供液底座，4、涂抹式循环供液装置，5、储液盖，6、高压电源，7、沟槽，8、供液泵，9、供液管，10、储液缸，11、过滤片，12、回收管，13、涂抹刷头，14、溶液回收腔室，15、刮刀，16、供液基座，17、上缺口，18、下缺口，19、长条状凸起，20、底板。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种涂抹式循环供液装置以及使用方法，如图1-4所示，包括供液泵8、储液缸10和供液基座16，所述的供液基座16上端设置有溶液回收腔室14，该溶液回收腔室14的开口上方设置有涂抹刷头13，所述的供液基座16下部内安装有储液缸 10，该储液缸10通过回收管12与溶液回收腔室14底部相连，所述的供液基座16下部的一侧安装有供液泵8，该供液泵8与储液缸10连通，所述的供液泵8通过供液管9将储液缸10内的溶液供给于涂抹刷头13。喷头2嵌入供液盖5与溶液回收腔室14之间，涂抹刷头13置于喷头2正上方。
还包括底板20，所述的底板20上端安装有供液底座3以及驱动供液底座3横向往复滑动的动力机构，该供液底座3上端安装有供液基座16。动力机构可以是电机、螺杆配合，实现供液底座3横向滑动
所述的底板20上端并排开有两个横向布置的沟槽7，所述的供液底座3底部设置有与沟槽7相配的长条状凸起19。
所述的溶液回收腔室14的内壁上并排布置有两个刮刀15，两个刮刀15位于涂抹刷头 13的下方。两个刮刀15位于喷头2正下方。
所述的刮刀15采用不锈钢材质，所述的刮刀15上端呈尖刀状。
所述的涂抹刷头13整体采用聚四氟乙烯材料，该涂抹刷头13下部的接触端采用硅胶材质。
所述的供液基座16上端位于溶液回收腔室14开口的两侧对称开有上缺口17，所述的供液基座16上端安装有储液盖5，该储液盖5下端的两侧对称开有下缺口18。
所述的回收管12与储液缸10相连的一端安装有过滤片11。
所述的一种涂抹式循环供液装置的使用方法，包括以下步骤：
(1)将配置好的纺丝溶液注入储液缸10，供液泵8打开通过供液管9将纺丝溶液输送到涂抹刷头13，调整涂抹刷头13与喷头2的间隙，调节合适流量；
(2)多余的溶液滴下，刮刀15将喷头2底部的溶液一并刮除，多余的溶液落入溶液回收腔室14，通过回收管12经过过滤片11流回储液缸10，实现溶液的回收，循环供液。
(3)驱使供液底座3带动供液装置4沿沟槽7轨迹做往复横向运动，为喷头2涂抹供液。
图2是应用到涂抹式循环供液装置4应用到静电纺丝装置的结构示意图，如图2所示，静电纺丝装置包括喷头底座、喷头2、供液底座3、涂抹式循环供液装置4和高压电源6，所述的喷头底座包括喷头支架1和底板20，所述的底板20上端的两侧对称布置有两个喷头支架1，两个喷头支架1上端之间安装有喷头2，所述的喷头2一端连接有高压电源6，所述的底板20上端位于两个喷头支架1之间安装有横向往复滑动的供液底座3，该供液底座3上安装有涂抹式循环供液装置4，所述的涂抹式循环供液装置4给喷头2涂抹式供液。
静电纺丝装置的使用方法，包括以下步骤：
(1)将纺丝溶液注入涂抹式循环供液装置，将涂抹式循环供液装置的供液泵8打开将纺丝溶液输送到喷头2上方，调节合适流量；
(2)驱使供液底座3带动供涂抹式循环供液装置沿底板20的沟槽7轨迹做横向往复运动，并启动纤维收集机构；驱动供液底座3横向往复运动的动力装置可以是采用电机与丝杆配合，也可以是电机与齿轮配合。
(3)打开高压电源6，调节高压至多根纺丝溶液射流从喷头2喷出，并在纤维收集机构上沉积得到纳米纤维膜。
采用上述装置进行供液，溶液选用质量浓度为10％的聚丙烯腈(PAN)的N，N二甲基甲酰胺(DMF)溶液。
Claims (8)
1.一种涂抹式循环供液装置，包括供液泵(8)、储液缸(10)和供液基座(16)，其特征在于：所述的供液基座(16)上端设置有溶液回收腔室(14)，该溶液回收腔室(14)的开口上方设置有涂抹刷头(13)，所述的供液基座(16)下部内安装有储液缸(10)，该储液缸(10)通过回收管(12)与溶液回收腔室(14)底部相连，所述的供液基座(16)下部的一侧安装有供液泵(8)，该供液泵(8)与储液缸(10)连通，所述的供液泵(8)通过供液管(9)将储液缸(10)内的溶液供给于涂抹刷头(13)，还包括底板(20)，所述的底板(20)上端安装有供液底座(3)以及驱动供液底座(3)横向往复滑动的动力机构，该供液底座(3)上端安装有供液基座(16)。
2.根据权利要求1所述的一种涂抹式循环供液装置，其特征在于：所述的底板(20)上端并排开有两个横向布置的沟槽(7)，所述的供液底座(3)底部设置有与沟槽(7)相配的长条状凸起(19)。
3.根据权利要求1所述的一种涂抹式循环供液装置，其特征在于：所述的溶液回收腔室(14)的内壁上并排布置有两个刮刀(15)，两个刮刀(15)位于涂抹刷头(13)的下方。
4.根据权利要求3所述的一种涂抹式循环供液装置，其特征在于：所述的刮刀(15)采用不锈钢材质，所述的刮刀(15)上端呈尖刀状。
5.根据权利要求1所述的一种涂抹式循环供液装置，其特征在于：所述的涂抹刷头(13)整体采用聚四氟乙烯材料，该涂抹刷头(13)下部的接触端采用硅胶材质。
6.根据权利要求1所述的一种涂抹式循环供液装置，其特征在于：所述的供液基座(16)上端位于溶液回收腔室(14)开口的两侧对称开有上缺口(17)，所述的供液基座(16)上端安装有储液盖(5)，该储液盖(5)下端的两侧对称开有下缺口(18)。
7.根据权利要求1所述的一种涂抹式循环供液装置，其特征在于：所述的回收管(12)与储液缸(10)相连的一端安装有过滤片(11)。
8.根据权利要求1所述的一种涂抹式循环供液装置的使用方法，包括以下步骤：
(1)将配置好的纺丝溶液注入储液缸(10)，供液泵(8)打开通过供液管(9)将纺丝溶液输送到涂抹刷头(13)，调整涂抹刷头(13)与喷头(2)的间隙，调节合适流量；
(2)多余的溶液滴下，刮刀(15)将喷头(2)底部的溶液一并刮除，多余的溶液落入溶液回收腔室(14)，通过回收管(12)经过过滤片(11)流回储液缸(10)，实现溶液的回收，循环供液；
(3)驱使供液底座(3)带动供液装置(4)做往复横向运动，为喷头(2)涂抹供液。
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