一种静电旋喷用装置的制作方法

本发明属于静电纺丝装置技术领域，涉及一种静电旋喷用装置。

背景技术：

纳米纤维具有纤维直径小、孔径小、比表面积高等特性，在空气净化、智能服装、超级电容器、电池隔膜、气凝胶等领域具有巨大的应用价值。制备纳米纤维的方法有模板法、相分离法、海岛法以及静电纺丝法等，其中静电纺丝法由于其具有设备简单、可纺原料广和可控性好等优势，已经成为大规模制备纳米纤维材料的首选方法。

静电纺丝分为有针式静电纺丝和无针式静电纺丝。其中，有针式静电纺丝具有纺丝连续性好、精确度高以及均匀性好等优势，但也存在纺丝速度慢、针头易堵塞等不足，极大地限制了其规模化制备纳米纤维材料的进程；而无针式静电纺丝具有纺丝速度快、无针头堵塞等优势，但其纺丝过程中易出现聚合物溶液变质、所纺纤维离散度高等不足，同样限制了规模化制备纳米纤维材料的进程。

因此，亟待研究一种新型装置，既能解决有针式纺丝速度慢、针头易堵塞的难题，又能解决无针式纺丝敞开式结构导致溶液易变质、所纺纤维离散度高的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术有针式纺丝速度慢、针头易堵塞以及无针式纺丝敞开式结构导致溶液易变质、所纺纤维离散度高的问题，开发了一种新型静电旋喷纺丝技术，提供一种静电旋喷用装置。

为了达到上述目的，本发明采用的方案如下：

一种静电旋喷用装置，包括导电旋转罗盘、支撑柱、放电尖端、高压电源、液体流道、高速旋转电机、温控系统和导电接收板；

旋转罗盘为圆柱状结构，数量为多个，间距排列且中心轴相互平行；

各旋转罗盘内部设有多个沿旋转罗盘径向呈辐射状分布的出液流道，同一旋转罗盘内所有的出液流道的一端汇集一点，即辐射中心，另一端位于旋转罗盘的周面上，且与放电尖端连接，放电尖端与高压电源连接，高压电源用于为放电尖端提供1-100kv的高压电，放电尖端用于形成电场；

各旋转罗盘分别与一支撑柱通过旋转模块连接，旋转罗盘与支撑柱端面接触，支撑柱内设有直通孔，直通孔与旋转罗盘内的辐射中心连通；

液体流道主要由进液流道和分液流道组成，进液流道为直管，分液流道为弯曲成弧的弯管，进液流道上设有m个连通点，在各连通点处，分液流道与进液流道相切连通，自进液流道入口至进液流道出口，各连通点处的分液流道的弧度角依次为x1,...xn,...xm，x1≤20°，xn＝x1(1+35％)ⁿ，因为随着离进液流道入口的距离越来越大，液体流动的阻力也会越来越大，所以弧度角需要变大，与同一连通点连通的多个分液流道的弧度也可以不相等，但后一连通点连通的多个分液流道的弧度均大于前一连通点连通的多个分液流道的弧度；

进液流道与旋转罗盘的中心轴垂直，一连通点对应一支撑柱，各连通点连接的分液流道分别与该连通点对应的支撑柱内的直通孔连通；

高速旋转电机用于驱动各旋转罗盘围绕自身中心轴以100-5000转/分钟的转速旋转；由于旋转罗盘与液体流道连接，因而旋转罗盘旋转时能带动液体流道一起旋转；

温控系统用于控制各旋转罗盘内部的温度由内向外沿径向递增；越向外溶液越容易固化，所以越靠近外端温度可调节的越高，越向里温度不宜高，因为温度高会促进溶剂的挥发，进而改变溶液粘度性质；

接收板位于旋转罗盘的上方，用于接收形成的纳米纤维。

采用本发明的一种静电旋喷用装置进行纺丝时，纺丝液经灌注泵进入液体流道的进液流道和分液流道，由于液体流道各连通点处的分液流道分别通过直通孔与该连通点对应的旋转罗盘内的不同出液流道连通，因而在流动的纺丝液产生的压力作用下，纺丝液能够通过分液流道和直通孔进入旋转罗盘内部的出液流道，并均匀地到达出液口，各个旋转罗盘的周面上均设置有放电尖端，放电尖端产生集中电荷，集中电荷与接收板形成场强，其中的电势差在有聚合物溶液时形成电场力，通过电场形成的电场力作用于聚合物溶液，并将聚合物拉伸成纳米级的纤维，同时旋转罗盘在高速旋转电机的带动下持续高速旋转，通过高速旋转的拉伸力进一步将出液流道内的聚合物溶液拉伸成纳米级的纤维，最终由接收板接收。此种新型静电旋喷装置既克服了有针式纺丝速度慢、针头易堵塞的缺陷，又避免了无针式纺丝敞开式结构导致溶液易变质、所纺纤维离散度高的问题。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种静电旋喷用装置，还包括绝缘凹槽，绝缘凹槽为木质结构(或由橡胶等不导电材料组成)，由于绝缘凹槽不能形成场强，也就没有电场力拉伸，因而保证旋转圆盘不会向凹槽方向喷出溶液射流；旋转罗盘位于绝缘凹槽内，沿绝缘凹槽长度方向等间距排列，排列密度为5-25个/米；旋转罗盘的直径小于等于40cm，厚度小于等于30mm；支撑柱为圆柱，直径小于等于5cm，厚度小于等于3cm，导电旋转罗盘的直径不宜过大，否则难以高速旋转，厚度也不宜过大，否则会降低单位长度内导电旋转罗盘的数量，影响产量。

如上所述的一种静电旋喷用装置，绝缘凹槽为矩形凹槽或椭圆形凹槽，凹槽的形状不仅限于此。

如上所述的一种静电旋喷用装置，各旋转罗盘的直径和厚度相等，直径为5-15cm，厚度为1-10mm；各支撑柱的直径和厚度相等，直径为2-5cm，厚度为0.5-3cm。

如上所述的一种静电旋喷用装置，出液流道为圆柱形，同一旋转罗盘内所有的出液流道沿圆周均匀分布且直径相等，直径为0.8-3mm。

如上所述的一种静电旋喷用装置，放电尖端为圆锥体，形状不仅限于此，直径为0.5-2mm。

如上所述的一种静电旋喷用装置，进液流道和分液流道都为圆柱管，直径为3-20cm，进液流道和分液流道的尺寸不宜过大，否则会导致积液过多，严重浪费。

如上所述的一种静电旋喷用装置，沿旋转罗盘径向，旋转罗盘内部间隔3-10mm处的两点温度相差20-80℃，温度相差太大难以控制，相差太小起不到作用。

如上所述的一种静电旋喷用装置，接收板的数量为一个。

如上所述的一种静电旋喷用装置，接收板为平板式、圆筒式、履带式；接收板的材质为铜、铁或铝；接收板与旋转罗盘的间距为5-60cm。

有益效果：

(1)本发明的一种静电旋喷用装置，解决了有针式纺丝速度慢、针头易堵塞的问题；

(2)本发明的一种静电旋喷用装置，克服了无针式纺丝敞开式结构溶液易变质、所纺纤维离散度高的不足；

(3)本发明的一种静电旋喷用装置，结构简单，适应范围广。

附图说明

图1为本发明的静电旋喷用装置的结构示意图；

图2为液体流道的结构示意图；

图3为导电旋转罗盘的剖面示意图；

其中，1-导电旋转罗盘，2-液体流道，3-导电接收板，4-绝缘凹槽，5-溶液射流，6-进液流道，7-分液流道，8-支撑柱，9-放电尖端，10-高压电源，11-高速旋转电机，12-温控系统，13-出液流道，14-辐射中心。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

一种静电旋喷用装置，如图1所示，包括导电旋转罗盘1、支撑柱8、放电尖端9、高压电源10、液体流道2、高速旋转电机11、温控系统12和导电接收板3；

如图3所示，旋转罗盘为圆柱状结构，位于矩形凹槽或椭圆形凹槽内，沿绝缘凹槽4长度方向等间距排列，排列密度为5-25个/米；绝缘凹槽为木质结构(或由橡胶等不导电材料组成)，从而保证旋转圆盘不会向凹槽方向喷出溶液射流5；旋转罗盘的直径小于等于40cm，厚度小于等于30mm，优选的直径为5-15cm，厚度为1-10mm，各旋转罗盘的直径和厚度相等，旋转罗盘数量为多个，间距排列且中心轴相互平行；

各旋转罗盘内部设有多个沿旋转罗盘径向呈辐射状分布的圆柱形出液流道13，同一旋转罗盘内所有的出液流道沿圆周均布且直径相等，直径为0.8-3mm，同一旋转罗盘内所有的出液流道的一端汇集一点，即辐射中心14，另一端位于旋转罗盘的周面上，且与放电尖端连接，放电尖端为直径为0.5-2mm的圆锥体，用于形成电场，放电尖端与高压电源连接，高压电源用于为放电尖端提供1-100kv的高压电；

各旋转罗盘分别与一支撑柱通过旋转模块连接，旋转罗盘与支撑柱端面接触，支撑柱为圆柱，直径小于等于5cm，厚度小于等于3cm，优选的直径为2-5cm，厚度为0.5-3cm，各支撑柱的直径和厚度相等，支撑柱内设有直通孔，直通孔与旋转罗盘内的辐射中心连通；

如图2所示，液体流道主要由进液流道6和分液流道7组成，进液流道为直径为3-20cm的直圆柱管，分液流道为直径为3-20cm的弯曲成弧的圆柱管，进液流道上设有多个连通点，在各连通点处，分液流道与进液流道相切连通，自进液流道入口至进液流道出口，各连通点处的分液流道的弧度角依次为x1,...xn,...xm，x1≤20°，xn＝x1(1+35％)ⁿ；

进液流道与旋转罗盘的中心轴垂直，一连通点对应一支撑柱，各连通点连接的分液流道分别与该连通点对应的支撑柱内的直通孔连通；

高速旋转电机用于驱动各旋转罗盘围绕自身中心轴以100-5000转/分钟的转速旋转；

温控系统用于控制各旋转罗盘内部的温度由内向外沿径向递增，沿旋转罗盘径向，旋转罗盘内部间隔3-10mm处的两点温度相差20-80℃；

接收板为平板式、圆筒式、履带式，材质为铜、铁或铝，接收板位于旋转罗盘的上方，与旋转罗盘的间距为5-60cm，数量为一个。

采用本发明的一种静电旋喷用装置进行纺丝时，纺丝液经灌注泵进入液体流道的进液流道和分液流道，在流动的纺丝液产生的压力作用下，纺丝液通过分液流道和直通孔进入旋转罗盘内部的出液流道，并均匀地到达出液口，各个旋转罗盘的周面上均设置有放电尖端，放电尖端产生集中电荷，集中电荷与接收板形成场强，其中的电势差在有聚合物溶液时形成电场力，通过电场形成的电场力作用于聚合物溶液，并将聚合物拉伸成纳米级的纤维，同时旋转罗盘在高速旋转电机的带动下持续高速旋转，通过高速旋转的拉伸力进一步将出液流道内的聚合物溶液拉伸成纳米级的纤维，最终由接收板接收。