一种球形自由界面熔体静电纺丝装置的制作方法

本发明属于熔体静电纺丝设备技术领域，具体涉及一种球形自由界面熔体静电纺丝装置，能够提高熔体静电纺丝的效率。

背景技术：

静电纺丝是利用高压静电将聚合物熔体或者溶液制备成超细纤维的工艺，具有设备简单和操作容易的特点，受到了广泛的关注，是目前制备聚合物连续纳米纤维最重要的方法之一。随着纳米材料技术的不断发展，静电纺丝作为一种简便有效的可生产纳米纤维的新型加工技术，在生物医用材料、过滤及防护、催化、能源、光电和食品工程方面发挥巨大作用。中国专利201320542047.1公开的一种半球状静电纺丝喷头，设有喷管和喷嘴，喷嘴上部套入喷管下部，喷嘴下部呈半球体，半球体上设有网孔，所述网孔的目数为10～500目；所述喷管下部与喷嘴上部配合的长度为3～4mm，所述喷管下部设有与喷嘴上部装配的倒角；中国专利200920114032.9公开的一种中空圆环管道多喷头和球面成膜的静电纺丝制膜装置，包括电源、输送线、n个装有储液的可调压推进器、与可调压推进器相同个数的同心圆分布的中空圆环管道、n－1个绝缘中空连接管、n－1个开关阀、管道连接件、喷头、多孔性球面成膜接收器和接地线；n个装有储液的可调压推进器分别与各自的中空圆环管道连通，相邻中空圆环管道均由管道连接件连接，相邻中空圆环管道间由装有开关阀的绝缘中空连接管连通，每一个中空圆环管道下方等间距布置喷头，电源经输送线与每一个中空圆环管道连接，中空圆环管道下方设置一个多孔性球面成膜接收器及其接地线；中国专利201710046822.7公开的一种球形旋转刷式批量化静电纺丝装置，包括供液系统、分离电场控制系统、球形旋转喷丝系统和纳米纤维收集系统，供液系统包括气瓶、纺丝液贮液瓶、油浴槽和导液管，所述纺丝液贮液瓶设置在的油浴槽内，所述纺丝液贮液瓶与导液管到刷液槽形成连通器结构，所述纺丝液贮液瓶通过气管与气瓶连接，所述气管上、靠近气瓶处依次设有总阀和减压阀，所述分离电场控制系统包括高压发生器、金属圆环、圆柱座和支座，所述支座设置在纺丝液贮液瓶上端，所述圆柱座设置支座上，所述金属圆环套装在圆柱座上、与高压发生器连接；中国专利201711439204.5公开的一种杆传动串联式球形多喷头静电纺丝装置，包括多个通过耐腐蚀性绝缘杆件连接的球形喷头，耐腐蚀性绝缘杆件与电机传动装置连接；每个球形喷头设于一个储液装置的顶部，每个储液装置顶部设有一个金属圆环，球形喷头设于该金属圆环内，金属圆环表面设有金属接线柱，金属接线柱通过耐高压电线与高压发生器连接；储液装置的底部通过耐腐蚀性绝缘输液管依次连通溶液缓冲器、蓄液瓶，溶液缓冲器与蓄液瓶之间接有供液泵，溶液缓冲器与各储液装置之间的支路上均设有控制阀门，从球形喷头喷出的纳米纤维由接收装置接收；中国专利201810375614.6公开的一种多孔球形静电纺丝喷头，其特征在于，所述多孔球形静电纺丝喷头为表面光滑的实心球体，其球面上分布有多个孔；多孔球形静电纺丝喷头通过传动轴与电机一连接，多孔球形静电纺丝喷头的下部浸渍于储液槽内的纺丝液中，纺丝液与高压发生器的正极连接，供液装置通过蠕动泵与储液槽的底部连通；多孔球形静电纺丝喷头的上方设有接收装置；中国专利201810417357.8公开的定纺丝液曲率下控制电场分布的球形静电纺丝喷头，包括球体，所述的球体包括铜质球体，铜质球体的表面具有多个凹槽，多个聚四氟乙烯填充块安装在所述凹槽中，聚四氟乙烯填充块的外表面与铜质球体的外表面曲率一致；上述专利产品都是针对溶液设计的，不能满足熔体静电纺丝的市场需求，因此需要提高熔体静电纺丝的生产效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，研发一种球形自由界面熔体静电纺丝装置，在结构紧凑和操作简便的前提下，提高熔体静电纺丝的生产效率。

为了实现上述目的，本发明涉及的球形自由界面熔体静电纺丝装置主体结构包括第一套筒、第一加热圈、柱塞、第二套筒、接地电极、第二加热圈、分锥、球面喷头、紧定螺钉、加热棒、加热棒导线、中空螺钉、球面接收体和静电发生器；上部呈圆柱状，下部呈圆盘状结构的第一套筒的上部外侧敷设有圆环形结构的第一加热圈，第一套筒的中心开设有上部呈漏斗状，下部呈圆柱状结构的第一通孔，第一通孔的上部为进料口，第一通孔的内部放置有带把手的柱塞，第一套筒的下部与上部呈圆盘状，下部呈圆柱状结构的第二套筒的上部连接，第二套筒与接地电极连接，第二套筒的下部外侧敷设有圆环形结构的第二加热圈，第二套筒的中心开设有上部呈圆柱状，下部呈漏斗状结构的第二通孔，第二通孔的内部设置有分锥和球面喷头，分锥和球面喷头分别通过紧定螺钉与第二套筒连接，分锥和球面喷头与第二套筒之间的空隙形成环形流道，分锥与球面喷头螺纹式连接，分锥的下部和球面喷头的上部开设有圆柱形结构的连通分锥和球面喷头的第三通孔，第三通孔的内部设置有圆柱形结构的加热棒，加热棒导线依次穿过第二套筒和第二加热圈到达外界，加热棒导线通过中空螺钉固定在第二套筒和第二加热圈上，球面喷头的下方设置有半圆弧状结构的球面接收体，球面接收体与静电发生器连接。

本发明涉及的第一套筒下部的直径等于第二套筒上部的直径；第一加热圈的直径大于第二加热圈的直径；第一通孔下部的直径小于第二通孔上部的直径；进料口为聚合物粒料或粉料进入第一套筒的通道口；柱塞具有封闭第二通孔下部、挤压熔体和限位的作用；第二套筒的底端由内向外延伸形成锥面尖端；接地电极为保护接地电极；分锥的上部为圆锥体，下部呈圆柱体，圆柱体的底部设置有外螺纹；球面喷头的上部为圆柱体，中部为圆锥台，下部为半球体，圆柱体的顶部设置有内螺纹；紧定螺钉为gb/t85-1988方头长圆柱端紧定螺钉；环形流道的大小通过紧定螺钉旋入分锥和球面喷头的深度调整；第三通孔的直径大于等于加热棒的直径；加热棒为不锈钢加热棒；加热棒导线为铜导线；中空螺钉为iso5832-1不锈钢螺钉；球面接收体为纤维接收载体；静电发生器用于产生高压静电。

本发明涉及的球形自由界面熔体静电纺丝装置使用时，取出柱塞，从进料口加入聚合物粒料或者粉料，使用柱塞挤压聚合物粒料或者粉料使其加速进入第一套筒，聚合物粒料或者粉料经过第一加热圈的加热形成熔体，熔体流向第二套筒并在分锥的锥面上均匀分布，熔体流入环形流道后进行再分布，期间第二加热圈和加热棒能够保持熔体的温度，熔体最后在球面喷头的球形外表面均匀分布，在接地电极和静电发生器的共同作用下，球面喷头与球面接收体之间形成匀强电场，球面喷头感应带电，在球面喷头的球形外表面均匀分布的熔体感应带电，形成多射流，射流下落过程中冷却固化形成纤维，射流与射流之间带同种电荷，同性相斥，由于是自由无限制表面，射流之间排斥力使射流位置发生变化，经过一段时间调整后，最终达到平衡状态，形成间距均匀的多射流，射流间距为0.5-1.5mm，射流从球面喷头下落到球面接收体的过程中冷却固化形成纤维；第一加热圈、第二加热圈和加热棒共同作用使熔体保持设定的温度和流动性。

本发明与现有技术相比，以球面喷头做为纺丝端口，以球面接收体做为纤维接收面，采用环形流道设计，聚合物被加热熔融成熔体后沿周向均匀分布，通过环形流道均匀分布到球形喷头的球形外表面，纺丝喷头端接地，纤维接收端接高压电极，在其共同作用下，纺丝端口与接收面之间形成高压匀强电场，球面喷头的球形外表面感应带电，其上均匀分布的熔体被极化，进而激发形成多射流，由于球形外表面是光滑的自由界面，射流带同种电荷，射流与射流之间的排斥力使其发生微小位移，最终在光滑自由界面上达到平衡，形成间隔均匀的阵列排布式射流，射流下落过程中冷却固化形成纤维；其结构简单，采用整个半球面做为纺丝端口，使熔体在球形自由表面形成了更多射流，增大了射流产生面积，且利用射流之间排斥力使其分布均匀，纤维直径分布均匀，增加了单喷头纤维产出效率，与常规的点状或者线状纺丝喷头端部相比，生产效率得到了提高。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

本实施例涉及的球形自由界面熔体静电纺丝装置的主体结构包括第一套筒1、第一加热圈2、柱塞5、第二套筒6、接地电极7、第二加热圈8、分锥10、球面喷头11、紧定螺钉12、加热棒15、加热棒导线16、中空螺钉17、球面接收体18和静电发生器19；上部呈圆柱状，下部呈圆盘状结构的第一套筒1的上部外侧敷设有圆环形结构的第一加热圈2，第一套筒1的中心开设有上部呈漏斗状，下部呈圆柱状结构的第一通孔3，第一通孔3的上部为进料口4，第一通孔3的内部放置有带把手的柱塞5，第一套筒1的下部与上部呈圆盘状，下部呈圆柱状结构的第二套筒6的上部连接，第二套筒6与接地电极7连接，第二套筒6的下部外侧敷设有圆环形结构的第二加热圈8，第二套筒6的中心开设有上部呈圆柱状，下部呈漏斗状结构的第二通孔9，第二通孔9的内部设置有分锥10和球面喷头11，分锥10和球面喷头11分别通过紧定螺钉12与第二套筒6连接，分锥10和球面喷头11与第二套筒6之间的空隙形成环形流道13，分锥10与球面喷头11螺纹式连接，分锥10的下部和球面喷头11的上部开设有圆柱形结构的连通分锥10和球面喷头11的第三通孔14，第三通孔14的内部设置有圆柱形结构的加热棒15，加热棒导线16依次穿过第二套筒6和第二加热圈8到达外界，加热棒导线16通过中空螺钉17固定在第二套筒6和第二加热圈8上，球面喷头11的下方设置有半圆弧状结构的球面接收体18，球面接收体18与静电发生器19连接。

本实施例涉及的第一套筒1下部的直径等于第二套筒6上部的直径；第一加热圈2的直径大于第二加热圈8的直径；第一通孔3下部的直径小于第二通孔9上部的直径；进料口4为聚合物粒料或粉料进入第一套筒1的通道口；柱塞5具有封闭第二通孔9下部、挤压熔体和限位的作用；第二套筒6的底端由内向外延伸形成锥面尖端；接地电极7为保护接地电极；分锥10的上部为圆锥体，下部呈圆柱体，圆柱体的底部设置有外螺纹；球面喷头11的上部为圆柱体，中部为圆锥台，下部为半球体，圆柱体的顶部设置有内螺纹；紧定螺钉12为gb/t85-1988方头长圆柱端紧定螺钉；环形流道13的大小通过紧定螺钉12旋入分锥10和球面喷头11的深度调整；第三通孔14的直径大于等于加热棒15的直径；加热棒15为不锈钢加热棒；加热棒导线16为铜导线；中空螺钉17为iso5832-1不锈钢螺钉；球面接收体18为纤维接收载体；静电发生器19用于产生高压静电。

本实施例涉及的球形自由界面熔体静电纺丝装置使用时，取出柱塞5，从进料口4加入聚合物粒料或者粉料，使用柱塞5挤压聚合物粒料或者粉料使其加速进入第一套筒1，聚合物粒料或者粉料经过第一加热圈2的加热形成熔体，熔体流向第二套筒6并在分锥10的锥面上均匀分布，熔体流入环形流道13后进行再分布，期间第二加热圈8和加热棒15能够保持熔体的温度，熔体最后在球面喷头11的球形外表面均匀分布，在接地电极7和静电发生器19的共同作用下，球面喷头11与球面接收体18之间形成匀强电场，球面喷头11感应带电，在球面喷头11的球形外表面均匀分布的熔体感应带电，形成多射流，射流下落过程中冷却固化形成纤维，射流与射流之间带同种电荷，同性相斥，由于是自由无限制表面，射流之间排斥力使射流位置发生变化，经过一段时间调整后，最终达到平衡状态，形成间距均匀的多射流，射流间距为0.5-1.5mm，射流从球面喷头11下落到球面接收体18的过程中冷却固化形成纤维；第一加热圈2、第二加热圈8和加热棒15共同作用使熔体保持设定的温度和流动性。