一种不依赖市电的熔体静电纺丝装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种不依赖市电的熔体静电纺丝装置，该装置使用便携式高压电源和明火加热，所述便携式高压电源包含手摇发电机，便携式高压电源的正、负极分别连接纺丝喷头和电纺纤维收集机构，纺丝喷头的喷口指向电纺纤维收集机构，所述纺丝喷头连通储料机构，所述储料机构处设置有明火加热机构。该装置结构简单，易于操作，摆脱了市电电源的限制，可以在断电、停电等无法供应市电的环境下实现熔体静电纺丝制备微纳米纤维。
【专利说明】
一种不依赖市电的熔体静电纺丝装置
技术领域
[0001]本实用新型属于静电纺丝技术领域，具体涉及一种不依赖市电的熔体静电纺丝装置。
【背景技术】
[0002]静电纺丝法是目前制备一维微纳米纤维最简单有效地方法之一。静电纺丝技术包括溶液静电纺丝和熔体静电纺丝两部分，其原理可简述为带电高分子溶液或熔体在高压静电场的作用下克服表面张力和重力等作用形成带电射流，射流进一步在高压电场的作用下加速运动，发生拉伸或劈裂细化，再经溶液挥发或熔体固化形成微纳米纤维。目前，在静电纺丝装置方面溶液静电纺丝已经得到广泛的研究和应用，与溶液静电纺丝相比，熔体静电纺丝由于不使用溶剂，纤维中不存在溶剂残留，不存在溶剂挥发、回收和毒性的问题，其纺丝效率、环保性和生物医学实用性大幅度提高。因此熔体静电纺丝被认为是一种更经济、环保的静电纺丝方法，但熔体静电纺丝的装置制备的纤维相对较粗，可用于纺丝的材料种类较少，且存在高压电源与加热装置的电磁干扰问题，所以熔体静电纺丝装置比普通溶液电纺装置更复杂。
[0003]目前，相对溶液静电纺丝，关于熔体静电纺丝装置的研究不是很多，中国专利200920105827.3公开了一种可连续生产的高效熔体静电纺丝装置，提出一种均匀分布有多个喷丝孔的高效喷丝头，实现熔体静电纺丝技术的连续生产，纺丝效率显著提高；中国专利201110240911.8引入微分丝刷技术，改变了传统的使用多喷头或毛细管组件提高静电纺丝效率的方式，极大地提高了纺丝效率，降低了制造和安装成本，有望实现熔体静电纺丝大规模工业化；中国专利201320582480.8公开了一种用于高粘度聚合物多射流的熔体静电纺丝装置，实现了同粘度的高粘度聚合物的熔体电纺，并且可实现高粘度聚合物纤维的批量化生产；中国专利201310167583.2公开了一种新型离心熔体静电纺丝装置，提出了一种利用高压电场力和高速离心力的共同作用，实现高分子熔体纳米级超细纤维的制备装置；中国专利201320588422.6公开了一种金属网带式熔体静电纺丝装置，实现了热塑性聚合物的超细纤维连续批量化生产。但是上述熔体静电纺丝装置复杂，其高压电源及加热装置都需要外接电源，只能在有市电供应的情况下进行纺丝。中国专利20130025425.3公开了一种便携式熔体静电纺丝教学演示装置，提出一种基于静电感应起电机的小型熔体纺丝装置，该装置总体上比较轻便，但是加热装置(热风机)仍依赖外接电源(市电)，在断电、停电、没有市电供应的地方不能工作，这极大地限制了熔体静电纺丝的应用范围。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于弥补现有技术空白，提供一种不依赖市电的熔体静电纺丝装置，该装置结构简单，易于操作，摆脱了市电电源的限制，可以在断电、停电等无法供应市电的环境下实现熔体电纺。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下:
[0006]—种不依赖市电的熔体静电纺丝装置，包括便携式高压电源，所述便携式高压电源为手摇发电电源，便携式高压电源的正、负极分别连接纺丝喷头和电纺纤维收集机构，纺丝喷头的喷口指向电纺纤维收集机构，所述纺丝喷头连通储料机构，所述储料机构处设置有明火加热机构。
[0007]该静电纺丝装置采用手摇发电式的便携式高压电源供应电纺过程中所需的高压电，在纺丝喷头和电纺纤维收集机构间形成高压静电场，同时，采用明火加热装置对储料机构中的固体高分子材料进行加热使其熔化成纺丝前驱液，在电场力的作用下拉伸劈裂形成微纳米纤维，此过程中无需外接市电电源，使得该熔体电纺过程摆脱了市电的限制，可以在断电、停电等无法供应市电的环境下进行。相较于目前惯用点电磁加热方式，明火加热的方式有效地解决了传统高压电源与加热装置的电磁干扰问题，且装置结构简单，可作为熔融静电纺丝实验的演示装置使用。
[0008]进一步的，所述便携式高压电源包括手摇式发电机，所述手摇式发电机连接充电电池并为充电电池充电，所述充电电池连接高压转换器，作为高压转化器的供电电源，所述高压转化器的电压输出端的正、负极分别作为便携式高压电源的正、负极，所述手摇式发电机、充电电池、高压转换器都安装在绝缘外壳内，手摇式发电机的手柄设置于绝缘外壳外部。
[0009]进一步的，所述明火加热机构为酒精灯、酒精喷灯、汽油喷灯、蜡烛或打火机中的一种。
[0010]进一步的，所述明火加热机构的火源周围设置有防止高压电场产生的离子风影响火焰加热的稳定性的圆筒形的加热保护套。
[0011]电纺过程的高压静电场会产生离子风，影响明火加热装置火焰的稳定性，筒状的加热护套套在火焰周围可以隔绝离子风对火焰的影响。
[0012]进一步的，所述明火加热机构置于升降台上，所述升降台可以调节明火加热机构和储料机构之间的距离。
[0013]通过调节升降台的高度可以调节明火加热机构和储料机构之间的距离，进而调节控制明火加热机构对储料机构中固体高分子材料的加热温度。
[0014]进一步的，所述储料机构为金属料筒，所述明火加热机构位于金属料筒下方，明火加热机构放置在升降台上。
[0015]进一步的，所述金属料筒用金属丝悬挂固定在绝缘支架下方，所述绝缘支架固定在铁架台上。
[0016]进一步的，所述纺丝喷头为锥形金属喷头。喷头喷口的内径为0.2?1.2毫米。
[0017]进一步的，所述收集机构为金属板。
[0018]本实用新型的有益效果:本实用新型弥补现有技术空白，提供了一种不依赖市电的熔体静电纺丝装置，该装置结构简单，易于操作，摆脱了市电电源的限制，可以在断电、停电等无法供应市电的环境下实现熔体电纺。具有以下优势:
[0019]I)该静电纺丝装置采用手摇发电式的便携式高压电源供应电纺过程中所需的高压电，在纺丝喷头和电纺纤维收集机构间形成高压静电场，同时，采用明火加热装置对储料机构中的固体高分子材料进行加热使其熔化成纺丝前驱液，在电场力的作用下拉伸劈裂形成微纳米纤维，此过程中无需外接市电电源，使得该熔体电纺过程摆脱了市电的限制，可以在断电、停电等无法供应市电的环境下进行。相较于目前惯用的电加热、激光加热方式，明火加热的方式有效地解决了传统高压电源与加热装置的电磁干扰问题，且装置结构简单，可作为熔融静电纺丝实验的演示装置使用。
[0020]2)整体结构简单，便于组装，易于操作，成本低，可对熔点较低的聚合物实现熔体静电纺丝，制备其微纳米纤维。
【附图说明】
[0021 ]图1为本实用新型实施例1的装置结构示意图；
[0022]图2为本实用新型实施例1的便携式高压电源的爆炸图；
[0023]图中:1-铁架台，2-绝缘支架，3-金属料筒，4-纺丝喷头，5-便携式高压电源，51-绝缘外壳，52-充电电池，53-手摇式发电机，54-电源负极，55-高压转化器，56-电源正极，6-电纺纤维收集机构，7-导线，8-酒精灯，9-升降台，10-加热保护套。
【具体实施方式】
[0024]根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
[0025]实施例1
[0026]如图1和图2所示，一种不依赖市电的熔体静电纺丝装置，包括便携式高压电源5，所述便携式高压电源5包括手摇式发电机53，所述手摇式发电机53连接充电电池52并为充电电池52充电，所述充电电池52连接高压转换器55，作为高压转化器55的供电电源，所述高压转化器55的电压输出端的正、负极分别作为便携式高压电源的电源正极56和电源负极54，所述手摇式发电机53、充电电池52、高压转换器55(BSCD-3)都安装在绝缘外壳51内，手摇式发电机53的手柄设置于绝缘外壳51外部，通过转动手摇式发电机53的手柄可将电能经过手摇式发电机53储存到充电电池52内，便携式高压电源5的正、负极分别通过导线7连接纺丝喷头4和电纺纤维收集机构6，纺丝喷头7的喷口指向电纺纤维收集机构6，所述纺丝喷头4连通储料机构，所述储料机构处设置有明火加热机构。具体而言，所述储料机构为金属料筒3，所述金属料筒3用金属丝悬挂固定在绝缘支架2下方，所述绝缘支架2固定在铁架台I上。所述明火加热机构为酒精灯8，酒精灯8位于金属料筒3下方，酒精灯8的火源周围设置有圆筒形的加热保护套10，酒精灯8放置在升降台9上，升降台9可调节酒精灯8与金属料筒3之间的距离，从而调节金属料筒3的温度(金属料筒3的温度可以通过手持式红外测温仪进行探测)，所述纺丝喷头4为锥形金属喷头，喷头喷口的内径为0.6毫米，所述收集机构6为金属板。除此之外，明火加热机构还可以为酒精喷灯、汽油喷灯、蜡烛或打火机中的一种，纺丝喷头7喷口的内径可以为0.2?1.2毫米。
[0027]实施例2
[0028]本实施例采用实施例1的不依赖市电的熔体静电纺丝装置，以聚乳酸为熔体料体制备微纳米纤维，首先手摇便携式高压电源5的手柄，转动约I分钟使充电电池12充电，然后将5克聚己内酯粒料加入到金属料筒3中，点燃酒精灯8，调节升降台9的高度来调节酒精灯8火焰与金属料筒3底端的距离从而调节温度，使金属料筒3的温度维持在135±15°C(金属料筒3的温度可以通过手持式红外测温仪进行探测)，加热至纺丝喷头4喷口出现熔体液滴，然后打开便携式高压电源5的开关，调节纺丝喷头4与电纺纤维收集机构6之间距离为10厘米，聚己内酯熔体在高压电场作用下开始拉伸，固化形成纤维沉积在电纺纤维收集机构6上，纺丝结束后，关闭便携式高压电源5，制备得到直径为13?60微米的聚己内酯纤维。
[0029]实施例3
[0030]本实施例以聚乳酸为熔体料体制备微纳米纤维，调节升降台9高度，使金属料筒3的温度维持在225±5°C，其他条件与实施例2相同，制备得到直径为18?48微米的聚己内酯纤维。
[0031 ] 实施例4
[0032]本实施例以聚氨酯为熔体料体制备微纳米纤维，调节升降台9高度，使金属料筒3的温度维持在240±10°C，其他条件与实施例2相同，制备得到直径为20?52微米的聚氨酯纤维。
[0033]以上所述，仅为本实用新型的说明实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，做出的若干改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，利用以上所揭示的技术内容做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所做的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本实用新型的技术方案的范围。本实用新型未详尽公开处均为现有技术。
【主权项】
1.一种不依赖市电的熔体静电纺丝装置，其特征在于:包括便携式高压电源(5)，所述便携式高压电源(5)包含手摇发电机(53)，便携式高压电源(5)的正、负极分别通过导线(7)连接纺丝喷头(4)和电纺纤维收集机构(6)，纺丝喷头(7)的喷口指向电纺纤维收集机构(6)，所述纺丝喷头(4)连通储料机构，所述储料机构处设置有明火加热机构。2.如权利要求1所述的一种不依赖市电的熔体静电纺丝装置，其特征在于:所述便携式高压电源(5)包含手摇式发电机(53)，所述手摇式发电机(53)连接充电电池(52)并为充电电池(52)充电，所述充电电池(52)连接高压转换器(55)，作为高压转化器(55)的供电电源，所述高压转化器(55)的电压输出端的正、负极分别作为便携式高压电源的电源正极(56)和电源负极(54)，所述手摇式发电机(53)、充电电池(52)、高压转换器(55)都安装在绝缘外壳(51)内，手摇式发电机(53)的手柄设置于绝缘外壳(51)外部。3.如权利要求1所述的一种不依赖市电的熔体静电纺丝装置，其特征在于:所述明火加热机构为酒精灯(8)、酒精喷灯、汽油喷灯、蜡烛或打火机中的一种。4.如权利要求1所述的一种不依赖市电的熔体静电纺丝装置，其特征在于:所述明火加热机构的火源周围设置有防止高压电场产生的离子风影响火焰加热的稳定性的圆筒形的加热保护套(10)。5.如权利要求1所述的一种不依赖市电的熔体静电纺丝装置，其特征在于:所述明火加热机构置于升降台(9)上，所述升降台(9)可以调节明火加热机构和储料机构之间的距离，从而调节控制金属料筒(3)的温度。6.如权利要求5所述的一种不依赖市电的熔体静电纺丝装置，其特征在于:所述储料机构为金属料筒(3)，所述明火加热机构位于金属料筒(3)下方，明火加热机构放置在升降台(9)上。7.如权利要求6所述的一种不依赖市电的熔体静电纺丝装置，其特征在于:所述金属料筒(3)用金属丝悬挂固定在绝缘支架(2)下方，所述绝缘支架(2)固定在铁架台(I)上。8.如权利要求1所述的一种不依赖市电的熔体静电纺丝装置，其特征在于:所述纺丝喷头(4)为锥形金属喷头，喷头喷口的内径为0.2?1.2毫米。9.如权利要求1所述的一种不依赖市电的熔体静电纺丝装置，其特征在于:所述收集机构(6)为金属板。
【文档编号】D01D5/00GK205474134SQ201620114105
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月4日
【发明人】龙云泽, 闫旭, 段晓鹏, 张丽华, 贾宪生, 李金涛, 张斌
【申请人】青岛大学