一种旋转钢丝辊筒无针式电纺喷头、系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开的一种旋转钢丝辊筒无针式电纺喷头、系统及其工作方法，属于纺织机械和纳米纤维产业化制备技术领域。电纺喷头包括液槽、传动轴和金属辊，液槽底部设有若干进液孔，传动轴的两端与液槽两端连接，金属辊套设在传动轴上并与传动轴同心；金属辊两端对应均布有若干组金属丝固定装置，每组金属丝固定装置之间连接有金属丝，所有金属丝位于同一分布圆上；当液槽内注入纺丝液时，金属辊部分浸没在纺丝液中。系统包括上述电纺喷头和其它设备。本发明专利技术的结构设计合理，能够降低静电纺丝的电压，提高安全性、降低设备成本，且纺丝液挥发量小、生产效率高。生产效率高。生产效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种旋转钢丝辊筒无针式电纺喷头、系统及其工作方法


[0001]本专利技术属于纺织机械和纳米纤维产业化制备
，具体涉及一种旋转钢丝辊筒无针式电纺喷头、系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]现代科学技术的发展对材料性能的要求越来越高，21世纪是新材料特别是纳米材料迅速发展并广泛应用的时代。纳米纤维的研究是纺织工业原料制备领域的重要课题。纳米纤维制品与传统纤维材料相比具有许多独特的性质和新的规律，如比表面积高、直径小和孔隙率高等优点，能够极大提升产品的功能性，增加纺织品的附加值，在过滤、生物医用、传感器、储能材料和防护等领域均具有广阔的应用前景，拓展纺织品的应用领域。纳米纤维的应用价值为其制备技术的发展提供了新空间，同时也提出了相应的新要求。
[0003]传统单针头静电纺丝装置中使用的喷丝头主要为针式毛细管，具有设备简单、操作方便等优点，但制备的纳米纤维产量小、耗时久，仅能满足实验室研究需要；多针头式可以一定程度上提高纳米纤维的产量，但仍存在针头易发生堵塞、难清理、多射流间存在静电干扰、无法控制纤维形貌等缺点，这极大的限制了纳米纤维产业化发展和实际应用需求。
[0004]无针式静电纺丝技术可以极大的提高纳米纤维的产量，是目前最有发展前景和应用潜力的纳米纤维制备技术，为纳米纤维的产业化制备提供了新思路。当前，已有不少关于纳米纤维批量化制备装置的专利报道，但这些装置都各有其优点和不足。专利技术专利CN201310032194.9公开了一种伞状静电纺丝喷头及静电纺丝方法，这种静电纺丝装置可以通过自动供液装置给喷头供液，纺丝液可以均匀分布在伞状喷头上，在高压电场作用下，伞状喷头的边缘纺丝液克服表面张力和粘滞阻力作用会形成多根射流，这种方法虽然能够提高纳米纤维的产量，但想要实现纳米纤维的工业化生产仍然存在问题，原因是这种喷头呈现圆环状，只是在喷头的边缘形成射流，沉积在辊筒上也只是局部有纳米纤维，想要实现宽幅纳米纤维的生产，喷头就需要不断的往复移动，这样就极大的降低了纳米纤维的生产效率。因此，这种喷头设计仍然存在缺陷。专利技术专利CN201910217395.3公开了一种适用于高速运动的可控自由液面蘑菇头型静电纺丝喷头及其使用方法，这种喷头的设计克服了喷头在往复移动过程中纺丝液面波动的问题，使射流形成更加稳定，但同样是在宽幅纳米纤维的制备中存在缺陷。专利技术专利CN201610629977.9公开了一种直线形槽状无针式静电纺丝装置及纺丝方法，这种喷头能够形成多根射流且能够实现宽幅纳米纤维的制备，但缺点是该喷头是固定式，需要较高的施加电压才能激发出射流，施加电压过高容易引起静电击穿和电晕放电。所以，在纤维制备过程中存在较大的安全隐患。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种旋转钢丝辊筒无针式电纺喷头、系统及其工作方法，结构设计合理，能够降低静电纺丝的电压，提高安全性、降低设备成本，且纺丝液挥发量小、生产效率高。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术公开了一种旋转钢丝辊筒无针式电纺喷头，包括液槽、传动轴和金属辊，液槽底部设有若干进液孔，传动轴的两端与液槽两端连接，金属辊套设在传动轴上并与传动轴同心；金属辊两端对应均布有若干组金属丝固定装置，每组金属丝固定装置之间连接有金属丝，所有金属丝位于同一分布圆上；当液槽内注入纺丝液时，金属辊部分浸没在纺丝液中。
[0008]优选地，金属丝的数量为5～10。
[0009]优选地，金属丝的直径为0.1～0.8mm。
[0010]优选地，金属丝与液槽壁之间的距离为2～5mm。
[0011]优选地，液槽的长度为1100
‑
2200mm；传动轴长度为1500
‑
2500mm，直径为5～10mm；金属辊的长度为1000
‑
2000mm，直径为30～50mm；金属丝的长度为1000
‑
2000mm。
[0012]本专利技术公开的一种旋转钢丝辊筒无针式电纺系统，包括静电纺丝箱体、高压电源、贮液罐、退绕辊、纤维接收平板、第一导布辊、第二导布辊、第一压辊、第二压辊、烘燥装置、收集辊、温湿度控制系统和上述电纺喷头；
[0013]电纺喷头正对纤维接收平板设置，第一导布辊和第二导布辊设在电纺喷头和纤维接收平板之间，电纺喷头、纤维接收平板、第一导布辊、第二导布辊和温湿度控制系统均设在静电纺丝箱体内部；退绕辊、第一导布辊、第二导布辊、第一压辊、第二压辊、烘燥装置和收集辊依次布置在基材的行进路线上；高压电源通过金属导线分别与每根金属丝连接，纤维接收平板接地；贮液罐通过输液管与进液孔连接。
[0014]优选地，输液管上设有微量控制泵。
[0015]优选地，第一压辊和第二压辊分别位于同一位置的基材两侧且旋向相反。
[0016]本专利技术公开的上述旋转钢丝辊筒无针式电纺系统的工作方法，包括
[0017]通过温湿度控制系统调节静电纺丝箱体内的温度和湿度至预设值，基材由退绕辊经第一导布辊和第二导布辊传输至纤维接收平板前；贮液罐中的纺丝液由输液管经进液孔进入液槽，形成纺丝液面；传动轴在外部动力源的作用下转动，进而带动金属辊转动，金属丝扫过纺丝液面时，金属丝表面黏附薄层纺丝液；金属丝在高压电源的作用下，金属丝表面出现多根射流，射流在飞向纤维接收平板的过程中，溶剂快速挥发，射流固化形成纳米纤维沉积在基材上；基材继续经第一压辊和第二压辊传输至烘燥装置进行烘燥，溶剂进一步挥发，最终形成纳米纤维/基材非织造布成品收集在收集辊上。
[0018]优选地，高压电源的调节范围为0～100kV，传动轴的旋转速度为1～100r/min，退绕辊的退绕速度为0～1000mm/min，收集辊的收卷速度为0～1000mm/min，烘燥装置的烘燥温度为50～150℃。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0020]本专利技术公开的一种旋转钢丝辊筒无针式电纺喷头，金属辊和多根金属丝构成的特殊结构，当液槽盛有纺丝液时，传动轴带动金属辊转动，金属丝扫过纺丝液面时，纺丝液能够在金属丝上形成大量的射流，降低了纺丝溶液中溶剂的大量挥发，克服了自由液面溶剂大量挥发的问题。粘附在金属丝上的纺丝液在高压电场作用下能够形成多个泰勒锥，从泰勒锥的尖端可以抽拔出多根射流，从而能够显著提高纳米纤维产量。由于金属辊在纺丝过程中是动态旋转的，因此，激发出射流所需要的施加电压大大降低，从而极大地提高了静电
纺丝方法制备纳米纤维的安全性，同时降低了设备的电压等级，降低了电压防护等级，降低了设备和防护的成本投入。制备出的纳米纤维直径小、分布窄、孔隙均匀且结构可控，提高了静电纺丝的加工工艺和产品质量，具有良好的应用前景。
[0021]进一步地，金属丝的数量为5～10，数量过少，会导致单位时间内形成的射流根数减少，纳米纤维产量偏低；数量过多，会导致金属丝之间间距过小，金属丝所形成的电场产生相互影响，容易形成放电现象，影响纺丝的顺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旋转钢丝辊筒无针式电纺喷头，其特征在于，包括液槽(3
‑
1)、传动轴(3
‑
3)和金属辊(3
‑
4)，液槽(3
‑
1)底部设有若干进液孔(3
‑
2)，传动轴(3
‑
3)的两端与液槽(3
‑
1)两端连接，金属辊(3
‑
4)套设在传动轴(3
‑
3)上并与传动轴(3
‑
3)同心；金属辊(3
‑
4)两端对应均布有若干组金属丝固定装置(3
‑
6)，每组金属丝固定装置(3
‑
6)之间连接有金属丝(3
‑
5)，所有金属丝(3
‑
5)位于同一分布圆上；当液槽(3
‑
1)内注入纺丝液时，金属辊(3
‑
4)部分浸没在纺丝液中。2.根据权利要求1所述的旋转钢丝辊筒无针式电纺喷头，其特征在于，金属丝(3
‑
5)的数量为5～10。3.根据权利要求1所述的旋转钢丝辊筒无针式电纺喷头，其特征在于，金属丝(3
‑
5)的直径为0.1～0.8mm。4.根据权利要求1所述的旋转钢丝辊筒无针式电纺喷头，其特征在于，金属丝(3
‑
5)与液槽(3
‑
1)壁之间的距离为2～5mm。5.根据权利要求1所述的旋转钢丝辊筒无针式电纺喷头，其特征在于，液槽(3
‑
1)的长度为1100
‑
2200mm；传动轴(3
‑
3)长度为1500
‑
2500mm，直径为5～10mm；金属辊(3
‑
4)的长度为1000
‑
2000mm，直径为30～50mm；金属丝(3
‑
5)的长度为1000
‑
2000mm。6.一种旋转钢丝辊筒无针式电纺系统，其特征在于，包括静电纺丝箱体、高压电源(1)、贮液罐(2)、退绕辊(4)、纤维接收平板(5)、第一导布辊(6)、第二导布辊(7)、第一压辊(8)、第二压辊(9)、烘燥装置(10)、收集辊(11)、温湿度控制系统(15)和权利要求1～5任意一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏亮，孙润军，杜馨禹，常华，刘呈坤，申国栋，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：