一种环气流辅助静电纺丝装置及方法与流程

本发明涉及一种环气流辅助静电纺丝装置及方法，属于静电纺丝领域。

背景技术：

静电纺丝是一种利用高压静电将聚合物熔体或者溶液制成超细纤维的方法。传统静电纺丝装置使用普通毛细管针头进行纺丝，针头接高压静电发生器，接收板接地，形成高压静电场，且一次只能产生一根纤维，效率较低。

熔体静电纺丝喷头需要加热组件，所以往往采用喷头接地，接收装置接高压静电发生器的方式形成高压静电场，从而使喷头处熔体感应带电形成射流，喷头和接收装置相隔一定距离对侧布置。由于接收装置要接高达几十千伏的高压静电，所以极大限制了纤维的接收方式，无法实现纤维在任意表面的沉积，也难以实现取向纤维的制备。进一步的，为了保证喷头处熔体感应电场强度，喷头和接收装置之间纺丝距离不能太远，而熔体粘度较高，所纺纤维较粗，往往需要增加气流辅助等降低纤维直径，但是气流只能在纺丝距离之内对纤维进行拉伸细化，作用距离短，纤维得不到充分拉伸，细化效果不明显。所以，需要解决静电纺丝中电极施加方式与气流辅助之间的矛盾。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种环气流辅助静电纺丝装置，其结构紧凑，操作方便，可以解除对接收装置的限制，并且增加了气流对纤维的作用距离，使纤维得到充分拉伸，进一步细化。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种环气流辅助静电纺丝装置，包括：套筒、用于通气的气管、加热圈、喷嘴、环气流发生器及带有中心孔的孔电极板，所述套筒设置在气管的外侧且套筒与气管之间留有间隙形成熔体环形流道，所述加热圈设置在套筒的外侧用于保持熔体温度，所述喷嘴通过螺纹连接在套筒的一端且喷嘴内表面为向下延伸的锥面，所述环气流发生器包括环气流发生器上组件和与其装配为一体的环气流发生器下组件,环气流发生器上组件与环气流发生器下组件装配形成气流环形间隙，所述环气流发生器环绕设置在加热圈与喷嘴接触端的外侧，所述环气流发生器的侧面上设有用于气流进入的气嘴，所述孔电极板贴合设置在环气流发生器下组件的下端，所述孔电极板上连接有用于形成高压电场的高压静电发生器，所述加热圈上连接有接地电极，所述环气流发生器下组件上设有环气流出口，所述气管远离喷嘴端为中心气流入口，所述气管靠近喷嘴端为中心气流出口。

作为改进的，所述气嘴的外侧为环气流入口，所述气流入口与传输气流的高速气流导管连接。

作为改进的，所述环气流出口将气流向斜下方喷出且方向朝向套筒中轴线方向。

作为改进的，所述环气流发生器的中心孔大于喷嘴的直径，所述环气流发生器与喷嘴之间存有间隙。

作为改进的，所述熔体环形流道的间隙尺寸为0.5-1mm。

一种环气流辅助方法，环气流发生器穿过纺丝喷头且与纺丝喷头在同侧布置，与纺丝喷头不接触，环气流发生器上接高压静电发生器，在形成高压电场的同时，吹环形气流，防止纤维由于静电吸附飞向环气流发生器，与中心气流相结合对纤维形成包裹拉伸。

本发明的有益效果为：

本发明的套筒和气管配合间隙形成熔体环形流道，间隙为0.5-1mm，套筒外面包裹加热圈，保持熔体温度，喷嘴通过螺纹连接在套筒上，方便更换，喷嘴内表面为向下延伸的锥面，聚合物熔体或者溶液通过环形狭缝和下部锥面均匀分布到喷嘴的尖端，套筒与接地电极相连，保证使用的安全性，环形气流发生器由环气流组件上与环气流组件下组成，环气流组件上和环气流组件下装配形成气流环形间隙，高速气流导管与气嘴相连，由环气流入口进入气流环形间隙并高速向斜下方喷出，中心气流和环形气流对射流包裹能够对熔体进行充分拉伸，进一步细化，并且解除了静电纺丝中对接收装置的限制，能够实现纤维在任意表面的喷射沉积。

附图说明

图1为本发明的结构剖视图；

图2为本发明的整体结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1、2所示，一种环气流辅助静电纺丝装置，包括：套筒1、用于通气的气管2、加热圈3、喷嘴4、环气流发生器及带有中心孔的孔电极板7，所述套筒1设置在气管2的外侧且套筒1与气管2之间留有间隙形成熔体环形流道16，所述加热圈3设置在套筒1的外侧用于保持熔体温度，所述喷嘴4通过螺纹连接在套筒1的一端且喷嘴4内表面为向下延伸的锥面，所述环气流发生器包括环气流发生器上组件5和与环气流发生器上组件5装配为一体的环气流发生器下组件6，以及环气流发生器上组件5与环气流发生器下组件6装配形成的气流环形间隙17，所述环气流发生器环绕设置在加热圈3与喷嘴4接触端的外侧，所述环气流发生器的侧面上设有用于气流进入的气嘴10，所述孔电极板7贴合设置在环气流发生器下组件6的下端，所述孔电极板7上连接有用于形成高压电场的高压静电发生器12，所述加热圈3上连接有接地电极9，所述环气流发生器下组件6上设有环气流出口13，所述气管2远离喷嘴4端为中心气流入口8，所述气管2靠近喷嘴4端为中心气流出口14。

所述气嘴10的外侧为环气流入口11，所述环气流入口11与传输气流的高速气流导管连接。

所述环气流出口13将气流向斜下方喷出且方向朝向套筒1中轴线方向。

所述环气流发生器的中心孔大于喷嘴4的直径，所述环气流发生器与喷嘴4之间存有间隙。

所述熔体环形流道16的间隙尺寸为0.5-1mm。

本发明使用过程中原料经过挤出机熔融塑化后，熔体由流道进入熔体环形流道16，流速10g/h，加热圈3进行加热保持熔体温度，熔体经过熔体环形流道16和喷嘴4锥面均匀分布到喷嘴4环形尖端，环气流发生器与孔电极板7和喷嘴4同轴布置，环气流发生器内圈比纺丝喷头直径大20mm，孔电极板7下表面与喷嘴4环形尖端垂直距离10mm，高速气流加热到200℃分成两路，分别通入中心气流入口8和环气流入口11，出风稳定后，打开高压静电发生器12，调整电压为30kv，这时喷嘴4的尖端产生数十根射流且间隔分布均匀，中心气流和环形气流对射流包裹进行充分拉伸，采用高速转动辊子接收以后，得到取向的超细纤维15。

在装置使用过程中，如果环形气流发生器是导电材料制成，也可以去掉孔电极板7，直接把环形气流发生器与高压静电发生器12相连，形成高压电场环境。

以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本发明专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种环气流辅助静电纺丝装置及方法，包括：套筒、用于通气的气管、加热圈、喷嘴、环气流发生器及带有中心孔的孔电极板，套筒设置在气管的外侧且套筒与气管之间留有间隙形成熔体环形流道，加热圈设置在套筒的外侧用于保持熔体温度，喷嘴通过螺纹连接在套筒的一端且喷嘴内表面为向下延伸的锥面，所述环气流发生器包括环气流发生器上组件和与其装配为一体的环气流发生器下组件，环气流发生器上组件与环气流发生器下组件装配形成气流环形间隙，环气流发生器环绕设置在加热圈与喷嘴接触端的外侧，中心气流和环形气流对射流包裹进行充分拉伸,本发明提供的一种环气流辅助静电纺丝装置，结构简单，安全，能够实现纤维在任意表面的喷射沉积。

技术研发人员：陈宏波;汪传生;韩雯雯;杨卫民;田晓龙
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：2018.11.28
技术公布日：2019.01.18