一种针片辊式无针静电纺丝装置的制作方法

本发明涉及一种针片辊式无针静电纺丝装置，属于静电纺丝领域。

背景技术：

静电纺丝技术是通过使带有电荷的高分子熔体或溶液在高压静电场中喷射、拉伸、劈裂、固化或者溶剂挥发，最终形成纤维状物质的过程，是一种简单高效而又经济的制备纳米纤维的方法。传统针式静电纺丝生产效率极低，限制了静电纺丝纳米纤维产业化应用；增加针头个数可以提高静电纺丝产量，但针头间距的限制会造成设备体积庞大，而且针头间存在的电场干扰会影响纤维形貌的均匀性；纺丝针头易堵塞，不易清洗。因此，基于自由表面自组织的无针静电纺丝技术应用而生，具有较高的生产效率，是静电纺丝工业化的研究热点。近年来，相继有人提出了球形、锥形、滚筒式、圆盘式、螺旋线圈、螺旋叶片、线型式等纺丝喷头。这类装置一般是利用喷头旋转带动纺丝液附着在喷头表面形成自由表面，在高压静电场作用下纺丝液自由表面激发形成多个泰勒锥，拉伸固化后最终形成纳米纤维。这种供料方式的溶液槽一般为开放状态，纺丝时由于溶液挥发会影响纺丝液浓度和纤维的均匀性；而且这类喷丝头结构参数不易改变，可控范围较小；收集方式单一，设备集成化程度不高。

技术实现要素：

本发明提出一种针片辊式无针静电纺丝装置，采用毛刷装置供料，使用可替换的针片隔板结构作为射流喷射器，相比传统单射流有针纺丝，不仅解决了产量低和针头易堵塞的问题，同时可以实现纺丝液的均匀即时供料。该装置结构简单、可控性强、生产效率高，适合于溶液的大批量静电纺丝。

本发明采用的技术方案是一种针片辊式无针静电纺丝装置，主要包括电机、蠕动泵、毛刷供料系统、针片辊式装置、储液槽、电极板、风刀、接收辊、传动装置、接收板、支撑框架和高压静电发生器，毛刷供料系统由分流管和毛刷组成，纺丝液通过蠕动泵进入分流管后均匀分布到毛刷上；针片辊式装置由中心轴、针片、隔板和锁紧螺母组成，锁紧螺母将针片、隔板相间固定在中心轴上，针片由不锈钢耐腐蚀导电金属制成，针片为圆环状薄片，距离针片圆环外径一段距离加工若干的锥状针尖，针尖沿周向分布均匀；中心轴采用轴承固定在支撑框架上，针片尖端与毛刷紧密接触；储液槽置于支撑框架上且位于针片辊式装置正下方，针片上未成丝的多余溶液可以流入储液槽；电极板置于针片辊式装置正上方，可调距离0-200mm；风刀通过螺杆固定在电极板右端，上下可调距离0-200mm，风刀出风口高于针片边缘的最上端；接收板置于针片辊式装置正前方，保持接收距离50-300mm；接收辊置于针片辊式装置斜上方45°，保持接收距离0-200mm；电机通过传动装置控制针片辊式装置与接收辊进行旋转运动；高压静电发生器连接针片辊式装置，接收辊、电极板通过导线接地。

本发明一种针片辊式无针静电纺丝装置，其中针片辊式装置由中心轴、针片、隔板和锁紧螺母组成。中心轴直径24mm,长度200mm，由钢、铜等导电金属制成；针片孔径24mm，外径80mm，厚度0.5-2mm，针长度1-20mm，针间距1-10mm，由不锈钢耐腐蚀导电金属制成；隔片内径24mm，外径40mm,厚度1-10mm,由聚甲醛等绝缘材料制成。

本发明一种针片辊式无针静电纺丝装置，其中毛刷供料装置由分流管和毛刷组成。分流管由聚甲醛制成，底部开设直径依次变大的小孔，保证纺丝液在压差作用下均匀分布到毛刷上。毛刷由钢丝制成，具有一定的强度和弹性，可抵抗纺丝液的腐蚀。毛刷固定在分流管小孔下方且紧密接触，毛刷顶端与针片尖端紧密接触，接触角度0-60°可调。

本发明一种针片辊式无针静电纺丝装置，其中储液槽内径比针片辊式装置的针片外径大1-5mm,便于收集储存从针片上滴落的纺丝液。

本发明一种针片辊式无针静电纺丝装置，其中纤维的接收方式可替换。第一种方式是可采用接收辊接地，纤维最终缠绕在接收辊上；第二种方式是可采用电极板接地，不使用风刀，纤维最终落在电极板上；第三种方式是可采用电极板接地，使用风刀改变纤维运动方向，纤维最终落在接收板上。

本发明一种针片辊式无针静电纺丝装置，其中接收辊为空心圆柱，由钢、铜等导电金属制成，外径80mm，长度200mm，接收辊通过传动装置与针片辊式装置的中心轴相连，两中心轴线距离80-280mm可调。

本发明一种针片辊式无针静电纺丝装置，其中电极板由钢、铜等导电金属制成，接受面为边长250mm的正方形，通过支撑框架固定在针片辊式装置正上方，通过螺杆调节电极板与针片辊式装置的间距制备不同直径和表面形貌的电纺纤维。

本发明一种针片辊式无针静电纺丝装置，其中风刀通过螺杆固定在电极板右端，纺丝过程中细化纤维，同时可改变纤维运动的方向，使纤维落到接收板上。

本发明一种针片辊式无针静电纺丝装置，其中蠕动泵控制纺丝液的供料速率。

本发明提出一种针片辊式无针静电纺丝装置，其优点在于射流喷射器为可替换的针片，针尖端易激发形成连续的带电多射流，可以大大提高纺丝效率；通过调节针片长度、针密度和针片间距改变纺丝电场的场强分布，进而调控最终纤维直径和形貌；其次，采用毛刷供料装置可以实现均匀即时供料，避免溶剂挥发对纺丝液浓度和纤维形貌的影响；而且，增加的风刀辅助作用不仅可以细化纤维，而且可以改变纤维运动方向；另外，装置的接收方式可替换，实现了多功能性。

附图说明

图1是本发明一种针片辊式无针静电纺丝装置总体结构示意图。

图2是图1所示的针片辊式装置结构示意图。

图3是图2所示的针片结构示意图。

图4是图1所示的毛刷供料系统结构示意图。

图5是图4所示的毛刷供料系统的分流管结构示意图。

图6是本发明一种针片辊式无针静电纺丝装置的三种接收方式示意图；a为接收辊接收，b为电极板接收，c为使用风刀情况下的接收板接收。

图中：1-电机、2-高压静电发生器、3-储液槽、4-针片辊式装置、5-蠕动泵、6-毛刷供料系统、7-风刀、8-电极板、9-支撑框架、10-传动装置、11-接收辊、12-接收板、13-小孔、14-隔板、15-针片、16-锁紧螺母、17-中心轴、18-分流管、19-毛刷。

具体实施方案

本发明一种针片辊式无针静电纺丝装置，如图1为装置总体结构示意图，主要包括电机1、蠕动泵5、毛刷供料系统6、储液槽3、针片辊式装置4、风刀7、接收辊11、电极板8、接收板12、传动装置10、支撑框架9和高压静电发生器2。其中，针片辊式装置4由中心轴17、针片15、隔板14和锁紧螺母16组成，见图2；针片15由不锈钢耐腐蚀导电金属制成，针片为圆环状薄片，距离针片圆环外径一段距离加工若干的锥状针尖，针尖沿周向分布均匀，如图3所示。毛刷供料系统6由分流管18和毛刷19组成，如图4所示毛刷19固定在分流管18小孔13下方且紧密接触，分流管18上有小孔13，分流管18底部可以开设直径依次增大的小孔13，如图5所示，以使溶液的从一端进入分流管18中流出时分布均匀；蠕动泵5与分流管18入口端相连，毛刷19与针片15尖端接触，针片辊式装置4采用轴承固定在支撑框架9上；储液槽3置于支撑框架9上且位于针片辊式装置4正下方；电极板8置于针片辊式装置4正上方，可调距离0-200mm；风刀7通过螺杆固定在电极板8右端，上下可调距离0-200mm；接收板12置于针片辊式装置4正前方，保持接收距离50-300mm；接收辊11至于针片辊式装置4斜上方45°，保持接收距离0-200mm；电机1通过传动装置10控制针片辊式装置4与接收辊11进行旋转运动；高压静电发生器2连接中心轴17，接收辊11、电极板8通过导线接地。工艺流程为：首先，纺丝液通过蠕动泵5进入分流管18后均匀分布到毛刷19上，分流管18底部开设有直径依次增大的小孔13；其次，针片15旋转时通过毛刷19蘸取纺丝液后在针片15尖端形成带电射流，针长度、针密度可调节，改变组成隔板14的隔片的数量可调节针间距；最后，纺丝液在喷射过程中固化后形成超细纤维。图6中的a、b和c图所示分别为三种收集方式：第一可采用接收辊11接地，接收辊11通过传动装置10与针片辊式装置4同步旋转，纤维最终缠绕在接收辊11上，接受距离0-200mm可调；第二可采用电极板8接地，不使用风刀7，纤维最终落在电极板8上，接受距离0-200mm可调；第三可采用电极板8接地，使用风刀7改变纤维运动方向，纤维最终落在接收板12上，接收距离50-300mm可调。