一种高效制备纳米纤维的装置的制作方法

本实用新型涉及静电纺丝领域，特别是涉及一种高效制备纳米纤维的装置。

背景技术：

静电纺丝技术是一种利用静电场力生产纳米纤维的技术，其原理是：在高压静电场中，带电聚合物溶液在电场力的作用下形成泰勒锥，当电场力足够大，使得带电液滴克服自身表面张力形成带电射流，最后在收集机构上沉积固化成纳米纤维结构。

传统的针头式静电纺丝装置容易出现的喷头阻塞、难清理，阵列喷头在纺丝过程中容易出现“边缘效应”现象等缺点都影响了纤维质量，纺丝效率及产量较低。相比于喷头式静电纺，无针式静电纺具有产量高，纺丝设备简单，生产成本较低等特点，但无针静电纺丝仍存在纺丝电压过高，能耗大，纺丝区域电场分布不均等问题。

专利CN204779952U及CN104032383A提出了一种螺旋状纺丝电极，该电极所具有的尖端或类尖端结构，在尖端处具有电荷聚集效应，能够促进诱导纺丝,降低纺丝电压，提高产量，但其辊轴状结构又在一定程度上提高了纺丝电压，造成不必要的能耗。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种高效制备纳米纤维的装置，能够降低纺丝电压，减少能耗。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种高效制备纳米纤维的装置，包括纺丝系统、动力系统、涂覆机构、收集系统和高压电源，所述纺丝系统包括纺丝电极，所述动力系统驱动纺丝电极运动，所述涂覆机构为纺丝系统提供纺丝液，所述收集系统包括位于纺丝系统上方的接收电极，所述纺丝电极为中空螺旋环状的旋转体，动力系统驱动旋转体绕水平轴旋转，旋转体的周向边缘设有沿径向延伸的尖端结构，尖端结构的顶部尖端朝向接收电极，所述高压电源的两极分别为接收电极和纺丝电极供电。

作为本实用新型的进一步改进，所述旋转体中相邻螺旋环的间隙相等。

作为本实用新型的进一步改进，所述旋转体上接有转轴，所述转轴的轴线与旋转体的轴线重合。

作为本实用新型的进一步改进，转轴分为水平同轴线的两段结构，转轴的两段结构分别连接旋转体的两端。

作为本实用新型的进一步改进，转轴连接旋转体的端部并从旋转体的中空部分穿过。

作为本实用新型的进一步改进，所述旋转体的尖端结构为三角形结构、圆锥曲线形结构、曳物线形结构、抛物线结构或梯形结构。

作为本实用新型的进一步改进，所述涂覆机构包括具有储液腔的液槽和覆盖在液槽上端开口的槽盖，槽盖上设有槽口，旋转体的至少一段螺旋环的底部尖端从槽口进入并浸没在储液腔内。

作为本实用新型的进一步改进，所述槽盖设有一道槽口，旋转体的一段螺旋环的底部尖端从槽口进入，所述涂覆机构设有随着涂覆结构，所述跟随涂覆结构跟随旋转体的旋转而在水平方向沿旋转体的轴向平移，从而到达旋转体的不同水平位置。

作为本实用新型的进一步改进，所述槽口为斜槽，槽口的两侧侧壁所在的平面相互平行且均与旋转体的轴线成一夹角，槽口的至少一侧侧壁抵接旋转体螺旋环的边缘从而被螺旋环推动沿水平方向平移。

作为本实用新型的进一步改进，所述液槽外接有循环供液系统，所述液槽设有进液口和出液口，所述循环供液系统包括液箱和液泵，所述液泵的出口连接液槽的进液口，液泵的入口连接液箱出口，液箱的入口连接液槽的出液口。

作为本实用新型的进一步改进，所述动力系统包括电机和传动件，所述电机的输出端连接传动件，传动件的输出端连接旋转体，电机的正转与反转驱动旋转体的正向旋转和反向旋转。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的纺丝电极具有尖端结构，尖端结构在尖端处具有电荷聚集效应，能够促进诱导纺丝，降低纺丝电压，另外尖端结构设置在中空螺旋环状的纺丝电极上，相对于将尖端结构设置在实心辊轴上的螺旋纺丝结构来说，进一步降低了纺丝电压和能耗，解决无针静电纺丝技术中存在的纺丝电压较高的问题并进一步提高纤维的生产质量及产量。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的主视图；

图3是纺丝电极与转轴装配的示意图；

图4是纺丝电极与转轴装配另一实施例的示意图；

图5（a）是三角形尖端结构的示意图，图5（b）是圆锥曲线形尖端结构的示意图，图5（c）是曳物线形尖端结构的示意图；

图6是涂覆机构的示意图；

图7是涂覆机构的轴测剖视图。

具体实施方式

如图1和图2所示的高效制备纳米纤维的装置，包括纺丝系统、动力系统、涂覆机构、收集系统和高压电源1。

纺丝系统包括纺丝电极，纺丝电极为中空螺旋环状的旋转体3，由导电材质制成。所述的旋转体3可以是由一根金属条或者金属丝沿轴向绕制成多个半开口的环状，进而多个半开口的环状连接成螺旋状，最后形成类似于弹簧的形状。旋转体3在动力系统的驱动下是能够绕自身的轴线旋转的，而其自身的轴线也即旋转体3的转轴4为一水平轴。

所述的收集系统包括一片状或者板状的接收电极2，其位于纺丝电极旋转体3上方。高压电源1的两极分别为接收电极2和旋转体3供电，通过在接收电极2与纺丝电极之间形成高压电场以及诱导纺丝的方式进行静电纺丝。

实施例中，在旋转体3周向边缘设有沿径向延伸的尖端结构，这些尖端结构形成了纺丝电极的发射端。由于旋转体3为中空螺旋环状，因此尖端结构同样构成中空螺旋环状，无论旋转体3如何旋转，均会形成朝向接收电极2的顶部尖端，以及背向接收电极2的底部尖端。

所述的涂覆机构与旋转体3配套，从而为旋转体3的尖端结构提供纺丝液。

相对于将尖端结构设置在实心辊轴上的螺旋纺丝结构来说，实施例中的纺丝电极旋转体3为空心的螺旋环状，所需的纺丝电压相对较低，进一步降低了纺丝电压和能耗。

优选的，旋转体3中相邻螺旋环的间隙相等，即可以将旋转体3看成是螺距相等的弹簧结构，这种结构因为旋转体3每个螺旋环转动后其最高点都不会发生轴向的位移，从而更有利于保证稳定的纺丝质量。

参考图3和图4，旋转体3上接有转轴4，转轴4的轴线与旋转体3的轴线重合，动力系统通过连接转轴4和驱动转轴4旋转来带动旋转体3的绕轴旋转。

转轴4与旋转体3可以具有两种连接方式，例如图3中，转轴4分为水平同轴线的两段结构，转轴4的两段结构分别连接旋转体3的两端；或者参考图4，转轴4连接旋转体3的端部并从旋转体3的中空部分穿过。

参考图5，旋转体3的尖端结构可以为图5（a）中的三角形结构、图5（b）中的圆锥曲线形结构、图5（c）中的曳物线形结构，尖端结构也可以为并未图示的抛物线结构或梯形结构。

转轴4以及旋转体3可以采用以下的结构去驱动。参考图1和图2，所述的动力系统包括电机91和传动件92，电机91固定在底座93上，传动件92将电机91的输出端以及转轴4连接起来，传动件可以为链传动结构、皮带传动结构或者齿轮传动结构。转轴4的端部安装有轴承94，轴承94安装在轴承座95上。实施例中的电机91可以通过外部的控制器或者控制装置控制其转速、转向等参数。

进一步，实施例中的涂覆机构采用被动涂覆的方式。具体来说参考图6和图7，涂覆机构包括具有储液腔51的液槽5和覆盖在液槽5上端开口的槽盖6，槽盖6上设有槽口61。结合图1和图2，旋转体3的一段螺旋环的底部尖端从槽口61进入并浸没在储液腔51内。储液腔51内的纺丝液可以附着在旋转体3表面，当旋转体3旋转后可以将附着的纺丝液带出并运动至顶部尖端位置，在电场力的作用下旋转体3表面上的纺丝液形成泰勒锥，当电场力增大到一定程度时，形成带电射流，最终沉积在接收电极2上。

上述的液槽5可以看成一个密封的容器，纺丝液放置在液槽5内并通过附着的方式涂覆在旋转体3中，可以避免纺丝液接触空气而产生变质。

优选的实施例中，参考图1、图2、图6和图7，槽盖6仅设有一道槽口61，旋转体3的一段螺旋环的底部尖端从该槽口61进入。而涂覆机构设有跟随涂覆结构，跟随涂覆结构随着旋转体3的旋转而在水平方向沿旋转体3的轴向平移，从而到达旋转体3的不同水平位置。跟随涂覆结构无需额外的驱动即能对旋转体3的所有位置涂覆纺丝液，极大的简化了装置整体的构造。

跟随涂覆结构可以通过以下结构来实现：

将槽口61设置为水平的斜槽，槽口61的两侧侧壁62、63所在的平面相互平行且均与旋转体3的轴线成一夹角，槽口61的至少一侧侧壁抵接旋转体3螺旋环的边缘从而被螺旋环推动沿水平方向平移。参考图1、图2、图6和图7，当螺旋环的正转推动槽口61一侧侧壁63和液槽5向右侧平移到尽头后，可以自动控制改变电机91的转向，旋转体3的旋转方向也改变为反转，那么，槽口61的另一侧侧壁62被螺旋环推动使得液槽5向左侧平移，如此循环来实现将纺丝液涂覆到旋转体3的每一个水平位置。

涂覆结构还包括沿旋转体3轴向设置的导向板10，所述导向板10位于液槽5的正下方，导向板10上滑动连接有滑块11，该所述滑块11固定连接液槽5。

当然将整个旋转体的底部尖端或者将两段、三段甚至更多段螺旋环的底部尖端浸没在储液腔内也是可以的，然而此时需要设置大量的槽口或者将槽口设置得很大，不利于纺丝液的密封。

进一步优选的，参考图1和图2，液槽5还外接有循环供液系统，能够实现供液的持续及稳定，解决了纺丝溶液前后性质变化的问题。

具体参考图1和图2和图6，液槽5设有进液口52和出液口53，循环供液系统包括液箱7和液泵8，液泵8的出口连接液槽5的进液口52，液泵8的入口连接液箱7出口，液箱7的入口连接液槽5的出液口53。

为了能够比较方便的对纺丝电极供高压电，轴承座95上接有一高压接头96，高压接头96与轴承座95、旋转体3均电导通，高压接头的一端通过导线连接高压电源1，因此旋转体3的旋转并不会妨碍高压电源1的供电，使得纺丝电极安装较为简便。实施例中的接收电极2也通过导线连接高压电源1。

以上所述只是本实用新型优选的实施方式，其并不构成对本实用新型保护范围的限制。