一种热熔静电一体化纺丝机设备的制作方法

本发明涉及一种热熔静电一体化纺丝机设备，属于机械技术领域。

背景技术：

纳米纤维是国家环境、防护、新能源等领域不可缺少的重要材料，目前工业生产中，纳米纤维主要是通过静电纺丝的方法制备的，这种通用并且简单的制备方法可以连续的制备出直径在几十纳米到几百微米范围的纤维。通过对Taylor和fight-instability理论的研究，静电纺丝技术能够被合理的控制，制备出结构复杂的纳米材料，带状纤维，多孔纤维，同轴纤维以及中空纤维等。

目前用于静电纺丝的仪器大致可以三大类：第一类是有针头的静电纺丝机，将静电场中的正极加在针头端，通过静电力的作用在针头处形成泰勒锥，从而得到纳米纤维；第二类是无针头的静电纺丝机，如滚筒式静电纺丝机，在滚筒轴的一周设有大量的喷丝孔，通过静电场的作用，纺丝机能够大面积，循环的制备纺丝膜；第三类是气泡静电纺丝机，气泡静电纺丝工艺是受蜘蛛纺丝原理的启发而创造出来的，一旦加载高压电场，溶液中的电荷受到电场诱导，瞬间分布在气泡表面，气泡表面的电荷与电场相互耦合产生切应力，气泡变形，形成锥形气泡，当电场强度达到阈值时，气泡受到的电场力足以克服气泡表面张力，气泡被拉伸破裂，带电射流瞬间从气泡顶端喷射而出，破碎的气泡薄膜具有极高的初速度及加速度，在电场力作用下被拉伸细化，飞向负极。而剩余的气泡膜收缩，表面电荷重新分布，新的气泡继续产生，重复上述过程。

综上，目前用于制备超细纤维和纳米纤维的静电纺丝机已经制备出来了，但是仍然存在一定的问题。一、在推进过程中，融化的聚合物溶液容易和推进器接触；二、静电纺丝的样品多为高聚物，在纺丝前，需要将高聚物溶于液体溶剂，如有机溶剂，水等，由于高聚物的分子量大，溶解需要长达至少2个小时以上的时间；三、静电纺丝机只能对液体高聚物进行纺丝，无法直接用固体高聚物样品，在实验中的确存在表面改性的高聚物，需要直接熔融纺丝处理；四、目前由于静电纺丝机只能处理液体样品，大多数高聚物需要溶于有机溶剂进行溶解，有机溶剂如，DMF，THF，氯仿等在静电纺丝的过程中由于沸点低，大量挥发，形成多孔纤维，对于制备强力要求高，孔径少的纤维很不适用；五、对于有针头的静电纺丝机，由于高聚物溶液黏度较高，针头号数小，易堵塞并且相邻针头静电干扰有一定缺陷。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种热熔静电一体化纺丝机设备，以解决现有技术中溶液易接触，溶解时间长，孔径纤维少等问题。

本发明的技术问题主要通过以下技术方案得以解决：

本发明公开了一种热熔静电一体化纺丝机设备，包括静电纺丝装置，所述静电纺丝装置包括针筒和推进器，所述推进器包括与所述针筒连接的芯杆，所述针筒垂直设置，所述芯杆密封连接在所述针筒的内腔上端口，所述针筒的内腔中设置有隔断层，所述隔断层将所述针筒的内腔分隔为位于上侧的施压空间和位于下侧的受压空间，所述隔断层上设置有上下贯通的孔。

进一步地，所述针筒由上下两部分组成，所述针筒上下两部分通过螺纹连接拼合成整体，采用这种螺旋口的设计方式，使得样品更加方便加入针管。

进一步地，所述隔断层中部位置设置有上下贯通孔，所述贯通孔的直径为600μm，所述贯通孔与所述隔断层的直径比值范围为0.17-0.29。采用这种方式，一方面防止在推进过程中融化的聚合物溶液与芯杆的接触，另一方面由于气压的原因，在推进的过程中，将上层气压，以高压的形式喷出，推动下半部分中熔融液顺利流出针管。

进一步地，所述热熔静电一体化纺丝机设备还包括温控装置，所述温控装置包括温控器、计时器、玻纤加热带和热电偶，所述计时器、玻纤加热带和热电偶分别和温控器电连接。

进一步地，所述玻纤加热带设置在针筒的下部分侧表面。

进一步地，所述针筒的下部分底部设置有贯通的安装孔，所述热电偶穿过所述安装孔设置在针筒的下部分内腔中，方便热电偶的安装和拆卸。

进一步地，所述热电偶为K型热电偶。

进一步地，所述推进器包括KS100的流量泵，所述流量泵通过助推杆与所述芯杆连接。

进一步地，所述针筒为石英材料制成，在热熔过程中，可以耐任何聚合物熔点温度的高温。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：通过在石英玻璃的针筒上设置定时温度可调的加热装置，以及独特隔断式的推进设计，满足了实现高聚物热熔和传统溶液式为一体的静电纺丝技术，大大解决了样品溶解时间长，样品溶解困难，并且使得制备的纳米纤维能够形成实心的结构，有效的增强了纳米线的强度，高温的智能可控大大提高了安全保障，同时也能有效的防止纺丝过程中溶液黏度过高出现的凝固，堵塞针管针头的现象。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是一种热熔静电一体化纺丝机设备的结构示意图；

图2是一种热熔静电一体化纺丝机设备的针筒剖视图；

图3是一种热熔静电一体化纺丝机设备实施例一得到的纳米纤维SEM表面形貌图片；

图4是一种热熔静电一体化纺丝机设备实施例一得到的纤维的TEM图片；

图5是一种热熔静电一体化纺丝机设备实施例一得到的纳米纤维的尺寸分布图；

图6是一种热熔静电一体化纺丝机设备实施例二得到的纳米纤维SEM表面形貌图片；

图7是一种热熔静电一体化纺丝机设备实施例二得到的纤维的TEM图片；

图8是一种热熔静电一体化纺丝机设备实施例二得到的纳米纤维的尺寸分布图。

以上附图中，(2)针筒；(3)芯杆；(4)玻纤加热带；(11)温控器；(12)计时器；(21)贯通孔；(22)隔断层；(23)热电偶；(24)安装孔。

实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合图1至图8所示，本发明的一种热熔静电一体化纺丝机设备，包括静电纺丝装置，所述静电纺丝装置包括针筒2和推进器，所述针筒2由上下两部分组成，所述针筒2上下两部分通过螺纹连接拼合成整体，采用这种螺旋口的设计方式，使得样品更加方便加入针管，所述推进器包括与所述针筒2连接的芯杆3。

所述针筒2垂直设置，所述芯杆3密封连接在所述针筒2的内腔上端口，所述针筒2的内腔中设置有隔断层22，所述隔断层22直径与针筒2内径相同，范围为2.8-3.6cm。所述隔断层22中部位置设置有上下贯通孔21，所述贯通孔21的直径为600μm，所述贯通孔21与所述隔断层22的直径比值范围为0.17-0.29。所述隔断层22将所述针筒2的内腔分隔为位于上侧的施压空间和位于下侧的受压空间。采用这种方式，一方面防止在推进过程中融化的聚合物溶液与芯杆3的接触，另一方面由于气压的原因，在推进的过程中，将上层气压，以高压的形式喷出，推动下半部分中熔融液顺利流出针管。

所述热熔静电一体化纺丝机设备还包括温控装置，所述温控装置包括温控器11、计时器12、玻纤加热带4和热电偶23，所述计时器12、玻纤加热带4和热电偶23分别和温控器11电连接。

所述玻纤加热带4设置在针筒2的下部分侧表面；所述针筒2的下部分底部设置有贯通的安装孔24，所述热电偶23穿过所述安装孔24设置在针筒2的下部分内腔中，方便热电偶23的安装和拆卸，所述热电偶23为K型热电偶。

所述推进器包括KS100的流量泵，KS100流量泵的特点在于能够精准的控制针筒推进的速度并始终保持匀速，在制备过程中针筒的推进速度将通过隔断层孔洞压出空气，直接影响了熔融后纺丝液流出的速度与均匀度，有利于改善纺制样品的尺寸和形貌。

推进器采用的是流量泵作为主要的推进装置，流量泵垂直放置，操作面板上的流速，容量，前进，后退等按键用于精确控制芯杆3移动量程和移动速度；流量泵的推进片上粘合一根助推杆，助推杆一端与推进片相连另一端抵住芯杆3。

所述针筒2为石英材料制成，在热熔过程中，可以耐任何聚合物熔点温度的高温。

实施例一：

(1)将称量好的5g聚苯乙烯聚合物颗粒放入石英针筒2中，并通过石英针筒2上设置的螺纹旋口将石英针筒2上下两部分固定连接，将柔性性和耐热效果较好的玻纤加热带4缠绕包覆在石英针筒的2下半部分，通过石英针筒2下部开设的热电偶23探头安装孔24，安装K型热电偶23，K型热电偶23设置于石英针筒2中样品的中间位置；

(2)插上温控装置的电源，设定温控器11温度，调到250℃，设定计时器12计时时间为30min；

(3)设定流量泵，推进速度为1ml/h；

(4)调节静电纺丝装置，静电纺丝装置包括喷丝口、纺丝接收板和可控高压电源，调节可控高压电源电压为10kv，喷丝口与接收板的间距为15cm,控制纺丝时间为30min,在纺丝收集板上得到一定厚度的纤维膜；

(5)把所得PS纳米纤维膜从接收板上取下来，取4cm×4cm尺寸的纤维膜，室温下自然晾干1h.取1mm*1mm大小的纤维膜，进行扫描电子显微镜拍摄。

实施例二：

(1)将称量好的5g聚苯乙烯聚合物颗粒放入石英针筒2中，并通过石英针筒2上设置的螺纹旋口将石英针筒2上下两部分固定连接，将柔性性和耐热效果较好的玻纤加热带4缠绕包覆在石英针筒的2下半部分，通过石英针筒2下部开设的热电偶23探头安装孔24，安装K型热电偶23，K型热电偶23设置于石英针筒2中样品的中间位置；

(2)插上温控装置的电源，设定温控器11温度，调到230℃，设定计时器12计时时间为30min；

(3)设定流量泵，推进速度为0.1ml/h；

(4)调节静电纺丝装置，静电纺丝装置包括喷丝口、纺丝接收板和可控高压电源，调节可控高压电源电压为10kv，喷丝口与接收板的间距为15cm,控制纺丝时间为30min,在纺丝收集板上得到一定厚度的纤维膜；

(5)把所得PS纳米纤维膜从接收板上取下来，取10cm×10cm尺寸的纤维膜，室温下自然晾干1h.取1mm*1mm大小的纤维膜，进行扫描电子显微镜拍摄。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。