本发明专利技术公开一种离心式无针头静电纺丝装置，包括供液系统、纺丝系统、高压静电发生系统、供电系统、接收系统、传动系统和控制系统，其特征在于所述的纺丝系统主要由一个内圆辊、一个外圆筒和一个中心轴组成，所述内圆辊的外表面均布有外凸钉，且可由中心轴带动进行旋转运动，所述外圆筒为一个静态或固装的薄壁空心圆筒，外圆筒的内表面均布有内凸钉，外圆筒的形状尺寸可以套装在内圆辊之外，两者同轴组合配装，且使内圆辊的外凸钉与外圆筒的内凸钉相互交插嵌入分布，并留有适当间隙；同时，外圆筒的最高上表面处轴向均布开有1-3排纺丝孔。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及静电纺丝技术，具体为一种离心式无针头静电纺丝装置。
技术介绍
静电纺丝技术是一种利用静电场力做驱动力对高聚物溶液或熔体进行牵伸制备纳米纤维材料的方法，主要由喂液系统、高压电源、纺丝系统、接收系统、传递系统和控制系统组成。其工艺原理是，经喂液系统喂入纺丝系统的喷针或喷嘴的聚合物纺丝液在高压电场作用下首先形成泰勒锥，再被电场力牵伸成纺丝射流；由于同种电荷的相互排斥作用和纺丝射流的鞭动不稳定性，纺丝射流进一步分裂成为无数小液滴；在向接收系统的相对极板运动的过程中，这些小液滴中的溶剂不断挥发，聚合物逐渐固化，最后沉积在接收器上，形成纳米纤维网/薄膜/非织造布材料。传统静电纺使用单针头作为纺丝部件进行纳米纤维材料的制备，但是速度慢、产量低，难以满足市场的需要。近几年出现的多针头和无针头 规模化静电纺丝技术使纳米纤维材料的制备技术得到了质的飞跃，使静电纺纳米纤维材料的产率得到了大幅度提高。然而，多针头式静电纺虽然具有所得纤维细度较细、且产品均匀的优点，但是随着针头数量的增加，产量却并不能成比例地相应增大到期望值，原因是多针头之间存在强烈的静电干扰、最终导致了 “end effect (边界效应)”现象。此外，针头式静电纺还存在针头易堵塞、难清理、易造成产品结构不匀、质量恶化等不足。无针头式静电纺丝装置无需传统静电纺丝方法所需的毛细管(针头/喷嘴)，避免了针头易堵塞和清洗困难等缺陷，具有制造简单，操作方便，利于节能环保，实施成本较低，便于工业化推广使用等优点。有关无针头式静电纺丝技术的权威代表是捷克的纳米蜘蛛静电纺丝机(W02005/024101A1)，虽然该无针头式静电纺技术具有产量高、易操作的特点，不存在针头堵塞问题，纺丝头表面易清理，设备简单，但是所得纤维较粗、且细度分布不匀，而且纺丝电压偏高，造成生产成本较高，不利于实际应用。ZL200410025691. 5、ZL200610117671. I、ZL200710036447. 4、ZL200810032247. 6 和 CN101275299B 等中国专利中，采用了超声波技术、振动技术和气泡技术来实现无针头静电纺，该技术所得到的纳米纤维及产品均勻度控制较难，可加工聚合物材料受限。此外，Yarin等人(Polymer International2004, (45) :2977-2980)提出过磁流体辅助式无针头静电纺丝方法，但装置复杂、两层液体的控制困难、射流中含有磁粉等杂质导致纤维直径偏差较大，应用受限。Dosunmu等人(Nanotechnology 2006, (17) : 1123-1127.)专利技术了多孔管状无针头静电纺丝方法，此方法需要气压装置辅助供液，结构较为复杂，且同样存在管孔内容易堵塞的问题。最近，CN102061530A描述了一种离心式无针头静电纺丝方法，原理是利用金属网制成的甩桶作为纺丝电极和纺丝头，得到筒状纳米纤维非织造布，但是结构复杂，所得纳米纤维直径在5nm lOOOnm，离散较大，产品结构极为不匀，难以满足实际应用要求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供了一种离心式无针头静电纺丝装置，该装置可用于大规模生产纳米纤维，并可以有效提高静电纺丝过程的稳定性，所得纳米纤维细度、产品均匀度好，产量规模可满足实际需要，且所需纺丝电压较低，设备结构相对简单，不存在喷丝孔堵塞和清理问题。本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，设计一种离心式无针头静电纺丝装置，包括供液系统、纺丝系统、高压静电发生系统、供电系统、接收系统、传动系统和控制系统，其特征在于所述纺丝系统主要由一个内圆辊、一个外圆筒和一个中心轴组成，所述内圆辊的外表面均布有外凸钉，且可由中心轴带动进行旋转运动，所述外圆筒为一个静态或固装的薄壁空心圆筒，外圆筒的内表面也均布有内凸钉，外圆筒的形状尺寸可以套装在内圆辊之外，两者同轴组合配装，且使内圆辊的外凸钉与外圆筒的内凸钉相互交插嵌套分布，并留有适当间隙；同时，外圆筒的最高上表面处轴向均布开有1-3排纺丝孔。与现有技术相比，本专利技术离心式无针头静电纺丝装置是利用离心力辅助喂液和辅助静电纺的装置，主要用于纳米纤维网/薄膜/非织造布材料的生产，可实现纳米纤维材料的规模化、连续化生产，有效减少电能损耗、降低生产成本、提高产品质量；该静电纺装置采用薄壁微孔金属滚筒作为无针头式静电纺丝头和纺丝电极，避免了其它无针头静电纺丝方 法由于表面电荷密度较小而引起的所需电压较高造成的能源浪费；纺丝溶液在静电纺丝之前得到充分剪切搅拌，实现了均匀混合，不会产生相分离，所得纳米纤维均匀稳定；纺丝头一边连续纺丝，一边沿幅宽方向进行往复横动，避免了其他无针头静电纺丝技术的产品不均匀现象；采用双计量泵的供液方法可以实现对纺丝组件供液的微量喂入和精度控制，生产出只有针头式静电纺才能生产出来的较细且均匀的纳米纤维；本专利技术静电纺丝装置处于封闭状态，有效减轻了生产过程中环境因素对纺丝液中溶剂挥发引起纺丝液变稠的影响。附图说明图I为本专利技术离心式无针头静电纺丝装置一种实施例的整体主视及剖面结构示意图。图2为本专利技术离心式无针头静电纺丝装置一种实施例的整体侧视及剖面结构示意图。图3为本专利技术离心式无针头静电纺丝装置一种实施例的外圆筒局部俯视图。图4为本专利技术离心式无针头静电纺丝装置一种实施例的纳米纤维产品SEM图片图。具体实施例方式下面结合实施例及其附图进一步阐述本专利技术。本专利技术设计的离心式无针头静电纺丝装置(简称装置，参见图I、2 )，主要包括供液系统、纺丝系统、高压静电发生系统、供电系统、接收系统、传动系统和控制系统，其特征在于所述的纺丝系统主要由一个内圆辊45、一个外圆筒65和一个中心轴70组成，所述内圆辊45的外表面均布有外凸钉60,且可由中心轴70带动进行旋转运动,所述外圆筒65为一个静态或固装的薄壁空心圆筒，夕卜圆筒65的内表面也均布有内凸钉50,夕卜圆筒65的形状尺寸可以套装在内圆辊45之外，两者同轴组合配装，且使内圆辊45的外凸钉60与外圆筒65的内凸钉50相互交插嵌套分布,并留有适当间隙；同时，外圆筒65的最高上表面处轴向均布开有1-3排纺丝孔90。在静电纺丝过程中，纺丝液10位于旋转的内圆辊45和静止的外圆筒65之间。当纺丝电压达到或超过临界纺丝电压时，所述的纺丝系统利用静电场力和旋转内圆辊45离心力的联合作用，使纺丝液10从纺丝孔90中喷出，并对纺丝液10进行牵伸，形成纺丝射流。本专利技术装置所述外圆筒65 (也称为纺丝头)可由薄壁金属材料制成，例如不锈钢、招合金或铜等，薄壁金属材料或外圆筒65的壁厚为O. I 5mm,较好是O. 5 3_ ;外圆筒65的外径为150 1000mm，较好是200 500mm，上表面最高处轴向均布开有I 3排纺丝孔90，孔径为O. I 1mm。纺丝孔90孔径的大小取决于聚合物原料种类和产品规格要求纺制较细纳米纤维材料或采用较低粘度的纺丝液时，可选用较小的纺丝孔径，纺制较粗纳米纤维材料或采用较高粘度的纺丝液时，可选用较大的纺丝孔径；纺丝孔90的孔间距为O.5 10mm，具体孔间距90的大小取决于纳米纤维细度和产量要求。本专利技术装置所述的内圆棍45的直径为100 800mm,较好是150 450mm,但更本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种离心式无针头静电纺丝装置，包括供液系统、纺丝系统、高压静电发生系统、供电系统、接收系统、传动系统和控制系统，其特征在于：所述纺丝系统主要由一个内圆辊、一个外圆筒和一个中心轴组成，所述内圆辊的外表面均布有外凸钉，且可由中心轴带动进行旋转运动，所述外圆筒为一个静态或固装的薄壁空心圆筒，外圆筒的内表面也均布有内凸钉，外圆筒的形状尺寸可以套装在内圆辊之外，两者同轴组合配装，且使内圆辊的外凸钉与外圆筒的内凸钉相互交插嵌套分布，并留有适当间隙；同时，外圆筒的最高上表面处轴向均布开有1？3排纺丝孔。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘延波，张泽茹，漆东岳，马营，陈威亚，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：
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