一种磁悬浮式离心静电纺丝装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种磁悬浮式离心静电纺丝装置，属于纺丝领域。主要包括红外加热管、磁悬浮小球、收集圆筒、磁悬浮底座、圆筒电极、三角夹持装置、高速旋转圆盘、支撑架和配重小球，磁悬浮小球为中空的球体，磁悬浮小球的上面有进料孔，磁悬浮小球的腰部附近有多圈的离心纺丝小孔，磁悬浮小球的下部有配重小球，收集圆筒的底面上放置磁悬浮底座，磁悬浮小球位于磁悬浮底座的正上方，磁悬浮小球上方的支撑架上依次安装有三角夹持装置、高速旋转圆盘和红外加热管，圆筒电极位于收集圆筒内壁的中间部位。空心金属小球上布满小孔，当给磁悬浮小球较大速度V时，磁悬浮小球内的熔体从小孔内甩出，进行离心纺丝，金属磁悬浮小球旋转过程中动能损失很少。
【专利说明】
一种磁悬浮式离心静电纺丝装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种磁悬浮式离心静电纺丝装置，属于离心静电纺丝领域。【背景技术】
[0002]随着纳米技术的迅速发展，纳米材料研究领域受到广泛关注，人们对纳米纤维的需求量也不断增加。当前制备纳米纤维的方法很多，主要有静电纺丝法、离心纺丝法、拉伸法和双组份复合纺丝法等。静电纺丝法是一种使带电荷的高分子溶液或者极化熔体在静电场中形成泰勒锥，在泰勒锥上形成射流而后细化经溶剂蒸发或熔体冷却固化得到纤维状物质的工艺过程;离心纺丝法是聚合物熔体借助高速旋转的装置所产生的离心力和剪切力由细孔甩出而成纤的方法。熔体静电纺丝法制备的纤维较粗，研究进展及其产业化发展较慢； 离心纺丝法为了实现连续纺丝条件，需要高速电机保持圆盘的高速旋转，整个过程电能耗较多，装置结构复杂，操作繁琐，安全性能低而且制备的纤维直径较粗。
[0003]无论是静电纺丝法还是离心纺丝法，研究人员从未停止过技术的研发和改进，但多数是单纯的对离心纺丝工艺或者静电纺丝喷头进行改进，始终无法解决问题。中国专利 (专利号:ZL201410108867.9)通过驱动装置驱动储液装置进行旋转，液体在离心作用力下进行离心纺丝，该装置虽然产量高，但是结构复杂，电能损耗多，成本较大。而本实用新型克服了离心纺丝对电动机的依赖，大大简化了装置，操作更加简单，而且利用高压电场力和高速离心力的共同作用对纤维进行拉伸，极大地细化了纤维。【实用新型内容】
[0004]本实用新型一种磁悬浮式离心静电纺丝装置，可克服目前离心纺丝需要高速电动机提供动能等局限，同时也可减少机械能损失，实现无需持续动能供给进行离心静电纺丝。
[0005]实现上述目的的技术方案是:一种磁悬浮式离心静电纺丝装置，其主要包括红外加热管、磁悬浮小球、收集圆筒、磁悬浮底座、圆筒电极、三角夹持装置、高速旋转圆盘、支撑架和配重小球，磁悬浮小球为中空的球体，磁悬浮小球的上面有进料孔，磁悬浮小球的腰部附近有多圈的离心纺丝小孔，磁悬浮小球的下部有配重小球，收集圆筒的底面上放置磁悬浮底座，磁悬浮小球位于磁悬浮底座的正上方，磁悬浮小球上方的支撑架上依次安装有三角夹持装置、高速旋转圆盘和红外加热管，圆筒电极位于收集圆筒内壁的中间部位。红外加热管对带孔空心磁悬浮小球内的聚合物进行加热使其熔融，磁悬浮小球在磁悬浮底座的正上方悬浮。给磁悬浮小球一个较大的水平速度V，使其沿竖直轴心方向做圆周运动，由于小球转动过程中只与空气接触，所以损失的动能很少，小球以较大速度V转动，在很长一段时间内速度变化很小，可以忽略不计。熔体在较大的速度V下会被快速从磁悬浮小球上的小孔上甩出，同时电极板和小球之间形成的电场对熔体进行拉伸，进行离心静电纺丝。
[0006]本实用新型一种磁悬浮式离心静电纺丝装置，该装置采用红外加热，红外加热装置置于磁悬浮小球正上方5cm处，红外加热能快速让小球内的聚丙烯熔融。
[0007]本实用新型一种磁悬浮式离心静电纺丝装置，磁悬浮小球位于磁悬浮底座的正上方，磁悬浮小球通电后，由于安培力与重力相等，小球会悬浮在磁悬浮底座正上方。
[0008]本实用新型一种磁悬浮式离心静电纺丝装置，磁悬浮小球上沿水平中轴线一片区域打满规则的小孔，小孔直径在i〇ym以内，磁悬浮小球在高速旋转过程中，小球内的恪体会沿着小孔甩出，形成拉丝，进行离心纺丝。
[0009]本实用新型一种磁悬浮式离心纺丝装置，在进行离心纺丝的同时，在收集圆筒与小球间加上高压静电，进行离心静电纺丝，有助于纤维的细化。保证纺丝的顺利进行。
[0010]本实用新型一种磁悬浮式离心纺丝装置，三角夹持装置在高速旋转圆盘的作用下给小球一个较大的初始速度V，三角夹持装置与磁悬浮小球接触的夹持部分为圆弧，该三段圆弧可以开合，对磁悬浮小球有一定的夹持力，圆弧的半径与磁悬浮小球球面的半径相同， 三角夹持装置的圆弧能够堵上磁悬浮小球上的离心纺丝小孔，三角夹持装置松开磁悬浮小球后离心纺丝小孔才有熔体流出。由于磁悬浮小球在整个旋转过程中都是悬浮，只与空气摩擦损失动能，所以动能损失较少，在整个离心纺丝过程中无需持续动能供给进行离心纺丝，大大节约了电能，简化了离心纺丝装置。
[0011]由上面的技术方案的介绍，本实用新型与现有技术相比，其优势有:
[0012]1.红外加热装置置于金属磁悬浮小球上方对聚合物进行加热熔融，加热迅速，操作方便。
[0013]2.空心金属小球上布满小孔，当给磁悬浮小球较大速度V时，磁悬浮小球内的熔体从小孔内甩出，进行离心纺丝。
[0014]3.金属磁悬浮小球放置在磁悬浮底座上，磁悬浮小球在整个纺丝过程中悬浮，所以在小球旋转过程中只有与空气摩擦损失很小的一部分动能，相对于离心纺丝小球的初始速度V，在很长一段时间内可以忽略不计。所以整个离心纺丝装置无需电动机提供持续动能，动能损失很少，大大节约了电能，简化离心纺丝装置。
[0015]4.本装置利用高压电场力和高速离心力的共同作用对纤维进行拉伸，最终得到的纤维平均直径小于1M1，纤维表面光滑，纺丝效率高。【附图说明】
[0016]图1为本实用新型一种磁悬浮式离心静电纺丝装置的示意图。
[0017]图2为一种磁悬浮式离心静电纺丝装置俯视图。
[0018]图中:1-红外加热管；2-磁悬浮小球；3-离心纺丝小孔;4-收集圆筒；5-磁悬浮底座;6-纳米纤维;7-圆筒电极;8-进料孔;9-三角夹持装置；10-高速旋转圆盘；11-支撑架； 12-配重小球。【具体实施方式】
[0019]本实用新型一种磁悬浮式离心静电纺丝装置，如图1所示，其主要包括红外加热管 1、磁悬浮小球2、收集圆筒4、磁悬浮底座5、圆筒电极7、三角夹持装置9、高速旋转圆盘10、支撑架11和配重小球12,磁悬浮小球2为中空的球体，磁悬浮小球2的上面有进料孔8,磁悬浮小球2的腰部附近有多圈的离心纺丝小孔3,磁悬浮小球2的下部有配重小球12,收集圆筒4 的底面上放置磁悬浮底座5,磁悬浮小球2位于磁悬浮底座5的正上方，磁悬浮小球2上方的支撑架11上依次安装有三角夹持装置9、高速旋转圆盘10和红外加热管1，圆筒电极7位于收集圆筒4内壁的中间部位。[0〇2〇] 磁悬浮底座5通电后，磁悬浮小球2在配重小球12的磁场共同作用下悬浮，配重小球12可以更换成一小部分曲率与磁悬浮小球2内表面相同的重金属，使得磁悬浮小球2始终进进料孔8在上端，离心纺丝小孔3位于磁悬浮小球2的腰部，固体颗粒聚丙烯在磁悬浮小球2底端的配重小球12上面，配重小球12可以使用圆盘封闭在在磁悬浮小球2底端，在圆盘上面有纺丝用的聚合物原料即固体颗粒聚丙烯，聚合物原料通过红外加热管1加热熔融，三角夹持装置9夹持住磁悬浮小球2在高速旋转圆盘10的作用下给磁悬浮小球2初始旋转速度 V，松开夹持装置9,此时熔体由于离心开始沿着磁悬浮小球2内表面扩展开，在离心纺丝小孔3的一片区域，由于离心力和电场力的共同作用，熔体开始沿着离心纺丝小孔3快速飞出， 拉成长丝，形成纳米纤维6并且在空气中迅速冷却，收集在收集圆筒4上。整个过程无需电动机持续动能供给，操作方便，装置简单，很大程度上节约了电能。纺丝结束后，经过SEM表征， 纤维平均直径小于1M1。
【主权项】
1.一种磁悬浮式离心静电纺丝装置，其特征在于:主要包括红外加热管、磁悬浮小球、 收集圆筒、磁悬浮底座、圆筒电极、三角夹持装置、高速旋转圆盘、支撑架和配重小球，磁悬 浮小球为中空的球体，磁悬浮小球的上面有进料孔，磁悬浮小球的腰部附近有多圈的离心 纺丝小孔，磁悬浮小球的下部有配重小球，收集圆筒的底面上放置磁悬浮底座，磁悬浮小球 位于磁悬浮底座的正上方，磁悬浮小球上方的支撑架上依次安装有三角夹持装置、高速旋 转圆盘和红外加热管，圆筒电极位于收集圆筒内壁的中间部位。2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮式离心静电纺丝装置，其特征在于:三角夹持装置 与磁悬浮小球接触的夹持部分为圆弧，该三段圆弧可以开合，对磁悬浮小球有一定的夹持 力。3.根据权利要求2所述的一种磁悬浮式离心静电纺丝装置，其特征在于:圆弧的半径与 磁悬浮小球球面的半径相同，三角夹持装置的圆弧能够堵上磁悬浮小球上的离心纺丝小 孔，三角夹持装置松开磁悬浮小球后离心纺丝小孔才有熔体流出。4.根据权利要求1所述的一种磁悬浮式离心静电纺丝装置，其特征在于:配重小球更换 成一小部分曲率与磁悬浮小球内表面相同的重金属。5.根据权利要求1所述的一种磁悬浮式离心静电纺丝装置，其特征在于:配重小球使用 圆盘封闭在磁悬浮小球底端，在圆盘上面有纺丝用的聚合物原料。
【文档编号】D01D5/00GK205590843SQ201620370799
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】杨卫民, 马小路, 李好义, 张莉彦, 谭晶, 阎华 , 焦志伟, 谢鹏程, 丁玉梅
【申请人】北京化工大学