CN204491054U - 一种静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种静电纺丝装置，包括电压放大器、信号发生器、控制器、运动平台、收集板、喷头装置以及用于向喷头装置提供静电纺丝溶液的原料供应装置，收集板安装在运动平台上，控制器分别与原料供应装置、信号发生器以及运动平台连接，信号发生器通过电压放大器与喷头装置连接，收集板接地。本实用新型采用信号发生器和电压放大器组合替代传统静电纺丝的直流高压发生器，可以提供可控的静电纺丝电场，可控性强，而且可以调节控制静电纺丝电压的波形、幅值，使得收集的纳米纤维有序性增加，残余电荷大幅度减少，可增加纤维的收集厚度，提高了静电纺丝的效率，可广泛应用于静电纺丝行业中。

Description

一种静电纺丝装置

技术领域

本实用新型涉及静电纺丝领域，特别是涉及一种静电纺丝装置。

背景技术

电纺丝技术最早由Formhzls在1934年提出，由于其广泛的应用前景，引起了人们广泛的兴趣并得到了深入研究。静电纺丝技术是在高压电场的激发下，带电聚合物溶液或熔体发生定向移动形成泰勒锥，最终克服分子间作用力和表面张力，形成射流，落至收集板凝固成微纳米纤维。

但是，传统静电纺丝装置，多采用恒定的直流电压，在喷头与收集板之间形成直流电场，这种方式存在以下缺陷：喷射过程中，由于射流带同种电荷，导致产生相斥的库仑力，从而导致射流不稳定加剧，可控性降低；同时，由于带同种电荷，先沉积在基板上的纳米纤维的电荷不能及时导走，其残余电荷将对射流产生排斥作用，影响沉积定位精度；再者，由于射流是在电场作用下产生定向运动，随着沉积厚度增加，基板导电率下降，喷头与基板之间的电场减弱，最终导致喷射停止，限制了纤维收集的厚度和生产效率，从而影响了其在工业化生产和增材制造领域的应用前景。

实用新型内容

为了解决上述的技术问题，本实用新型的目的是提供一种静电纺丝装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种静电纺丝装置，包括电压放大器、信号发生器、控制器、运动平台、收集板、喷头装置以及用于向喷头装置提供静电纺丝溶液的原料供应装置，所述收集板安装在运动平台上，所述控制器分别与原料供应装置、信号发生器以及运动平台连接，所述信号发生器通过电压放大器与喷头装置连接，所述收集板接地。

进一步，所述喷头装置与收集板之间的工作距离为0.1~50mm。

进一步，所述运动平台上设有使运动平台沿X-Y-Z三轴运动的运动机构。

进一步，所述喷头装置采用注射器，所述信号发生器通过电压放大器与注射器的针头连接。

进一步，所述原料供应装置采用精密注射泵机构。

进一步，所述精密注射泵机构的流量范围为0.1~0.5ul/min。

进一步，所述电压放大器为喷头装置提供0~20kV的电压。

进一步，所述信号发生器输出的电压信号为直流电压、交流电压、交流偏置直流电压或直流偏置交流电压。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种静电纺丝装置，包括电压放大器、信号发生器、控制器、运动平台、收集板、喷头装置以及用于向喷头装置提供静电纺丝溶液的原料供应装置，收集板安装在运动平台上，控制器分别与原料供应装置、信号发生器以及运动平台连接，信号发生器通过电压放大器与喷头装置连接，收集板接地。本装置采用信号发生器和电压放大器组合替代传统静电纺丝的直流高压发生器，可以提供可控的静电纺丝电场，可控性强，而且可以调节控制静电纺丝电压的波形、幅值，使得收集的纳米纤维有序性增加，残余电荷大幅度减少，可增加纤维的收集厚度，提高了静电纺丝的效率。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的一种静电纺丝装置的结构示意图。

具体实施方式

参照图1，本实用新型提供了一种静电纺丝装置，包括电压放大器2、信号发生器3、控制器4、运动平台5、收集板6、喷头装置7以及用于向喷头装置7提供静电纺丝溶液的原料供应装置1，所述收集板6安装在运动平台5上，所述控制器4分别与原料供应装置1、信号发生器3以及运动平台5连接，所述信号发生器3通过电压放大器2与喷头装置7连接，所述收集板6接地。

进一步作为优选的实施方式，所述喷头装置7与收集板6之间的工作距离为0.1~50mm。

进一步作为优选的实施方式，所述运动平台5上设有使运动平台5沿X-Y-Z三轴运动的运动机构。

进一步作为优选的实施方式，所述喷头装置7采用注射器，所述信号发生器3通过电压放大器2与注射器的针头连接。

进一步作为优选的实施方式，所述原料供应装置1采用精密注射泵机构。

进一步作为优选的实施方式，所述精密注射泵机构的流量范围为0.1~0.5ul/min。

进一步作为优选的实施方式，所述电压放大器2为喷头装置7提供0~20kV的电压。

进一步作为优选的实施方式，所述信号发生器3输出的电压信号为直流电压、交流电压、交流偏置直流电压或直流偏置交流电压。

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参照图1，一种静电纺丝装置，包括电压放大器2、信号发生器3、控制器4、运动平台5、收集板6、喷头装置7以及用于向喷头装置7提供静电纺丝溶液的原料供应装置1，收集板6安装在运动平台5上，控制器4分别与原料供应装置1、信号发生器3以及运动平台5连接，信号发生器3通过电压放大器2与喷头装置7连接，收集板6接地。

原料供应装置1在控制器4提供的可任意调节的力的作用下，将静电纺丝溶液提供到喷头装置7，使得静电纺丝溶液充满喷头装置7。信号发生器3用于产生电压信号，产生的电压信号经电压放大器2放大到静电纺丝所需的高压电压后提供到喷头装置7，使得接地的收集板6和喷头装置7之间形成高压可控电场，保证静电纺丝的持续进行。电压放大器2为喷头装置7提供0~20kV的电压。信号发生器3输出的电压信号可以为直流电压、交流电压、交流偏置直流电压或直流偏置交流电压，本实施例中信号发生器3输出的电压信号优选为交流电压或直流偏置交流电压，从而为静电纺丝提供交流电场。

本实施例具体的工作原理为：电压放大器2和信号发生器3为静电纺丝提供交流电场，使得喷头装置7喷射的射流的电荷极性不断发生改变。喷头装置7在原料供应装置1的推送下，将静电纺丝溶液以恒定的流速流出，最终在电场作用下形成射流落至收集板6上。本实施例可使得收集板6上的残余电荷大幅度减少，可增加收集厚度，最终形成一定厚度的纤维。

本实施例采用信号发生器3和电压放大器2组合替代传统静电纺丝的直流高压发生器，可以提供可控的静电纺丝电场，调节控制静电纺丝电压的波形、幅值，从而调控纺成的纳米纤维的性能。本实施例的信号发生器3输出的最优的电压信号为直流偏置交流电压，实验得知，当采用直流偏置的交流电场时，收集的纳米纤维有序性增加，当采用交流电场时，静电纺丝的射流的电荷极性不断发生改变，使得收集板6上的残余电荷大幅度减少，可增加收集厚度，甚至可在绝缘基板上（即收集板6可以采用导电基板也可以采用绝缘基板）收集，提高了电纺的效率，拓宽了其在工业化生产和增材制造领域的应用前景。

本实施例中，喷头装置7与收集板6之间的工作距离为0.1~50mm。具体的，工作距离是指喷头装置7的静电纺丝溶液的喷出端与收集板6之间的距离。

运动平台5上设有使运动平台5沿X-Y-Z三轴运动的运动机构，运动平台5可以做X-Y-Z三轴运动。

优选的，本实施例的喷头装置7采用注射器，信号发生器3通过电压放大器2与注射器的针头连接。

优选的，本实施例的原料供应装置1采用精密注射泵机构。优选的，精密注射泵机构的流量范围为0.1~0.5ul/min。

需要注意的是，本实用新型的改进在于静电纺丝装置的各个组成部件以及各个部件之间的连接关系，控制器涉及的静电纺丝控制是基于现有技术的数据处理水平，本实用新型并没有在数据处理方法上有任何改进，本实用新型只涉及结构上的改进，并没有涉及到方法上的改进，更不涉及任何软件上的改进。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种静电纺丝装置，其特征在于，包括电压放大器、信号发生器、控制器、运动平台、收集板、喷头装置以及用于向喷头装置提供静电纺丝溶液的原料供应装置，所述收集板安装在运动平台上，所述控制器分别与原料供应装置、信号发生器以及运动平台连接，所述信号发生器通过电压放大器与喷头装置连接，所述收集板接地。

2.根据权利要求1所述的一种静电纺丝装置，其特征在于，所述喷头装置与收集板之间的工作距离为0.1~50mm。

3.根据权利要求1所述的一种静电纺丝装置，其特征在于，所述运动平台上设有使运动平台沿X-Y-Z三轴运动的运动机构。

4.根据权利要求1所述的一种静电纺丝装置，其特征在于，所述喷头装置采用注射器，所述信号发生器通过电压放大器与注射器的针头连接。

5.根据权利要求1所述的一种静电纺丝装置，其特征在于，所述原料供应装置采用精密注射泵机构。

6.根据权利要求5所述的一种静电纺丝装置，其特征在于，所述精密注射泵机构的流量范围为0.1~0.5ul/min。

7.根据权利要求1所述的一种静电纺丝装置，其特征在于，所述电压放大器为喷头装置提供0~20kV的电压。

8.根据权利要求1所述的一种静电纺丝装置，其特征在于，所述信号发生器输出的电压信号为直流电压、交流电压、交流偏置直流电压或直流偏置交流电压。