专利名称：微型连续静电纺丝成型设备的制作方法
技术领域：
本发明专利属于设备制备以及材料成型领域，包括纤维材料、由纤维组成的织造和/或非织造材料制备的设备，具体涉及一种可以实现连续静电纺丝的微型成型装置。
背景技术：
微米、纳米纤维以其小尺寸效应的独特性质和优势使其在众多的纤维材料中脱颖而出，这类纤维具有比表面积大、力学特性独特，使其在医学、环境保护、能源利用、工业建筑以及军事国防等方面具有显著的应用优势。
工业化实现微米/纳米纤维的制备方法包括复合纺丝法、熔喷法、闪蒸法以及近几年出现的静电纺丝技术。其中制备纳米纤维的方法中最为引人注目的是利用高压静电场，静电纺丝工艺，它可以通过电压、原液浓度、接收距离、流量等工艺参数的控制实现纳米纤维的制备；另一方面，它突破了传统熔纺、溶液法纺丝成型的界限，可以实现多种聚合物材料的纤维纺丝成型过程以及纤维尺寸从10纳米到1000纳米宽范围微米/纳米纤维的制备，因此，静电纺丝成型控制以及工业化受到人们的广泛关注。
目前实现静电纺丝工业化生产的技术仅限于几家国外大型的企业。静电纺丝工业化的主要问题是纺丝过程产量的提高、纤维网强度问题、以及采用溶液纺丝成型的溶剂回收和环保问题。目前，旋转喷头、多喷头的专利为静电纺丝成型产量的提高提出了参考方法，也是目前静电纺丝工业化普遍采用的喷头形式。但是，对于采用喷嘴成型而言，纺丝原液或者熔体的连续供应，还没有相关专利提出。特别是对于小型样品制备所需要的连续供样和稳定性成型控制，国内目前还鲜有报道。
发明内容
本发明专利的技术问题在于提供一种微型的可以实现连续静电纺丝的成型设备。
本发明专利是通过以下技术方案得以实现一种微型连续静电纺丝成型设备，包括连续供液装置、静电发生器以及分别连接在该静电发生器两个输出端的喷丝嘴、收集装置，其中柱塞泵通过连接管路同时与供液容器、喷丝嘴连接，往复式运动机构与柱塞泵连接并带动柱塞在缸体内往复运动，所述柱塞泵及其连接管路均为至少两个，该至少两个柱塞泵分别通过各自的连接管路与所述供液容器、喷丝嘴连接；该至少两个柱塞泵的柱塞均与所述往复式运动机构连接，并由往复式运动机构带动其中一个柱塞泵做吸进运动时，另一个柱塞泵做挤出运动。
本发明专利中，由于设有至少两个柱塞泵，两个柱塞泵均与往复式运动机构连接，在每一时刻，均有至少一个柱塞泵向喷丝嘴供液，使喷丝嘴的供液连续，本发明专利可以实现连续进样，从而可实现连续微米、纳米纤维毡或长丝的制备。该至少两个往复式柱塞泵可单独或者同时通过连接管路与供液容器、喷丝嘴连接，当柱塞泵单独与供液容器、喷丝嘴连接时，可通过调整供液容器内的纺丝原液的种类制备三明治复合微米/纳米纤维毡。
本发明专利所述收集装置可为板型、管型、轮型或者其它任何形状的三维的可导电物体，板型收集装置可以提供连续的或周期性的二维纳米纤维毡样品或制品；转轮收集装置可以提供连续的或周期性的一维纳米纤维样品或制品；该任何形状的三维的可导电物体包括但是不完全包括皮肤表面、皮肤表面复形、骨骼、骨骼复型、血管、血管复型等，所有收集装置均通过连接到静电纺丝供液装置的流量计量计实现控制切换过程。
本发明专利所述喷丝嘴可为单个或者两个及其以上的喷丝头，或者可以采用狭缝喷丝嘴、或者采用光面滚筒、或者采用网面滚筒中的一种或者配合使用，从而满足不同成型样品的要求。
本发明专利的进一步改进是所述往复运动机构包括移动件、驱动移动件的驱动机构以及对该移动件的行程进行感测的行程开关，该行程开关与控制电路连接；至少两个所述柱塞泵反向设置且均与移动件连接。该结构为一种串联式设计，移动件向一个方向移动时，带动第一个柱塞泵向喷丝嘴供液，第二个柱塞泵停止向喷丝嘴供液，移动件反向运动时，带动第二个柱塞泵向喷丝嘴供液，第一个柱塞泵停止向喷丝嘴供液。
所述往复运动机构包括铰接在基座上的导槽、设于铰接点两侧且可在导槽内滑动的滑动件，驱动该导槽的驱动机构和对该导槽的行程进行监控的行程控制开关；该行程控制开关与控制电路连接；所述至少两个柱塞泵的柱塞分别连接在铰接点两侧的滑动件上。在驱动机构的驱动作用下，导槽相对于铰接点转动，分别使至少两个滑动件反向运动，即若其中一个柱塞泵停止向喷丝嘴供液时，另一个柱塞泵可以向喷丝嘴供液，使喷丝嘴的供液连续。
所述驱动机构为机械传动机构，可以是凸轮传动机构，齿轮齿条传动机构，气缸传动机构，螺杆传动机构包括滚珠螺杆传动机构中的一种或者两种。
优选的驱动机构为滑块以及与该滑块螺纹配合的螺杆，在所述滑块与螺杆相配合处还可设有螺纹槽，该螺纹槽中设有滚珠。另以优选的驱动机构包括缸体(29)和与之相配合的活塞(30)。采用滚珠螺杆驱动机构和气缸驱动机构，能够更精确的进行微量进料的控制。通过变频、变速控制制备螺杆助推柱塞式推进装置，达到0.3-20ml/h的精确挤出控制，其误差范围控制在1％之内；采用单片机程式设计，进行整个纺丝成型和自动进样的自动化控制，从而达到微量，稳定的成型要求。
所述连接管路包括分别与所述喷丝嘴、供液容器、柱塞泵连接且相互接通的喷嘴段管路、容器段管路、泵口段管路，在容器段管路上设有朝向所述柱塞泵方向的第一单向阀，在喷嘴段管路上设有朝向喷丝嘴方向的第二单向阀。在柱塞泵吸液时，原液经供液容器、容器段管路、泵口段管路进入柱塞泵，在柱塞泵排液时，原液经柱塞泵、泵口段管路、喷嘴段管路进入喷丝嘴，如此反复，该结构适用于柱塞泵只有一个泵口的情况。若柱塞泵有进口、出口两个泵口时，所述连接管路包括前段管路、后段管路，所述柱塞泵进口与所述供液容器之间通过前段管路连接相通，所述柱塞泵出口与所述喷丝嘴之间通过后段管路连接相通。此时，若柱塞泵的进口、出口不带有单向阀，还需在前段管路设有朝向所述柱塞泵的单向阀、在后段管路还设有朝向所述喷丝嘴方向的单向阀，以利于对原液的流向进行控制。
所述供液容器包括储液箱及与储液箱相通的备用箱，在储液箱内设置有搅拌叶片。储液箱中的液化气体用到一定程度之后，纺丝原液便从备用箱中流出，同时，储液箱内的搅拌叶片对原液起到搅拌作用，使纺丝原液更为均匀。
该供液装置还包括有对所述至少两个柱塞泵的柱塞的推进距离行程进行调节的行程调节开关。经行程调节开关对柱塞泵的行程调节之后，各柱塞泵向喷丝嘴供液量发生变化，以适应不同的需要。
所述行程调节开关包括调节片及与该调节片接触的抵压弹簧。
图1是实施例一的应用示意图；图2是图1中，驱动机构与柱塞泵的结构图；图3是图2中，螺杆、滑块及滚珠的连接结构图；图4是供液容器与连接管路的结构图；图5是实施例二中，驱动机构与柱塞泵的连接结构图；图6是实施例三的应用示意图；图7是实施例四中，驱动机构与柱塞泵的连接结构图；图8是实施例五中，驱动机构与柱塞泵的连接结构图；附图标记说明1、柱塞泵，2、供液容器，3、喷丝嘴，4、螺杆，5、移动件，6、行程开关，7、控制电路，8、导槽，9、滑动件，10、行程控制开关，12、变速箱，13、喷嘴段管路，14、容器段管路，15、泵口段管路，16、第一单向阀，17、第二单向阀，18、储液箱，19，备用箱，20、搅拌叶片，21、调节片，22、抵压弹簧，23、电机，24滚珠，25、静电发生器，26、收集装置，27、滑块，28、螺纹槽，29、活塞，30、活塞，31、换向阀，32、泵体，33、齿轮，34、齿条。
具体实施例方式
实施例一请参见图1至图4，一种微型连续静电纺丝成型设备，该装置包括连续供液装置、静电发生器25以及连接在该静电发生器25两个输出端的喷丝嘴3、收集装置26，该连续供液装置的柱塞泵1通过连接管路同时与供液容器2、喷丝嘴3连接，往复式运动机构与柱塞泵1连接并带动柱塞在缸体内往复运动，柱塞泵1及其连接管路均为两个，该两个柱塞泵1分别通过各自的连接管路与供液容器2、喷丝嘴3连接；该至少两个柱塞泵1的柱塞均与往复式运动机构连接，并由往复式运动机构带动其中一个柱塞泵1做吸进运动时，另一个柱塞泵1作挤出运动。
其中，供液容器2包括储液箱18及与储液箱18相通的备用箱19，在储液箱18内设置有搅拌叶片20；连接管路包括分别与喷丝嘴3、供液容器2、柱塞泵1连接且相互接通的喷嘴段管路13、容器段管路14、泵口段管路15，在容器段管路14上设有朝向柱塞泵1方向的第一单向阀16，在喷嘴段管路13上设有朝向喷丝嘴3方向的第二单向阀17；往复运动机构包括移动件5、驱动该移动件5的驱动机构(驱动机构为滑块27以及与该滑块27螺纹配合的螺杆4，在滑块27与螺杆4相配合处设有螺纹槽28，该螺纹槽28中设有滚珠24)，以及对该移动件5的行程进行感测的行程开关6，该行程开关6与控制电路7连接；至少两个柱塞泵1反向设置且均与移动件5连接；两个柱塞泵1反向设置且均与移动件5连接；在两个柱塞泵1的柱塞之间设置有调节片21以及与该调节片21接触的抵压弹簧22构成行程调节开关，静电发生器25的一个电极与喷丝嘴3连接，另一个电极与收集装置26连接。
本实施例中，电机23通过变速箱12带动滚珠螺杆4旋转，螺杆4带动其上的滑块27沿螺杆4移动，该滑块27带动与之连接的移动件5沿螺杆4移动，并带动反向设置的两个柱塞泵1的柱塞运动，其中一个柱塞泵1吸进原液时，另一个柱塞泵1便排出原液，可连续向喷丝嘴3供液，在每个行程中，移动件5达到行程之后被行程开关6感测，行程开关6将感测信号传输至控制电路7，电机23反转，带动柱塞泵1的柱塞作反向运动，如此反复，通过调节行程开关6可调整柱塞泵1中柱塞的行程。
实施例二如图5所示，驱动机构包括缸体29和与之相配合的活塞30。工作时，泵体32输出高压液体/气体至换向阀31，并将高压液体/气体压入活塞30一侧的腔体中，活塞30运动，带动柱塞泵1运动，换向阀31换向之后，活塞反向运动，带动柱塞泵1反向运动，从而实现柱塞泵1的往复运动。
实施例三如图6所示，本实施例与实施例一的不同之处在于本实施例所述微型连续静电纺丝成型设备带有两个供液容器2、两个喷丝嘴3；两个柱塞泵1分别通过各自的连接管路同时与各自的供液容器2、喷丝嘴3连接。本实施例中，各供液容器2中的纺丝原液不同，这样各喷丝嘴3可以分别喷出不同的原液。
实施例四如图7所示，本实施例中，往复运动机构包括铰接在基座上的导槽8、设于铰接点两侧且可在导槽8内滑动的滑动件9、驱动该导槽8的驱动机构以及对导槽8的行程进行监控的行程控制开关10；该行程控制开关10与控制电路7连接；所述至少两个柱塞泵1的柱塞分别连接在铰接点两侧的滑动件9上，螺杆4转动带动滑块27滑动，滑块27带动滑动件9移动。
实施例五如图8所示，本实施例与实施例四的不同之处在于导槽8固定在齿轮33上，导槽8内的两滑动件9由弹簧22连接在一起，滑动件分别与两个柱塞泵1的柱塞连接。在工作时，通过齿条34带动与其配合的齿轮33往复运动，固定在齿轮33上的导槽也随之进行往复运动，从而两个滑动件9分别带动两个柱塞泵1活塞反向运动，即其中一个柱塞泵1吸液、另一个柱塞泵1排液。
权利要求
1.一种微型连续静电纺丝成型设备，该装置包括连续供液装置、静电发生器(25)以及分别连接在该静电发生器(25)两个输出端的喷丝嘴(3)、收集装置(26)，其特征在于该连续供液装置的柱塞泵(1)通过连接管路同时与供液容器(2)、喷丝嘴(3)连接，往复式运动机构与柱塞泵(1)连接并带动柱塞在缸体内往复运动，所述柱塞泵(1)及其连接管路均为至少两个，该至少两个柱塞泵(1)分别通过各自的连接管路与所述供液容器(2)、喷丝嘴(3)连接；该至少两个柱塞泵(1)的柱塞均与所述往复式运动机构连接，并由往复式运动机构带动其中一个柱塞泵(1)做吸进运动时，另一个柱塞泵(1)作挤出运动。
2.如权利要求1所述微型连续静电纺丝成型设备，其特征在于所述往复运动机构包括移动件(5)、驱动该移动件(5)的驱动机构，以及对该移动件(5)的行程进行感测的行程开关(6)，该行程开关(6)与控制电路(7)连接；至少两个所述柱塞泵(1)反向设置且均与移动件(5)连接。
3.如权利要求1所述微型连续静电纺丝成型设备，其特征在于所述往复运动机构包括铰接在基座上的导槽(8)、设于铰接点两侧且可在导槽(8)内滑动的滑动件(9)、驱动该导槽(8)的驱动机构以及对导槽(8)的行程进行监控的行程控制开关(10)；该行程控制开关(10)与控制电路(7)连接；所述至少两个柱塞泵(1)的柱塞分别连接在铰接点两侧的滑动件(9)上。
4.如权利要求2或3所述微型连续静电纺丝成型设备，其特征在于所述驱动机构为滑块(27)以及与该滑块(27)螺纹配合的螺杆(4)。
5.如权利要求4所述微型连续静电纺丝成型设备，其特征在于在所述滑块(27)与螺杆(4)相配合处设有螺纹槽(28)，该螺纹槽(28)中设有滚珠(24)。
6.如权利要求2或3所述微型连续静电纺丝成型设备，其特征在于所述驱动机构包括缸体(29)和与之相配合的活塞(30)。
7.如权利要求1或2或3所述微型连续静电纺丝成型设备，其特征在于所述喷丝嘴(3)为狭缝喷丝嘴、光面滚筒或网面滚筒中的一种或者几种配合使用。
8.如权利要求1或2或3所述微型连续静电纺丝成型设备，其特征在于所述收集装置(26)为板型、管型或轮型。
9.如权利要求1或2或3所述微型连续静电纺丝成型设备，其特征在于所述供液容器(2)为至少两个，分别与各柱塞泵(1)连接。
10.如权利要求1或2或3所述微型连续静电纺丝成型设备，其特征在于各所述柱塞泵(1)通过其连接管路各连接一个所述喷丝嘴(3)。
全文摘要
本发明公开了一种微型连续静电纺丝成型设备，包括连续供液装置、静电发生器以及分别连接在该静电发生器两个输出端的喷丝嘴、收集装置，其中柱塞泵通过连接管路同时与供液容器、喷丝嘴连接，往复式运动机构与柱塞泵连接并带动柱塞在缸体内往复运动，所述柱塞泵及其连接管路均为至少两个，该至少两个柱塞泵分别通过各自的连接管路与所述供液容器、喷丝嘴连接；该至少两个柱塞泵的柱塞均与所述往复式运动机构连接，并由往复式运动机构带动其中一个柱塞泵做吸进运动时，另一个柱塞泵做挤出运动。本发明相对于现有技术而言，可以连续向喷丝嘴供液，实现连续制样。
文档编号D01D5/00GK101092757SQ20071002884
公开日2007年12月26日 申请日期2007年6月26日 优先权日2007年6月26日
发明者严玉蓉, 邱智华, 周怀超, 朱锐钿, 李诗丞, 张振斌, 赵耀明 申请人:华南理工大学