CN212152500U - 一种恒温恒湿静电纺丝量产设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种恒温恒湿静电纺丝量产设备，属于静电纺丝技术领域，包括恒温恒湿控制机构、纺丝装置和主控制器；恒温恒湿控制机构包括气体产生装置、恒温恒湿箱和废气处理装置；纺丝装置设在恒温恒湿箱内，气体产生装置与恒温恒湿箱的进气口通过管道连通，废气处理装置与恒温恒湿箱的出气口通过管道连通；恒温恒湿箱的出气口处设有温湿度传感器，温湿度传感器与主控制器的输入端连接，主控制器的输出端分别与气体产生装置及废气处理装置连接；恒温恒湿箱的箱体通过保温板材拼接而成。恒温恒湿箱的箱体部分采用保温板材组成，保证了恒温恒湿箱的绝缘性、密封性和纺丝稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及静电纺丝设备技术领域，尤其涉及一种恒温恒湿静电纺丝量产设备。
背景技术
静电纺丝技术是利用静电力从纺丝溶液中制备超细纤维的一种技术,通常在所制备纤维的直径在纳米到微米尺寸。液滴在电场作用下带电荷,静电力会中和表面张力使液滴发生变形,当静电力大于表面张力到一定程度后,液滴会形成喷射细流,细流在喷射过程中***并且溶剂蒸发,最终得到纳米纤维。
在纳米纤维材料的制备方法中,静电纺丝技术具有独特的优点。常规纺丝工业制备的超细纤维最高只能达到微米级别,无法达到精细过滤、多孔支架等许多领域应用中的要求,如在组织工程支架领域,需要更细小直径的纤维以便于机体的降解吸收。采用静电纺丝技术获得的产品具有高孔隙性、高比表面、高渗性等特性,在组织工程、膜工程、传感器、生物芯片等领域得到了广泛的研究与应用。
目前静电纺丝设备的温湿度控制方案通常使用钣金制作纺丝腔，然后辅以外置恒温恒湿机、腔内温湿度传感器、PLC控制***，来调节纺丝腔内温湿度。其中钣金腔体由于使用的是金属薄板，不仅存在保温效果差，恒温恒湿机需要频繁加热，导致设备能耗高；而且金属是良导电体，如果接地不良容易造成人员触电危险，接地的金属腔体也会与纺丝电极之间形成电场，引起飘丝问题。外置恒温恒湿机通入的干燥气体存在气体流通不均匀，引起腔体内不同区域温湿度差异大，导致静电纺纺出来的纤维直径、出丝量差异大，甚至引起挂丝、不出丝等严重影响纺丝稳定性的情况。另外传感器数量少，排布不合理，检测的温湿度难以评估当前纺丝腔体内的温湿度，这不利于技术人员准确调控纺丝参数和分析总结纺丝规律。因此，提供一种温湿度控制稳定，能源消耗低的纺丝装置很有必要。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出温湿度控制稳定，能源消耗低的恒温恒湿静电纺丝量产设备。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种恒温恒湿静电纺丝量产设备，其特征在于，包括恒温恒湿控制机构、纺丝装置和主控制器；所述恒温恒湿控制机构包括气体产生装置、恒温恒湿箱和废气处理装置；所述纺丝装置设在所述恒温恒湿箱内，所述气体产生装置与所述恒温恒湿箱的进气口通过管道连通，所述废气处理装置与所述恒温恒湿箱的出气口通过管道连通；所述恒温恒湿箱的出气口处设有温湿度传感器，所述温湿度传感器与所述主控制器的输入端连接，所述主控制器的输出端分别与所述气体产生装置及所述废气处理装置连接；所述恒温恒湿箱的箱体通过保温板材拼接而成。
恒温恒湿箱的箱体通过保温板材拼接而成，有效地避免了由于恒温恒湿箱内外温差，导致箱内热量快速流失，并通过在恒温恒湿箱的出气口处设置温湿度传感器，通过温湿度传感器对恒温恒湿箱内温湿度的检测来控制气体产生装置所产生气体的温湿度，为恒温恒湿箱内的纺丝装置提供恒温恒湿的环境；设有废气处理装置对恒温恒湿箱排出的气体进行处理，避免了废气直接排出大气导致环境污染和操作人员在操作时吸入废气。
优选的，所述恒温恒湿箱内腔的底部设有气体均布结构，所述气体均布结构与所述恒温恒湿箱的进气端连通；所述恒温恒湿箱内腔的顶部设有均布的回风结构，所述回风结构与所述恒温恒湿箱的出气端连通。
气体均布结构用于引导气体产生装置所产生的气体均匀地进入恒温恒湿箱的内腔，回风结构设在气体均布结构的上方与气体均布结构形成对流，用于起到平衡腔内气压和使腔内流场均匀的作用。
优选的，所述保温板材为发泡陶瓷墙板或酚醛保温板。
恒温恒湿箱的保温板材采用了发泡陶瓷墙板或酚醛保温板的非金属材料制成，解决了传统利用钣金件箱体在纺丝过程中的因导电问题产生飘丝致使纺丝环境不稳定性等缺点，且保证了保温的效果。
优选的，所述恒温恒湿箱设有检修门和观察窗，所述观察窗采用双层中空隔热玻璃制成。
在生产过程中，便于操作人员透过观察窗了解纺丝装置的运行情况，并设有检修门，方便操作人员进入维护设备，观察窗采用双层中空隔热玻璃制成，避免了热量在观察窗处流失。
优选的，所述纺丝装置包括多个纺丝电极和接收结构，所述接收结构设在所述纺丝电极的上方，所述接收结构与所述主控制器的输出端连接。
接收结构与主控制器相连，实现主控制器对接收结构的传动速度进行调节，使接收结构的传动速度在0.001mm/s到1000mm/s之间连续精确可调。
优选的，还包括放卷装置，所述放卷装置设在所述恒温恒湿箱的一侧，所述放卷装置包括第一驱动电机、第一胀气轴、第一张力传感器、第一导布辊和第一扩张辊，所述第一驱动电机与所述主控制器的输出端连接，所述第一驱动电机的转轴与所述第一胀气轴传动连接，所述第一胀气轴和所述第一扩张辊分别设在所述第一导布辊的左右两侧的下方；所述第一张力传感器安装在所述第一导布辊的轴端上，所述第一张力传感器与所述主控制器的输入端连接。
通过主控制器对第一驱动电机的控制，从而实现对放卷速度进行精确调节，并设置第一张力传感器，用于检测纺丝基材在放卷装置上的张紧力，然后反馈到主控制器，主控制器通过调节放卷速度来调节纺丝基材的张力，避免张力过大导致纺丝基材被拉断，或张力太小导致纺丝基材产生褶皱。
优选的，还包括收卷装置，所述收卷装置设在所述恒温恒湿箱的另一侧，所述收卷装置包括第二驱动电机、第二导布辊、第二张力传感器、第二扩张辊及第二胀气轴，所述第二驱动电机与所述主控制器的输出端连接，所述第二驱动电机的转轴与所述第二胀气轴传动连接，所述第二导布辊和所述第二胀气轴分别设在所述第二扩张辊左右两侧的下方；所述第二张力传感器安装在所述第二扩张辊的轴端上，所述第二张力传感器与所述主控制器的输入端连接。
通过主控制器对第二驱动电机的控制，从而实现对收卷速度进行精确调节，并设置第二张力传感器，用于检测纺丝基材在收卷装置上的张紧力，然后反馈到主控制器，主控制器通过调节收卷速度来调节纺丝基材的张力，避免张力过大导致纺丝基材被拉断，或张力太小导致纺丝基材产生褶皱。
优选的，还包括高压静电装置，所述高压静电装置包括正高压电源和负高压电源，所述正高压电源与所述纺丝电极相连，所述负高压电源与所述接收结构相连。
设有高压静电装置为纺丝电极及接受电极提供电源，高压电源的电压调节范围均在0-100kV，从而保证电源安全、稳定运行。
优选的，还包括供液装置，所述供液装置包括溶解釜、储料桶和供液泵，所述溶解釜与所述储料桶的输入端连通，所述供液泵的输入端与所述储料桶的输出端相连，所述供液泵的输出端与所述纺丝装置的纺丝液输入端相连，所述供液泵与所述主控制器的输出端连接。
溶解釜用于配置静电纺丝的纺丝液；储料桶用于储存配置好的纺丝液；供液泵起到将储料桶内的纺丝液按照操作人员在PLC控制台中设定的供液速率，通过导液管均匀、稳定地输送到纺丝电极。
优选的，所述纺丝装置的外侧布设有隔离栏，所述隔离栏的一侧处设有检测光幕。
通过在纺丝装置的外侧布设隔离栏，防止操作人员在操作中滑倒触碰正在运行的设备，并在隔离栏的一侧设置检测光幕，用于检测操作人员进入恒温恒湿箱的时间。
本实用新型的有益效果为：
1、恒温恒湿箱的箱体部分采用保温板材组成，可以减少钣金件的加工，保证了恒温恒湿箱的绝缘性、密封性和纺丝稳定性；
2、整套设备所有运行参数均可通过PLC控制***来控制和调节，控制集成度高，实现了设备的自动运行；
3、设置废气处理装置避免了废气直接排出大气导致的环境污染和操作人员在操作时吸入废气；而且可将溶剂回收利用，大大节省了生产成本；
4、设有检测光幕检测操作人员的进入恒温恒湿箱内扫丝的时间，防止操作人员长时间在高压下操作，保证操作人员生命安全。
附图说明
附图对本实用新型做进一步说明，但附图中的内容不构成对本实用新型的任何限制。
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型的管道连接示意图；
图3是本实用新型的纺丝加工的示意图；
图4是本实用新型的隔离栏的位置示意图。
其中：主控制器5、气体产生装置6、恒温恒湿箱2、废气处理装置7、温湿度传感器25、气体均布结构23、回风结构24、检修门21、观察窗22、纺丝电极9、接收结构10、放卷装置1、第一胀气轴11、第一张力传感器12、第一导布辊13、第一扩张辊14、收卷装置4、第二导布辊41、第二张力传感器42、第二扩张辊43、第二胀气轴44、高压静电装置8、正高压电源81、负高压电源82、供液装置3、纺丝基材0、管道26、隔离栏27、检测光幕28。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
本实施例的一种恒温恒湿静电纺丝量产设备，如附图1、2所示，包括恒温恒湿控制机构、纺丝装置和主控制器5；所述恒温恒湿控制机构包括气体产生装置6、恒温恒湿箱2和废气处理装置7；所述纺丝装置设在所述恒温恒湿箱2内，所述气体产生装置6与所述恒温恒湿箱2的进气口通过管道连通，所述废气处理装置7与所述恒温恒湿箱2的出气口通过管道26连通；所述恒温恒湿箱2的出气口处设有温湿度传感器25，所述温湿度传感器25与所述主控制器5的输入端连接，所述主控制器5的输出端分别与所述气体产生装置6及所述废气处理装置7连接；所述恒温恒湿箱2的箱体通过保温板材拼接而成。
恒温恒湿箱2的箱体通过保温板材拼接而成，有效地避免了由于恒温恒湿箱2内外温差，导致箱内热量快速流失，并通过在恒温恒湿箱2的出气口处设置温湿度传感器25，通过温湿度传感器25对恒温恒湿箱2内温湿度的检测来控制气体产生装置6所产生气体的温湿度，为恒温恒湿箱2内的纺丝装置提供恒温恒湿的环境；设有废气处理装置7对恒温恒湿箱2排出的气体进行处理，避免了废气直接排出大气导致环境污染和操作人员在操作时吸入废气。
气体产生装置6用于为恒温恒湿箱2内提供纺丝时需要的气体，并对该气体进行加热及除湿，废气处理装置7用于将恒温恒湿箱2内抽出的废气处理成干净无污染的气体排出，并且可以回收溶剂，避免了废气直接排出大气导致的环境污染和人员中毒，而且回收的溶剂可重复利用，大大节省了生产成本。
如附图2所示，所述恒温恒湿箱2内腔的底部设有气体均布结构23，所述气体均布结构23与所述恒温恒湿箱2的进气端连通；所述恒温恒湿箱2内腔的顶部设有均布的回风结构24，所述回风结构24与所述恒温恒湿箱2的出气端连通。
气体均布结构23用于引导气体产生装置6所产生的气体均匀地进入恒温恒湿箱2的内腔，回风结构24设在气体均布结构23的上方与气体均布结构23形成对流，用于起到平衡腔内气压和使腔内流场均匀的作用。
通过回风结构24将纺丝生产的过程中产生的废气（有机气体或湿气）通过管道源源不断抽出到废气处理装置7中处理，避免废气浓度过高造成***、腐蚀机体、湿度饱和等影响纺丝连续和设备运行稳定安全的情况。
优选的，所述保温板材为发泡陶瓷墙板或酚醛保温板。
恒温恒湿箱2的保温板材采用了发泡陶瓷墙板或酚醛保温板的非金属材料制成，解决了传统利用钣金件箱体在纺丝过程中的因导电问题产生飘丝致使纺丝环境不稳定性等缺点，且保证了保温的效果。
所述恒温恒湿箱2设有检修门21和观察窗22，所述观察窗22采用双层中空隔热玻璃制成。
在生产过程中，便于操作人员透过观察窗22了解纺丝装置的运行情况，并设有检修门21，方便操作人员进入维护设备，观察窗22采用双层中空隔热玻璃制成，避免了热量在观察窗22处流失。
所述纺丝装置包括多个纺丝电极9和接收结构10，所述接收结构10设在所述纺丝电极9的上方，所述接收结构10与所述主控制器5的输出端连接。
接收结构10与主控制器5相连，实现主控制器5对接收结构10的传动速度进行调节，使接收结构10的传动速度在0.001mm/s到1000mm/s之间连续精确可调。
还包括放卷装置1，所述放卷装置1设在所述恒温恒湿箱2的一侧，所述放卷装置1包括第一驱动电机、第一胀气轴11、第一张力传感器12、第一导布辊13和第一扩张辊14，所述第一驱动电机与所述主控制器5的输出端连接，所述第一驱动电机的转轴与所述第一胀气轴11传动连接，所述第一胀气轴11和所述第一扩张辊14分别设在所述第一导布辊13的左右两侧的下方；所述第一张力传感器12安装在所述第一导布辊13的轴端上，所述第一张力传感器12与所述主控制器5的输入端连接。
通过主控制器5对第一驱动电机的控制，从而实现对放卷速度进行精确调节，并设置第一张力传感器12，用于检测纺丝基材0在放卷装置1上的张紧力，然后反馈到主控制器5，主控制器5通过调节放卷速度来调节纺丝基材0的张力，避免张力过大导致纺丝基材0被拉断，或张力太小导致纺丝基材0产生褶皱。
还包括收卷装置4，所述收卷装置4设在所述恒温恒湿箱2的另一侧，所述收卷装置4包括第二驱动电机、第二导布辊41、第二张力传感器42、第二扩张辊43及第二胀气轴44，所述第二驱动电机与所述主控制器5的输出端连接，所述第二驱动电机的转轴与所述第二胀气轴44传动连接，所述第二导布辊41和所述第二胀气轴44分别设在所述第二扩张辊43左右两侧的下方；所述第二张力传感器42安装在所述第二扩张辊43的轴端上，所述第二张力传感器42与所述主控制器5的输入端连接。
通过主控制器5对第二驱动电机的控制，从而实现对收卷速度进行精确调节，并设置第二张力传感器42，用于检测纺丝基材0在收卷装置4上的张紧力，然后反馈到主控制器5，主控制器5通过调节收卷速度来调节纺丝基材0的张力，避免张力过大导致纺丝基材0被拉断，或张力太小导致纺丝基材0产生褶皱。
第二导布辊41表面做防粘处理，避免纳米纤维膜黏附在辊筒上，导致纳米纤维膜破损、脱落，甚至在辊筒上缠绕集聚；第二扩张辊43可将褶皱的纺丝基材0抚平，保证最终收卷的材料平整、均匀。
还包括高压静电装置8，所述高压静电装置8包括正高压电源81和负高压电源82，所述正高压电源81与所述纺丝电极9相连，所述负高压电源82与所述接收结构10相连。
设有高压静电装置8为纺丝电极9及接受电极提供电源，高压电源的电压调节范围均在0-100kV，从而保证电源安全、稳定运行。
还包括供液装置3，所述供液装置3包括溶解釜、储料桶和供液泵，所述溶解釜与所述储料桶的输入端连通，所述供液泵的输入端与所述储料桶的输出端相连，所述供液泵的输出端与所述纺丝装置的纺丝液输入端相连，所述供液泵与所述主控制器5的输出端连接。
溶解釜用于配置静电纺丝的纺丝液；储料桶用于储存配置好的纺丝液；供液泵起到将储料桶内的纺丝液按照操作人员在PLC控制台中设定的供液速率，通过导液管均匀、稳定地输送到纺丝电极9。
在本实施例中，主控制器5采用PLC控制器。整套设备所有运行参数均可通过PLC控制器来控制和调节，控制集成度高，并且内置智能算法，不需要人员频繁操作亦可自动优化运行参数。
本实用新型的控制原理为：主控制器5通过温湿度传感器25采集恒温恒湿箱2排气口处的温湿度参数与设定的温湿度参数进行比对，并根据比对结果智能调控气体产生装置6的输出风量和输出气体的温度与湿度，到达精准控制恒温恒湿箱2内温湿度的作用；同时，根据气体产生装置6输出风量变化，主控制器5实时调整废气处理装置7的回风量大小，使恒温恒湿箱2内的气压保持平衡。
如附图4所示，所述恒温恒湿箱2的外侧布设有隔离栏27，所述隔离栏27的入口处设有检测光幕28。
通过在恒温恒湿箱2的外侧布设隔离栏27，防止操作人员在操作中滑倒触碰正在运行的设备，并在隔离栏27的一侧设置检测光幕28，用于检测操作人员进入恒温恒湿箱2的时间。
隔离栏27的一侧设有可供操作人员进入的入口，因此检测光幕28设在隔离栏27的入口处，用于检测操作人员的进入恒温恒湿箱2内扫丝的时间，当操作人员进入时间过长时，***自动报警并断开高压电源，防止人员长时间在高压下操作，保证操作人员生命安全。
以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种恒温恒湿静电纺丝量产设备，其特征在于，包括恒温恒湿控制机构、纺丝装置和主控制器；所述恒温恒湿控制机构包括气体产生装置、恒温恒湿箱和废气处理装置；所述纺丝装置设在所述恒温恒湿箱内，所述气体产生装置与所述恒温恒湿箱的进气口通过管道连通，所述废气处理装置与所述恒温恒湿箱的出气口通过管道连通；所述恒温恒湿箱的出气口处设有温湿度传感器，所述温湿度传感器与所述主控制器的输入端连接，所述主控制器的输出端分别与所述气体产生装置及所述废气处理装置连接；所述恒温恒湿箱的箱体通过保温板材拼接而成。
2.根据权利要求1所述的一种恒温恒湿静电纺丝量产设备，其特征在于，所述恒温恒湿箱内腔的底部设有气体均布结构，所述气体均布结构与所述恒温恒湿箱的进气端连通；所述恒温恒湿箱内腔的顶部设有均布的回风结构，所述回风结构与所述恒温恒湿箱的出气端连通。
3.根据权利要求1所述的一种恒温恒湿静电纺丝量产设备，其特征在于，所述保温板材为发泡陶瓷墙板或酚醛保温板。
4.根据权利要求1所述的一种恒温恒湿静电纺丝量产设备，其特征在于，所述恒温恒湿箱设有检修门和观察窗，所述观察窗采用双层中空隔热玻璃制成。
5.根据权利要求1所述的一种恒温恒湿静电纺丝量产设备，其特征在于，所述纺丝装置包括多个纺丝电极和接收结构，所述接收结构设在所述纺丝电极的上方，所述接收结构与所述主控制器的输出端连接。
6.根据权利要求1所述的一种恒温恒湿静电纺丝量产设备，其特征在于，还包括放卷装置，所述放卷装置设在所述恒温恒湿箱的一侧，所述放卷装置包括第一驱动电机、第一胀气轴、第一张力传感器、第一导布辊和第一扩张辊，所述第一驱动电机与所述主控制器的输出端连接，所述第一驱动电机的转轴与所述第一胀气轴传动连接，所述第一胀气轴和所述第一扩张辊分别设在所述第一导布辊的左右两侧的下方；所述第一张力传感器安装在所述第一导布辊的轴端上，所述第一张力传感器与所述主控制器的输入端连接。
7.根据权利要求1所述的一种恒温恒湿静电纺丝量产设备，其特征在于，还包括收卷装置，所述收卷装置设在所述恒温恒湿箱的另一侧，所述收卷装置包括第二驱动电机、第二导布辊、第二张力传感器、第二扩张辊及第二胀气轴，所述第二驱动电机与所述主控制器的输出端连接，所述第二驱动电机的转轴与所述第二胀气轴传动连接，所述第二导布辊和所述第二胀气轴分别设在所述第二扩张辊左右两侧的下方；所述第二张力传感器安装在所述第二扩张辊的轴端上，所述第二张力传感器与所述主控制器的输入端连接。
8.根据权利要求5所述的一种恒温恒湿静电纺丝量产设备，其特征在于，还包括高压静电装置，所述高压静电装置包括正高压电源和负高压电源，所述正高压电源与所述纺丝电极相连，所述负高压电源与所述接收结构相连。
9.根据权利要求1所述的一种恒温恒湿静电纺丝量产设备，其特征在于，还包括供液装置，所述供液装置包括溶解釜、储料桶和供液泵，所述溶解釜与所述储料桶的输入端连通，所述供液泵的输入端与所述储料桶的输出端相连，所述供液泵的输出端与所述纺丝装置的纺丝液输入端相连，所述供液泵与所述主控制器的输出端连接。
10.根据权利要求1所述的一种恒温恒湿静电纺丝量产设备，其特征在于，所述纺丝装置的外侧布设有隔离栏，所述隔离栏的一侧处设有检测光幕。
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|---|---|---|---|
| CN202020268567.8U CN212152500U (zh) | 2020-03-06 | 2020-03-06 | 一种恒温恒湿静电纺丝量产设备 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113279072A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-08-20 | 吉林中晟达新材料科技发展有限公司 | 碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型*** |
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2020
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