一种离心静电纺丝装置的制作方法

本实用新型涉及静电纺丝技术领域，尤其涉及一种离心静电纺丝装置。

背景技术：

聚合物纳米纤维及其复合材料具有优异的高孔隙率、高比表面积以及良好的延展性等优点，近年来，纳米纤维广泛用于纺织材料、组织工程支架、药物传输、过滤介质、人造血管、生物芯片、纳米传感器、光学、复合材料等领域。目前聚合物微纳米纤维制备技术主要包括模板聚合法、相分离法、自组装法、和纺丝加工方法，其中，纺丝加工法又包括熔喷法、静电纺丝法、离心纺丝法、双组分复合纺丝法等。传统静电纺丝法按原料的状态可分为熔体静电纺丝和溶液静电纺丝，但是传统静电纺丝的产率相对较低，不易于大规模生产。

离心纺丝是一种借助高速旋转所产生的离心力克服表面张力，将呈流体状态的材料基质高速甩出，在材料内的溶剂挥发或熔体固化后形成纤维的方法，具有纺丝效率高的特点。但因为离心纺丝制备的纤维相对较粗且直径分布不均匀，所以限制了批量化生产及其应用。将两者相结合利用离心力与电场力的共同作用，可进一步拉伸纤维以达到细化与量产纤维的成效。

现有的静电纺丝装置一般包括电机、外壳、高压发生器和供液装置，供液装置通过输液管与喷丝器相连，喷丝器通过连接轴与电机相连，电机附着在电机托盘上，喷丝器的外围设有接收装置；高压发生器的正极与连接轴相连、负极与接收装置相连。喷头直径过大、喷头转速过低使得纺丝纤维的直径较粗，接收装置上由纺丝射流演变而成的纳米纤维分布不均匀，所制成的纳米纤维膜均匀性不好；另外，纺丝收集采用固定的圆环收集器，需要频繁摘取收集器上的纺丝膜，无法做到纺丝连续收集，限制了纺丝收集的效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种离心静电纺丝装置，通过纺丝接收装置的结构改进，可实现纺丝的连续收集。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种离心静电纺丝装置，其特征在于，包括：外壳体、纺丝喷头、纺丝接收装置、以及供电装置，其中：外壳体内部形成有用于容纳安装纺丝喷头以及纺丝接收装置的纺丝空间；供电装置的负高压端连接纺丝接收装置，在纺丝喷头与纺丝接收装置之间形成纺丝溶液所需电场；纺丝接收装置包括围绕纺丝喷头环形阵列排布的若干纺丝收集棒、以及位于每个纺丝收集棒第一侧的放布卷和第二侧的收布卷，放布卷上缠绕的布绕过收集棒且在收集棒上绷紧后与收布卷连接。

进一步的，放布卷与收布卷均围绕纺丝喷头环形阵列排布且位于纺丝收集棒的外围。

进一步的，纺丝收集棒通过紧固螺钉紧固安装在纺丝接收装置的安装板上，纺丝喷头位于安装板中部上方。

进一步的，紧固螺钉为沿安装板径向方向可调的可调紧固螺钉。

进一步的，纺丝喷头的上部形成有纺丝溶液集聚腔，纺丝溶液集聚腔顶部安装有密封盖；纺丝喷头的下部形成有与喷头驱动装置输出轴连接的动力连接端。

进一步的，纺丝喷头动力连接端底部设置有用于与喷头驱动装置输出轴螺纹连接的第一螺纹孔；纺丝喷头侧壁环布有若干用于与纺丝针头螺纹连接的第二螺纹孔，纺丝针头与纺丝溶液集聚腔底部连通；纺丝喷头溶液集聚腔顶部环布有若干用于与密封盖螺纹连接的第三螺纹孔。

进一步的，纺丝喷头侧壁沿第二螺纹孔所在环面设置有环槽，第二螺纹孔均位于环槽内。

进一步的，静电纺丝装置还包括温控系统，温控系统包括工业暖风机、进气管、排气扇、以及排气管，其中：工业暖风机位于外壳体外部并通过进气管与纺丝空间连通向纺丝空间内供应暖风；纺丝空间通过排气管与外界连通排出纺丝空间内湿气；排气扇位于排气管内，提供湿气排出纺丝空间的动力。

进一步的，温控系统还包括控制器以及若干温湿度检测器，其中：温湿度检测器布置在纺丝空间内；工业暖风机以及温湿度检测器分别与控制器电连接。

进一步的，喷头驱动装置还配有增速机构，喷头驱动装置的输出端连接增速机构，增速机构的输出端连接纺丝喷头。

本实用新型的一种离心静电纺丝装置，具有以下有益效果：

1、本实用新型的离心静电纺丝装置，纺丝接收装置包括纺丝收集棒、放布卷、以及收布卷，通过放布卷与收布卷的配合实现纺丝收集棒上纺丝的连续收集，从而实现了纺丝过程的连续不间断进行，故而提高了纺丝效率。

2、本实用新型的离心静电纺丝装置，纺丝收集棒通过可调紧固螺钉固定在纺丝接收装置的安装板上，从而实现了纺丝收集棒与纺丝喷头之间的距离可调，使用更加便捷。

3、本实用新型的离心静电纺丝装置，纺丝针头与纺丝喷头之间螺纹连接，从而实现了不同直径纺丝针头的快速更换，继而实现了纺丝装置可纺织多种直径纺丝，应用更广泛。

4、本实用新型的离心静电纺丝装置，纺丝喷头侧壁沿第二螺纹孔所在环面设置有环槽，从而保证了纺丝喷头第二螺纹孔出液的稳定与均匀，继而提升了制成的纳米纤维膜的均匀性。

5、本实用新型的离心静电纺丝装置，还包括有温控系统，通过工业暖风机向纺丝空间不断输入暖风，从而加速了溶剂的挥发，形成更加优质的纳米纤维。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本实用新型的离心静电纺丝装置的内部结构示意图；

图2为本实用新型的离心静电纺丝装置的纺丝接收装置的布置结构示意图；

图3为本实用新型的离心静电纺丝装置的整体结构示意图；

图4为本实用新型的离心静电纺丝装置的纺丝喷头的结构示意图；

图中：1-外壳体、11-机架底座、2-纺丝喷头、21-纺丝溶液集聚腔、22-密封盖、23-第一螺纹孔、24-第二螺纹孔、25-第三螺纹孔、26-环槽、3-纺丝接收装置、31-纺丝收集棒、32-放布卷、33-收布卷、34-安装板、4-供电装置、51-工业暖风机、52-进气管、53-排气扇、54-排气管、6-控制器、7-温湿度检测器、81-喷头驱动装置、82-增速机构、83-电机安装板、84-测速传感器、9-缓冲橡胶垫、10-自动供液装置；

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。

如图1、图2、图3所示，本实用新型实施例的一种离心静电纺丝装置，包括：外壳体1、纺丝喷头2、纺丝接收装置3、以及供电装置4，其中：外壳体1内部形成有用于容纳安装纺丝喷头2以及纺丝接收装置3的纺丝空间；供电装置4的负高压端连接纺丝接收装置3，在纺丝喷头2与纺丝接收装置3之间形成纺丝溶液所需电场；纺丝接收装置3包括围绕纺丝喷头2环形阵列排布的若干纺丝收集棒31、以及位于每个纺丝收集棒31第一侧的放布卷32和第二侧的收布卷33，放布卷32上缠绕的布绕过收集棒且在收集棒上绷紧后与收布卷33连接。

具体的，外壳体1主要起保护作用以及形成密闭的纺丝空间容纳电纺丝装置主体结构，例如纺丝喷头2、纺丝接收装置3等，并通过机架底座11安装在纺丝空间内；机架底座11设置有缓冲橡胶垫9，起到很好的减震作用；外壳体1可以是方形、长方形、或圆形壳体，可通过铝合金框架和亚克力板搭建而成，本实用新型不做具体限定。纺丝收集棒31为圆形棒体结构，可选的，纺丝收集棒31布置12根，且竖直布置在纺丝接收装置安装板34上，纺丝接收装置安装板34优选的为圆形板，用于纺丝收集棒31、放布卷32、以及收布卷33的安装；放布卷32与收布卷33均围绕纺丝喷头2环形阵列排布且位于纺丝收集棒31的外围；12根纺丝收集棒31通过铜线于底部互相连接构成导电回路,再与供电装置4的负高压端电连接，且每根收集棒可自由回转；在纺丝前使缠绕在纺丝收集棒31上的布卷张紧，在纺丝过程中可驱动12个收布卷33做同步自转运动，通过调整收布卷33转速后，可实现纺丝的连续收集。更具体的，离心静电纺丝装置纺丝过程中，供电装置4的负高压端连接纺丝收集棒31，从而在纺丝喷头2与纺丝收集棒31之间形成电场，纺丝溶液在离心力的作用下由纺丝喷头2中甩出，通过电场力的进一步拉伸使得纤维进一步细化，且增加了纤维的导向性。

本实用新型的离心静电纺丝装置，纺丝接收装置3包括纺丝收集棒31、放布卷32、以及收布卷33，通过放布卷32与收布卷33的配合实现纺丝收集棒31上纺丝的连续收集，从而实现了纺丝过程的连续不间断进行，故而提高了纺丝效率。

进一步的，纺丝收集棒31通过紧固螺钉紧固安装在纺丝接收装置3的安装板34上，纺丝喷头2位于安装板34中部上方。优选的，紧固螺钉为沿安装板34径向方向可调的可调紧固螺钉，从而实现了纺丝收集棒31与纺丝喷头2之间的距离可调，使用更便捷，满足不同距离需求。

进一步的，如图4所示，纺丝喷头2的上部形成有纺丝溶液集聚腔21，纺丝溶液集聚腔21顶部安装有密封盖22；纺丝喷头2的下部形成有与喷头驱动装置81输出轴连接的动力连接端。

具体的，纺丝喷头2动力连接端底部设置有用于与喷头驱动装置81输出轴螺纹连接的第一螺纹孔23；纺丝喷头2侧壁环布有若干用于与纺丝针头螺纹连接的第二螺纹孔24，纺丝针头与纺丝溶液集聚腔21底部连通；纺丝溶液集聚腔21顶部环布有若干用于与密封盖22螺纹连接的第三螺纹孔25。优选的，第一螺纹孔23为m16螺纹孔；第二螺纹孔24的数量为四个且在纺丝喷头2侧部环形均布，第二螺纹孔24为m3.5螺纹通道，可装卸各类型号的纺丝针头，从而实现了不同直径纺丝针头的快速更换，继而实现了纺丝装置可纺织多种直径纺丝，应用更广泛；第三螺纹孔25为m3螺纹孔，密封盖22通过四颗m3螺钉与纺丝喷头2连接，密封盖22主要用于防止纺丝溶液集聚腔21内纺丝溶液溢出。

进一步的，纺丝喷头2侧壁沿第二螺纹孔24所在环面设置有环槽26，第二螺纹孔24均位于环槽26内，环槽26的设置保证了纺丝喷头2第二螺纹孔24出液的稳定与均匀，继而提升了制成的纳米纤维膜的均匀性。

在本实用新型的离心静电纺丝装置的上述各实施例中，如图3所示，离心静电纺丝装置还包括温控系统，温控系统包括工业暖风机51、进气管52、排气扇53、以及排气管54，其中：工业暖风机51位于外壳体1外部并通过进气管52与纺丝空间连通向纺丝空间内供应暖风；纺丝空间通过排气管54与外界连通排出纺丝空间内湿气；排气扇53位于排气管54内，提供湿气排出纺丝空间的动力。

进一步的，温控系统还包括控制器6以及若干温湿度检测器7，其中：温湿度检测器7布置在纺丝空间内；工业暖风机51以及温湿度检测器7分别与控制器6电连接。

具体的，供液暖风机连接进气管52并通过进气管52不断向纺丝空间供应暖风，再通过排气管54排出纺丝空间内湿气，从而构成了气体循环系统，达到了控制系统温湿度的效果；进气管52位于外壳体1一侧侧壁的靠下方部位，出气管位于外壳体1顶部；纺丝空间环境的温湿度由沿纺丝接收装置3安装板34环形分布的4个温湿度检测器7检测并反馈给控制器6，再由控制器6来调整工业暖风机51的出风温度与流量，进而实现纺丝空间环境温湿度可控。

在本实用新型的离心静电纺丝装置的上述各实施例中，如图1所示，喷头驱动装置81还配有增速机构82，喷头驱动装置81的输出端连接增速机构82，增速机构82的输出端连接纺丝喷头2。

具体的，喷头驱动装置81为无刷电机，增速机构82可以为齿轮箱，无刷电机的转速范围在0-5000r/min，增速机构82的传动比为1：2，无刷电机通过增速机构82把扭矩传递给增速机构82输出轴最终带动纺丝喷头2做转速在0-10000r/min的回转运动。纺丝喷头2配有测速传感器84，通过测速传感器84可以检测出纺丝喷头2的转速，并通过控制器6对纺丝喷头2的转速进行实时调控，保证转速稳定。本实用新型的离心静电纺丝装置，通过增速机构82的设置，从而提高了纺丝喷头2的转速，进一步使得纺丝直径更加均匀。此外，喷头驱动装置81通过电机安装板83安装在机架底座11上，电机安装板83开有若干安装孔，用于实现驱动装置的不同位置安装，例如图1中位置，为设置有增速机构82的安装位置。

进一步的，本实用新型的离心静电纺丝装置，还配有自动供液装置10，用于不断向纺丝喷头2提供纺丝溶液。

本实用新型的离心静电纺丝装置，通过高转速、小孔径纺丝喷头在电场力牵引下制备出丝径更小更均匀的纳米纤维；并且，采用封闭式温湿度控制系统，通过向密闭的纺丝空间送入干燥、温热的空气，从而加速了溶剂的挥发，形成更优质的纳米纤维。本实用新型的离心静电纺丝装置，制备的纳米纤维不仅拥有更好的形貌与性能，还可实现量产。通过自动供液装置与分布式自动纺丝收集装置相结合，实现了连续纺丝的制备与收集，充分发挥了离心静电纺丝效率高的特点，大幅度提升纺丝的制备收集效率。

以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。