CN203583028U - 一种纳米纤维制备装置 - Google Patents

Abstract

一种纳米纤维制备装置，涉及静电纺丝。设有纺丝转盘、纺丝转盘驱动***、供液***、喷丝口、诱导针、诱导转盘、诱导转盘驱动***、收集装置和高压电源。利用转盘的离心力对喷丝口供液，同时采用诱导针对喷丝口的纺丝溶液进行诱导，激发纺丝溶液产生稳定的射流，既能改进离心式批量化静电纺丝过程中出现的供液不稳定现象，又可避免针头式批量化静电纺丝技术中喷头容易堵塞、射流不稳定、纺丝效率较低的弊端。通过改变纺丝转盘的直径、材料、内部结构以及诱导针的直径、材料控制纤维的形貌和产量。通过控制纺丝转盘的转速、诱导转盘的转速、纺丝间距、电场强度、喷丝口直径等常规电纺工艺参数，提高静电纺丝的效率和纤维质量，有利于批量化生产。

Description

一种纳米纤维制备装置

技术领域

本实用新型涉及静电纺丝，尤其是涉及一种纳米纤维制备装置。

背景技术

静电纺丝技术是一种制备纳米纤维常用的技术，其工艺原理是，置于高压静电场中的聚合物液滴会形成泰勒锥，当电场力足够大，液滴可克服表面张力从泰勒锥锥尖喷射并形成射流，射流在静电场力、粘滞阻力、表面张力等作用下不断细化，最终落在收集装置上形成无纺布形式的纳米纤维。静电纺丝技术以其设备简单、操作容易等优良特性成为当前纳米纤维制造研究的热点。

很多学者对批量化式静电纺丝技术进行了研究，如中国专利CN 103114347 A，能否实现静电纺丝批量化已成为静电纺丝技术发展的重要影响因素之一。

针头式静电纺丝装置，使用高浓度的纺丝溶液时，针头容易堵塞，纺丝过程也难以保持稳定的泰勒锥，所以纺丝效率不高，无法满足静电纺丝技术工业化的要求。此外，针头式静电纺丝装置在静电纺丝过程中针头容易堵塞，造成射流不连续、稳定，也会严重影响纺丝过程。

离心式静电纺丝装置相对于针头式静电纺丝技术而言，虽然喷丝头不会发生堵塞、纺丝效率高，但是其供液不稳定，无法均匀地制备纳米纤维。

发明内容

本实用新型的目的是提供能连续、稳定制备纳米纤维，解决无喷头批量化静电纺丝装置出现的射流难形成、喷丝头易堵塞等问题的一种纳米纤维制备装置。

本实用新型设有纺丝转盘、纺丝转盘驱动***、供液***、喷丝口、诱导针、诱导转盘、诱导转盘驱动***、收集装置和高压电源；

所述纺丝转盘由纺丝转盘驱动***驱动，可绕轴线自转，纺丝转盘的圆周外侧面均匀单排分布个喷丝口；所述纺丝转盘驱动***安装于纺丝转盘上方，所述纺丝转盘驱动***由上驱动电机、上联轴器和上转动轴组成，上驱动电机与控制电路电连接，通过设定控制电路可以控制上驱动电机的输出转速，进而控制纺丝转盘自转速度；设置在纺丝转盘上方的供液***对纺丝转盘提供纺丝溶液，所述供液***由储液箱、供液管和计量泵组成，所述储液箱与计量泵的进口连接，计量泵的出口与供液管连通，供液管出口安装在纺丝转盘的正上方，通过计量泵对纺丝转盘供料；在诱导转盘上设有至少2根诱导针，诱导转盘由诱导转盘驱动***驱动；所述诱导转盘驱动***安装于诱导转盘下方，所述诱导转盘驱动***由下驱动电机、下联轴器、下转动轴组成，下驱动电机与控制电路电连接，通过设定控制电路可以控制下驱动电机的输出转速，从而控制诱导转盘自转速度；纺丝转盘和诱导转盘绕同一轴线旋转，诱导针紧贴纺丝转盘的外圆周面并沿圆周周期性地运动，不断对喷丝口的纺丝溶液实行诱导动作；收集装置与喷丝口相对，用于收集纳米纤维，可以调节与喷丝口的相对距离，以改变纺丝间距；收集装置与高压电源输出端电连接。

所述诱导针可设有6根，6根诱导针均匀沿圆周分布在诱导转盘上。

所述收集装置可采用纤维收集网。

所述纺丝转盘由纺丝转盘驱动***驱动，可以平稳地绕轴线自转，纺丝转盘的圆周外侧面均匀地分布复数个喷丝口；设置在纺丝转盘上方的供液***能够定量、连续地对纺丝转盘提供纺丝溶液；复数根诱导针均匀地沿圆周分布在诱导转盘上，诱导转盘由诱导转盘驱动***驱动，从而能够平稳地绕诱导转盘的轴线自转；纺丝转盘和诱导转盘绕同一轴线旋转，诱导针紧贴纺丝转盘的外圆周面并沿圆周周期性地运动，不断对喷丝口的纺丝溶液实行诱导动作；收集装置与喷丝孔相对；纺丝溶液接地，收集装置与高压电源输出端连接，或者收集装置接地，纺丝溶液与高压电源输出端连接。

所述纺丝转盘，最好由耐腐蚀和与有机溶剂不反应的导电材料制成，其圆周外侧面设有复数个喷丝口。本实用新型可以设有一个纺丝转盘，也可以为多个纺丝转盘上下方向层状分布。本实用新型不限制喷丝口的个数以及排列方式。

所述诱导针由导电性较好的材料制成，其直径范围以能诱发喷丝口产生纺丝射流为准，最好为0.1～3mm。诱导针和纺丝转盘各自旋转时，两者最好紧贴。

所述纺丝转盘驱动***、诱导转盘驱动***，其转速可调，转速范围最好为30～300rpm。纺丝转盘和诱导盘的转动方向可以相同，但最好相反。

所述收集装置用于收集形成的纳米纤维，是指静电纺丝技术领域中的各种收集装置。收集装置有间距调节组件，可以调节与喷丝口的相对距离，以改变纺丝间距。

所述高压电源其工作范围最好＞0V，＜100kV。高压电源可输出高压直流电压、或是高压交流电压。通过设定高压电源的电压值，使纺丝溶液和收集装置之间产生强电场。产生电场有两种连接方式：第一种，高压电源输出端与收集装置连接，纺丝溶液接地；第二种，高压电源输出端与纺丝溶液连接，收集装置接地。

纺丝溶液通过供液***向纺丝转盘输送，在纺丝转盘离心力的作用下向喷丝口移动，最后在诱导针和高压电场的作用下，形成稳定的射流并沉积在收集装置上。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型利用转盘的离心力对喷丝口供液，同时采用诱导针对喷丝口的纺丝溶液进行诱导，激发纺丝溶液产生稳定的射流，既能改进离心式批量化静电纺丝过程中出现的供液不稳定的现象，又可以避免针头式批量化静电纺丝技术中喷头容易堵塞、射流不稳定、纺丝效率较低的弊端。通过改变纺丝转盘的直径、材料、内部结构以及诱导针的直径、材料来控制纤维的形貌和产量。同时通过控制纺丝转盘的转速、诱导转盘的转速、纺丝间距、电场强度、喷丝口直径等常规电纺工艺参数，进一步提高静电纺丝的效率和纤维质量，有利于实现纳米纤维的批量化生产。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图中，各标记为：1、下驱动电机；2、下联轴器；3、下转动轴；4、诱导针；5、计量泵；6、供液管；7、储液箱；8、上驱动电机；9、上联轴器；10、上转动轴；11、高压电源；12、纺丝转盘；13、喷丝口；14、诱导转盘；15、纤维收集网。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。

本实用新型实施例设有纺丝转盘12、纺丝转盘驱动***、供液***、喷丝口13、诱导针4、诱导转盘14、诱导转盘驱动***、纤维收集网15和高压电源11；

纺丝转盘12由纺丝转盘驱动***驱动，可以平稳地绕轴线自转，纺丝转盘12的圆周外侧面均匀地分布单排、16个喷丝口13；所述纺丝转盘驱动***安装于纺丝转盘12上方，由上驱动电机8、上联轴器9、上转动轴10组成，上驱动电机8与控制电路相连，通过设定控制电路可以控制上驱动电机8的输出转速，进而控制纺丝转盘12自转的速度；设置在纺丝转盘12上方的供液***能够定量、连续地对纺丝转盘12提供纺丝溶液，由储液箱7、供液管6、计量泵5组成，储液箱7通过供液管与计量泵5的进口连接，计量泵5的出口与供液管6连通，供液管6出口安装在纺丝转盘12的正上方，通过计量泵5对纺丝转盘12精密、连续地供料；本实施例设有6根诱导针4，均匀地沿圆周分布在诱导转盘14上，诱导转盘14由诱导转盘14驱动***驱动，从而能够平稳地绕诱导转盘14的轴线自转；所述诱导转盘14驱动***安装于诱导转盘14下方，由下驱动电机1、下联轴器2、下转动轴3组成，下驱动电机1与控制电路相连，通过设定控制电路可以控制下驱动电机1的输出转速，从而控制诱导转盘14自转的速度；纺丝转盘12和诱导转盘14绕同一轴线旋转，诱导针4紧贴纺丝转盘12的外圆周面并沿圆周周期性地运动，不断对喷丝口13的纺丝溶液实行诱导动作；本实施例中的收集装置采用纤维收集网15，与喷丝口13相对，用于收集纳米纤维，可以调节与喷丝口13的相对距离，以改变纺丝间距；本实施例中，纺丝溶液通过转盘接地，纤维收集网15与高压电源11输出端电连接，采用溶液接地的方式可以避免高压电场对相关电路的电干扰。

本实施例用于制备纳米纤维的方法，包括下列步骤：

1）将配制好的纺丝溶液存入储液箱7；

2）设定计量泵5的供液速度，溶液注入纺丝转盘12；

3）待纺丝转盘12的溶液量达到经验值时，再次设定计量泵5的供液速度，使喷射所消耗原液的速度与原液的供给速度保持相等，确保纺丝喷射过程的稳定性；

4）设定上驱动电机8的转速，带动纺丝转盘12平稳地绕轴线自转，同时设定下驱动电机1的转速，带动诱导转盘14平稳地绕轴线自转；

5）设定纤维收集网15与喷丝口13的相对距离；

6）设定高压电源11的输出电压，喷丝口13的纺丝溶液在诱导针4和高压电场的作用下形成射流，射流在电场力作用下将被拉伸细化，最终形成纳米纤维并沉积在纤维网上。

Claims (6)

1.一种纳米纤维制备装置，其特征在于设有纺丝转盘、纺丝转盘驱动***、供液***、喷丝口、诱导针、诱导转盘、诱导转盘驱动***、收集装置和高压电源；

所述纺丝转盘由纺丝转盘驱动***驱动，纺丝转盘的圆周外侧面均匀单排分布个喷丝口；所述纺丝转盘驱动***安装于纺丝转盘上方，所述纺丝转盘驱动***由上驱动电机、上联轴器和上转动轴组成，上驱动电机与控制电路电连接；设置在纺丝转盘上方的供液***对纺丝转盘提供纺丝溶液，所述供液***由储液箱、供液管和计量泵组成，所述储液箱与计量泵的进口连接，计量泵的出口与供液管连通，供液管出口安装在纺丝转盘的正上方，通过计量泵对纺丝转盘供料；在诱导转盘上设有至少2根诱导针，诱导转盘由诱导转盘驱动***驱动；所述诱导转盘驱动***安装于诱导转盘下方，所述诱导转盘驱动***由下驱动电机、下联轴器、下转动轴组成，下驱动电机与控制电路电连接；纺丝转盘和诱导转盘绕同一轴线旋转，诱导针紧贴纺丝转盘的外圆周面并沿圆周周期性地运动；收集装置与喷丝口相对；收集装置与高压电源输出端电连接。

2.如权利要求1所述一种纳米纤维制备装置，其特征在于所述收集装置采用纤维收集网。

3.如权利要求1所述一种纳米纤维制备装置，其特征在于所述诱导针设有6根，6根诱导针均匀沿圆周分布在诱导转盘上。

4.如权利要求1或3所述一种纳米纤维制备装置，其特征在于所述诱导针的直径为0.1～3mm。

5.如权利要求1所述一种纳米纤维制备装置，其特征在于所述纺丝转盘驱动***的转速为30～300rpm，所述诱导转盘驱动***的转速为30～300rpm。

6.如权利要求1所述一种纳米纤维制备装置，其特征在于所述高压电源＞0V，＜100kV。

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