一种静电旋喷纺丝装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种静电旋喷纺丝装置，包括多个圆柱状导电旋转罗盘、放电尖端、液体流道、高速旋转电机、温控系统和导电接收板，所有的旋转罗盘共轴且间距排列，其内部设有多个沿径向辐射分布的出液流道，出液流道的一端靠近辐射中心，另一端位于旋转罗盘的周面上，且与放电尖端连接，放电尖端与高压电源连接，液体流道主要由相互连通的进液流道和多个分液流道组成，进液流道同时穿过所有旋转罗盘内部的辐射中心，其上设有多个连通点，一连通点对应一旋转罗盘，进液流道通过分液流道与出液流道连通。本发明专利技术的一种静电旋喷纺丝装置能够避免有针式静电纺丝存在的纺丝速度慢、针头易堵塞以及无针式静电纺丝时溶液易变质以及所纺纤维直径离散度小的问题。

An Electrostatic Spinning Device

【技术实现步骤摘要】
一种静电旋喷纺丝装置
本专利技术属于静电纺丝
，涉及一种静电旋喷纺丝装置。
技术介绍
纳米纤维具有纤维直径小、孔径小、比表面积高等特性，在空气净化、智能服装、超级电容器、电池隔膜、气凝胶等领域具有巨大的应用价值。目前常用的制备纳米纤维的方法有模板法、相分离法、海岛法以及静电纺丝法等，而随着纳米纤维应用领域的扩展，采用静电纺丝法制备纳米纤维具有设备简单、可纺原料广、可控性好等优势，因而成为大规模制备纳米纤维材料的首选方法。静电纺丝法分为有针式静电纺丝法和无针式静电纺丝法。有针式静电纺丝法中最具有代表性的为单针头静电纺丝法，单针头静电纺丝法的主要装置由高压电源系统、供液装置和平板收集装置三部分组成，其中，供液系统包括微量注射泵、针管及金属针头；高聚物溶液流量由微量注射泵控制，高压电源的正极与金属针头连接，收集装置是金属平板并接地。静电纺丝时，高压电源电压逐渐增大在金属针头与导电接收板之间会形成高压电场，电场力克服溶液的表面张力、黏滞阻力作用形成微小的直线射流而后会出现不稳定的鞭动现象飞向金属收集板，在这个过程中，溶剂挥发，射流固化形成纳米纤维最终沉积在金属收集板上。这种有针式静电纺丝法纺丝连续好、精确度高以及均匀性好，所纺的纤维的直径离散度小，但也存在纺丝速度慢、针头易堵塞等不足，因此极大的限制了其规模化制备纳米纤维材料的进程；而无针式静电纺丝法一般采用敞开式结构，与有针式静电纺丝法相比具有纺丝速度快，无针头堵塞的优势，但是这种方法中液体常常暴露在空气中，容易造成纺丝液变质，严重影响纺丝的稳定性及最终纳米纤维的品质。现有申请号为CN201610486964.0的专利公开了一种使用梯形周期阵列静电纺丝喷头的静电纺丝装置，该装置各喷孔的连线构成一梯形波轨迹，从而连接在喷孔上的针式喷嘴的轨迹也为梯形波，进而达到使纺丝更加均匀的效果，但是该方法仍然存在着针头易堵塞和纺丝效率低的问题；申请号为CN201610629977.9的专利公开了一种直线形槽状无针式静电纺丝装置及利用该装置进行纺丝的方法，这种方法采用微量注射泵供液系统使高聚物溶液自动精准供给，实现了纳米纤维的批量化制备，避免了堵塞现象，但该方法在静电纺丝过程中高聚物纺丝液与空气环境大面积接触，容易造成溶液的变质，造成最终纺得的纤维的直径离散度较高。因此，研究一种能够避免针头堵塞和溶液变质、纺得的纤维直径离散度小以及纺丝效率高的静电旋喷纺丝装置具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述现有技术中存在的针头易堵塞、溶液易变质、所纺纤维直径离散度高以及纺丝效率较低的问题，提供一种静电旋喷纺丝装置，本专利技术通过采用无针头静电纺丝避免针头的堵塞，提高了纺丝效率，又由于喷丝过程中纺丝溶液全部在封闭的流道里，避免了在空气中暴露时不同位置的液体粘度不一致导致的纤维直径不同的问题，防止溶液变质的同时能够使所纺纤维的直径离散度更小。为达到上述目的，本专利技术采用的方案如下：一种静电旋喷纺丝装置，包括旋转罗盘、放电尖端、高压电源、液体流道、高速旋转电机、温控系统和接收板；由于本装置形成纤维喷射依靠的是静电拉伸力，静电产生源头为高压电源，高压电源与旋转罗盘连接后在放电尖端产生集中电荷，集中电荷与接收板形成场强，其中的电势差在有聚合物溶液时形成电场力，所以旋转罗盘、接收板和放电尖端必须为导电材料；旋转罗盘为圆柱状结构，数量为多个，共轴且间距排列；各旋转罗盘内部设有多个沿旋转罗盘径向呈辐射状分布的出液流道，同一旋转罗盘内所有的出液流道的一端靠近辐射中心，即所有的出液流道的一端可以在辐射中心汇集，也可以与辐射中心有一定距离，另一端位于旋转罗盘的周面上，且与放电尖端连接，放电尖端与高压电源连接，高压电源用于为放电尖端提供1-100kV的高压电，放电尖端用于形成电场；液体流道主要由进液流道和多个分液流道组成，进液流道为直管，分液流道为弯曲成弧的弯管，进液流道上设有多个连通点，在各连通点处，多个分液流道同时与进液流道相切连通呈伞状结构，与同一连通点连通的m个分液流道的弧度相等，自进液流道入口至进液流道出口，各连通点处的分液流道的弧度角依次为X1,...Xn,...Xm，X1≤20°，Xn＝X1(1+35％)n，因为随着离进液流道入口的距离越来越大，液体流动的阻力也会越来越大，所以弧度角需要变大，与同一连通点连通的多个分液流道的弧度也可以不相等，但后一连通点连通的多个分液流道的弧度均大于前一连通点连通的多个分液流道的弧度；进液流道同时穿过所有旋转罗盘内部的辐射中心，一连通点对应一旋转罗盘，各连通点连接的所有分液流道分别与该连通点对应的旋转罗盘内的不同出液流道连通，即除靠近进液流道出口处的旋转罗盘外，所有旋转罗盘都位于相邻2个连通点之间，且相邻2个连通点中距离进液流道入口较近的连通点连接的所有分液流道分别与旋转罗盘内的不同出液流道连通，距离进液流道出口最近的连通点连接的所有分液流道分别与距离进液流道出口最近的旋转罗盘内的不同出液流道连通；高速旋转电机用于驱动各旋转罗盘围绕自身中心轴以100-5000转/分钟的转速旋转，由于旋转罗盘与液体流道连接，因而旋转罗盘旋转时能带动液体流道一起旋转；温控系统用于控制各旋转罗盘内部的温度由内向外沿径向递增，越向外溶液越容易固化，所以越靠近外端温度可调节的越高，越向里温度不宜高，因为温度高会促进溶剂的挥发，进而改变溶液粘度性质；接收板位于旋转罗盘的上方，用于接收形成的纳米纤维。作为优选的方案：如上所述的一种静电旋喷纺丝装置，还包括绝缘凹槽，由于绝缘凹槽不能形成场强，也就没有电场力拉伸，因此能够保证旋转罗盘不会向绝缘凹槽方向喷出射流，旋转罗盘位于绝缘凹槽内，沿绝缘凹槽长度方向等间距排列，等间距排列有利于制备厚度均匀的纳米纤维膜，排列密度为5-25个/米；旋转罗盘的直径小于等于40cm，厚度小于等于30mm，旋转罗盘的直径不宜过大，否则难以高速旋转，厚度也不宜过大，否则会降低单位长度内旋转罗盘的数量，影响产量。如上所述的一种静电旋喷纺丝装置，绝缘凹槽为矩形凹槽或椭圆形凹槽，材质为木头或橡胶等。如上所述的一种静电旋喷纺丝装置，各旋转罗盘的直径和厚度相等，直径为5-15cm，厚度为1-10mm。如上所述的一种静电旋喷纺丝装置，出液流道为圆柱形，同一旋转罗盘内所有的出液流道沿圆周均布且直径相等，直径为0.8-3mm。如上所述的一种静电旋喷纺丝装置，放电尖端为圆锥体，直径为0.5-2mm。如上所述的一种静电旋喷纺丝装置，进液流道和分液流道都为圆柱管，直径为3-20cm，进液流道和分液流道的尺寸不宜过大，否则会导致积液过多，严重浪费。如上所述的一种静电旋喷纺丝装置，沿旋转罗盘径向，旋转罗盘内部间隔3-10mm处的两点温度相差20-80℃。如上所述的一种静电旋喷纺丝装置，接收板的数量为一个，具体材质为铜、铁、铝等导电材料，即所有的旋转罗盘对应同一个接收板。如上所述的一种静电旋喷纺丝装置，接收板为平板式、圆筒式、履带式；接收板的材质为铜、铁或铝；接收板与旋转罗盘的间距为5-60cm，间距可适当调整。采用本专利技术的一种静电旋转喷射纺丝装置进行静电纺丝时，首先聚合物溶液从位于液体流道一侧的液体流道入口进入进液流道，由于进液流道与分液流道相切连通，在不断加入溶液产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静电旋喷纺丝装置，其特征是：包括导电旋转罗盘、放电尖端、高压电源、液体流道、高速旋转电机、温控系统和导电接收板；旋转罗盘为圆柱状结构，数量为多个，共轴且间距排列；各旋转罗盘内部设有多个沿旋转罗盘径向呈辐射状分布的出液流道，同一旋转罗盘内所有的出液流道的一端靠近辐射中心，另一端位于旋转罗盘的周面上，且与放电尖端连接，放电尖端与高压电源连接，高压电源用于为放电尖端提供1‑100kV的高压电，放电尖端用于形成电场；液体流道主要由进液流道和多个分液流道组成，进液流道为直管，分液流道为弯曲成弧的弯管，进液流道上设有m个连通点，在各连通点处，多个分液流道同时与进液流道相切连通呈伞状结构，自进液流道入口至进液流道出口，各连通点处的分液流道的弧度角依次为X1,...Xn,...Xm，X1≤20°，Xn＝X1(1+35％)

【技术特征摘要】
1.一种静电旋喷纺丝装置，其特征是：包括导电旋转罗盘、放电尖端、高压电源、液体流道、高速旋转电机、温控系统和导电接收板；旋转罗盘为圆柱状结构，数量为多个，共轴且间距排列；各旋转罗盘内部设有多个沿旋转罗盘径向呈辐射状分布的出液流道，同一旋转罗盘内所有的出液流道的一端靠近辐射中心，另一端位于旋转罗盘的周面上，且与放电尖端连接，放电尖端与高压电源连接，高压电源用于为放电尖端提供1-100kV的高压电，放电尖端用于形成电场；液体流道主要由进液流道和多个分液流道组成，进液流道为直管，分液流道为弯曲成弧的弯管，进液流道上设有m个连通点，在各连通点处，多个分液流道同时与进液流道相切连通呈伞状结构，自进液流道入口至进液流道出口，各连通点处的分液流道的弧度角依次为X1,...Xn,...Xm，X1≤20°，Xn＝X1(1+35％)n；进液流道同时穿过所有旋转罗盘内部的辐射中心，一连通点对应一旋转罗盘，各连通点连接的所有分液流道分别与该连通点对应的旋转罗盘内的不同出液流道连通；高速旋转电机用于驱动各旋转罗盘围绕自身中心轴以100-5000转/分钟的转速旋转液体流道；温控系统用于控制各旋转罗盘内部的温度由内向外沿径向递增；接收板位于旋转罗盘的上方。2.根据权利要求1所述的一种静电旋喷纺丝装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵兴雷，蒋攀，丁鑫鑫，王儒，华婷，张宏强，
申请(专利权)人：嘉兴富瑞邦新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33