静电纺丝设备的制作方法

本实用新型涉及纺织设备领域，特别涉及一种静电纺丝设备。

背景技术：

静电纺丝是高分子流体静电雾化的一种特殊形式，其原理在于：在静电产生装置的作用下，电纺液喷丝装置和电纺纤维接收装置之间形成高压静电场，聚合物溶液在喷嘴处形成液滴并被充电，带电液滴在电场力作用下在Taylor锥顶被加速，当电场力足够大时，带电液滴克服表面张力形成带电射流，带电射流在静电纺丝空间运行时，伴随着溶剂的挥发，弯曲和拉伸，最终被接收装置收集，形成随机排列的电纺纤维材料。

静电纺丝可以将大部分聚合物及其共聚物、嵌段共聚物、衍生物等制备成纳米级或微米级纤维，该种纤维具有比表面积高，直径小等优异的性能。取向纳米纤维具有优异的光学、电学性能。此外，纳米纤维纱线提高了纳米纤维束的力学性能，并且可以使其通过机织、针织等进行二次加工。

由于电纺纤维材料具有高比表面积、高孔隙率、高通透性等特性，近年来已经引起广泛关注，并在服装、生物医药、太阳帆、军工(防弹产品)以及光学传感器等方面显示出越来越广泛和重要的应用。

申请号为CN200910031948.2的中国发明专利申请公开了一种阵列多喷头静电纺丝设备。该发明的设备可以大规模生产电纺纤维膜材，且既能生产单一聚合物电纺纤维膜材，又能一次性生产多种聚合物混纺的层状电纺纤维膜材，并能够通过方便地更换电纺纤维接收材料获得具有特定拓扑图案的电纺纤维膜材，可以满足电纺纤维材料的多方面应用需求。

然而，在该设备中，尽管设置了多个喷头和多个供料装置来实现多种聚合物混纺，其喷头的更换却十分不便。在生产验证阶段，由于纤维中的聚合物的配比需要反复调整，以获得更好的性能。不同的聚合需要使用到不同的喷头，此时，该设备并不能应对频繁变化的工艺需求。而且，即使在大批量生产阶段，也需要不时地对工艺进行调整，该设备也无法胜任。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种静电纺丝设备，该静电纺丝设备可以方便地调整纤维中的聚合物的配比。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种静电纺丝设备，包括静电产生装置、喷丝箱和可拆卸地安装在喷丝箱的底部的N个喷丝模块，N为大于或等于1的自然数；

喷丝模块背朝喷丝箱的面上设置有M个喷丝孔，M为大于或等于1的自然数，静电产生装置在喷丝孔的出口处生成静电场；

纺丝液从喷丝孔中喷出时，在静电场的作用下凝固并形成纤维材料。

相对于现有技术而言，本实用新型通过设置了可拆卸的喷丝模块，使得喷丝孔的排布和设计可以模块化。使用时，通过更换喷丝模块和调配纺丝液，就能够十分方便地生产制造各种规格的产品，大幅度地降低了生产成本，提高了生成的纤维材料的多样性。通过本实用新型所提供的设备所织造的纳米级无纺布，其质量轻，透气性好，可作为过滤材料、隔膜材料使用，能够广泛地应用于医学、卫生、电池、过滤器等诸多领域。

作为优选，喷丝模块包括喷丝板、设置在喷丝板上的电控制模块以及设置于喷丝板的端部的电触点，电触点与电控制模块电性连接；

喷丝箱的底部沿着水平方向阵列布置有N个与喷丝模块一一对应的模块插槽，模块插槽内设有供电接口；

喷丝模块能够从对应的模块插槽插入并安装在喷丝箱上，且喷丝模块安装在喷丝箱上时，电触点与供电接口连接。

采用电触点可以方便喷丝模块与喷丝箱的连接。而当喷丝模块从喷丝箱分离时，无需额外的操作即可断开喷丝模块与设备主体部分的电连接。

进一步地，作为优选，喷丝板的一侧设置有液体接口，液体接口与喷丝孔相连通；

模块插槽内设有与液体接口相对应的供液口；

喷丝模块安装在喷丝箱上时，液体接口与供液口连通，喷丝箱通过液体接口向喷丝模块输入纺丝液。

采用液体接口可以在喷丝模块接入模块插槽时实现快速自动连接，无需每次更换模块的同时重新再连接，具有更好的便利性。

进一步地，作为优选，喷丝箱上设有一端与液体接口相连接的供液通道；

供液通道靠近液体接口的部分在高度方向上低于液体接口的所在高度，形成用于防止纺丝液溢出的缓冲部；

静电纺丝设备还包括用于控制纺丝液的开关的阀门，阀门设置在缓冲部上。

利用缓冲部，在更换喷丝模块时可以有效防止纺丝液因重力或残留压力的作用下从液体接口中滴沥出来，进而降低连接难度，提高设备的易用性。

另外，作为优选，喷丝板的一侧设置有气体接口，气体接口与喷丝孔相连通；

模块插槽内设有与液体接口相对应的供气口；

喷丝模块安装在喷丝箱上时，气体接口与供气口连通，喷丝箱通过气体接口向喷丝模块提供气压。

采用气体接口也可以在喷丝模块接入模块插槽时实现快速自动连接，无需每次更换模块的同时重新再连接，具有更好的便利性。

此外，作为优选，电控制模块包括主控芯片、液体高度感应器、压力感应器和静电感应器；

液体高度感应器与主控芯片通信连接，用于检测喷丝模块内的喷丝液高度；

压力感应器与主控芯片通信连接，用于检测喷丝模块内的喷丝液压力；

静电感应器与主控芯片通信连接，用于检测静电场的强度。

利用上述的多种感应器可以实现对喷丝模块内各项参数的检测和自动化控制。而且，在每个喷丝模块中都实现独立的参数检测，可以在模块工作异常时快速判断出出错的模块，实现快速替换。

除此之外，作为优选，在喷丝模块中，至少有一个喷丝模块的喷丝孔的所在表面为曲面。通过采用多种形状的表面作为喷丝孔的所在表面，例如山字形、金字塔形、波纹形等等，以更好地适应生产需要。

另外，作为优选，静电纺丝设备包括用于带动喷丝箱在X轴方向和Z轴方向上运动的箱体运动控制模块，喷丝箱能够在箱体运动控制模块的带动下能够沿X轴和Z轴的方向往复运动；

静电纺丝设备还包括正对喷丝孔的传送模块，传送模块沿Y轴方向设置，并用于带动纤维材料在Y轴方向往复运动。

通过控制喷丝箱的整体运动，实现了喷丝模块的运动操作，使得喷丝箱配合传送模块的运动，采用类似于打印机的方式打印出纤维材料。其生产操控性高，便于编程和控制。

进一步地，作为优选，箱体运动控制模块包括设置于喷丝箱上方的顶部支撑板，固定在顶部支撑板上的Z轴电机，从Z轴电机中伸出的丝杆以及套接在丝杆上的导轨，导轨沿X轴方向布置；

喷丝箱通过X轴电机设置在导轨上，并能够沿导轨的方向往复运动。

通过丝杆和导轨的设置，可以提高箱体运动控制模块的运动可靠性，并降低成本。

此外，作为优选，传送模块包括传送带以及设置在传送带的行进方向上的预处理支架，预处理支架上设置有用于对纤维材料进行预处理的预处理装置。利用预处理装置，可以将所形成纤维材料迅速固化，可以在设备出料部位可以直接得到无纺布半成品，特别是纳米级别的无纺布半成品，缩短了生产周期，避免了二次加工，降低了成本

而且，作为优选，传送模块还包括设置在传送带出口处的切刀，切刀用于剥离织物。借由切刀可以在织物经预处理成型后立即进行剥离，可以防止织物粘连。

附图说明

图1是本实用新型第一实施方式静电纺丝设备的示意图；

图2是本实用新型第一实施方式喷丝模块的示意图；

图3是本实用新型第二实施方式喷丝模块与喷丝箱的供液通道的连接示意图；

图4是本实用新型第五实施方式静电纺丝设备的示意图；

图5是本实用新型第六实施方式静电纺丝设备的示意图。

附图标记说明：

1-静电产生装置；2-喷丝箱；2a-模块插槽；2b-供液通道；2b1-缓冲部；2b2-阀门；3-喷丝模块；3a-喷丝孔；3b-电触点；3c-液体接口；3d-气体接口；4a-顶部支撑板；4b-Z轴电机；4c-丝杆；4d-导轨；4f-X轴电机；5-预处理支架；6-传送带；7-切刀。

具体实施方式

实施方式一

本实用新型的第一实施方式提供了一种静电纺丝设备，参见图1所示，包括静电产生装置1、喷丝箱2和可拆卸地安装在喷丝箱2的底部的N个喷丝模块3，N为大于或等于1的自然数；

参见图2所示，喷丝模块3背朝喷丝箱2的面上设置有M个喷丝孔3a，M为大于或等于1的自然数，静电产生装置1在喷丝孔3a的出口处生成静电场；

纺丝液从喷丝孔3a中喷出时，在静电场的作用下凝固并形成纤维材料。

在本实施方式中，喷丝模块3包括喷丝板、设置在喷丝板上的电控制模块以及设置于喷丝板的端部的电触点3b，电触点3b与电控制模块电性连接；

喷丝箱2的底部沿着水平方向阵列布置有N个与喷丝模块3一一对应的模块插槽2a，模块插槽2a内设有供电接口；

喷丝模块3能够从对应的模块插槽2a插入并安装在喷丝箱2上，且喷丝模块3安装在喷丝箱2上时，电触点3b与供电接口连接。

采用电触点3b可以方便喷丝模块3与喷丝箱2的连接。而当喷丝模块3从喷丝箱2分离时，无需额外的操作即可断开喷丝模块3与设备主体部分的电连接。

当然，也可以在喷丝模块3插入并安装在模块插槽2a上之后，采用常规的电线连接，也能够基本实现本实用新型的目的。

在本实施方式中，喷丝板的一侧设置有液体接口3c，液体接口3c与喷丝孔3a相连通；

模块插槽2a内设有与液体接口3c相对应的供液口；

喷丝模块3安装在喷丝箱2上时，液体接口3c与供液口连通，喷丝箱2通过液体接口3c向喷丝模块3输入纺丝液。

采用液体接口3c可以在喷丝模块3接入模块插槽2a时实现快速自动连接，无需每次更换模块的同时重新再连接，具有更好的便利性。

当然，也可以在喷丝模块3插入并安装在模块插槽2a上之后，采用常规的液体管道连接，也能够基本实现本实用新型的目的。

另外，在本实施方式中，喷丝板的一侧设置有气体接口3d，气体接口3d与喷丝孔3a相连通；

模块插槽2a内设有与液体接口3c相对应的供气口；

喷丝模块3安装在喷丝箱2上时，气体接口3d与供气口连通，喷丝箱2通过气体接口3d向喷丝模块3提供气压。

采用气体接口3d也可以在喷丝模块3接入模块插槽2a时实现快速自动连接，无需每次更换模块的同时重新再连接，具有更好的便利性。

当然，也可以在喷丝模块3插入并安装在模块插槽2a上之后，采用常规的气体管道连接，也能够基本实现本实用新型的目的。

相对于现有技术而言，本实用新型通过设置了可拆卸的喷丝模块3，使得喷丝孔3a的排布和设计可以模块化。使用时，通过更换喷丝模块3和调配纺丝液，就能够十分方便地生产制造各种规格的产品，大幅度地降低了生产成本，提高了生成的纤维材料的多样性。通过本实用新型所提供的设备所织造的纳米级无纺布，其质量轻，透气性好，可作为过滤材料、隔膜材料使用，能够广泛地应用于医学、卫生、电池、过滤器等诸多领域。

实施方式二

本实用新型的第二实施方式提供了一种静电纺丝设备，第二实施方式是第一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本实用新型的第二实施方式中，参见图3所示，喷丝箱2上设有一端与液体接口3c相连接的供液通道2b；

其中，供液通道2b可以是外设管道，也可以是设置于所述喷丝箱2内部的通道；

供液通道2b靠近液体接口3c的部分在高度方向上低于液体接口3c的所在高度，形成用于防止纺丝液溢出的缓冲部2b1；

静电纺丝设备还包括用于控制纺丝液的开关的阀门2b2，阀门2b2设置在缓冲部2b1上。

利用缓冲部2b1，在更换喷丝模块3时可以有效防止纺丝液因重力或残留压力的作用下从液体接口3c中滴沥出来，进而降低连接难度，提高设备的易用性。

实施方式三

本实用新型的第三实施方式提供了一种静电纺丝设备，第三实施方式是第一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本实用新型的第三实施方式中，电控制模块包括主控芯片、液体高度感应器、压力感应器和静电感应器；

液体高度感应器与主控芯片通信连接，用于检测喷丝模块3内的喷丝液高度；

压力感应器与主控芯片通信连接，用于检测喷丝模块3内的喷丝液压力；

静电感应器与主控芯片通信连接，用于检测静电场的强度。

利用上述的多种感应器可以实现对喷丝模块3内各项参数的检测和自动化控制。而且，在每个喷丝模块3中都实现独立的参数检测，可以在模块工作异常时快速判断出出错的模块，实现快速替换。

实施方式四

本实用新型的第四实施方式提供了一种静电纺丝设备，第四实施方式是第一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本实用新型的第四实施方式中，在喷丝模块3中，至少有一个喷丝模块3的喷丝孔3a的所在表面为曲面。通过采用多种形状的表面作为喷丝孔3a的所在表面，例如山字形、金字塔形、波纹形等等，以更好地适应生产需要。

实施方式五

本实用新型的第五实施方式提供了一种静电纺丝设备，第五实施方式是第一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本实用新型的第五实施方式中，参见图4所示，静电纺丝设备包括用于带动喷丝箱2在X轴方向和Z轴方向上运动的箱体运动控制模块，喷丝箱2能够在箱体运动控制模块的带动下能够沿X轴和Z轴的方向往复运动；

静电纺丝设备还包括正对喷丝孔3a的传送模块，传送模块沿Y轴方向设置，并用于带动纤维材料在Y轴方向往复运动。

具体来说，箱体运动控制模块包括设置于喷丝箱2上方的顶部支撑板4a，固定在顶部支撑板4a上的Z轴电机4b，从Z轴电机4b中伸出的丝杆4c以及套接在丝杆4c上的导轨4d，导轨4d沿X轴方向布置；

喷丝箱2通过X轴电机4f设置在导轨4d上，并能够沿导轨4d的方向往复运动。

通过丝杆4c和导轨4d的设置，可以提高箱体运动控制模块的运动可靠性，并降低成本。

通过控制喷丝箱2的整体运动，实现了喷丝模块3的运动操作，使得喷丝箱2配合传送模块的运动，采用类似于打印机的方式打印出纤维材料。其生产操控性高，便于编程和控制。

实施方式六

本实用新型的第六实施方式提供了一种静电纺丝设备，第六实施方式是上述第一至第五实施方式中任意一个实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本实用新型的第六实施方式中，参见图5所示，传送模块包括传送带6以及设置在传送带6的行进方向上的预处理支架5，预处理支架5上设置有用于对纤维材料进行预处理的预处理装置。

具体而言，预处理支架5上的预处理装置可以是预处理罩，预处理罩内设置包括紫外灯、烤灯、抽风装置、加热装置等等、可根据生成无纺布半成品的实际工艺需求来选择和布置。

利用预处理装置，可以将所形成纤维材料迅速固化，可以在设备出料部位可以直接得到无纺布半成品特别是纳米级别的无纺布半成品，缩短了生产周期，避免了二次加工，降低了成本。

另外，在本实施方式中，传送模块还包括设置在传送带6出口处的切刀7，切刀7用于剥离织物。借由切刀7可以在织物经预处理成型后立即进行剥离，可以防止织物粘连。

实施方式七

本实用新型的第七实施方式提供了一种静电纺丝系统，包括：送布装置、卷绕装置和实施方式一至六中任意一个实施方式所述及的静电纺丝设备。

其中，送布装置设置在静电纺丝设备的入口处，特别地，当设置有传送带6时，送布装置向传送带的入口输送底层布料；而卷绕装置设置在静电纺丝设备的出口处，同样特别地，当设置有传送带6时，卷绕装置将从传送带6的出口处送出的布料卷绕成布筒。

本实施方式所提供的静电纺丝系统能够自动化地在底层布料上纺织静电纺丝层，并形成布筒产品，十分方便。

本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。