环喷静电纺纱机及用途的制作方法

本发明涉及静电纺丝设备技术领域，具体涉及一种环喷静电纺纱机及用途。

背景技术：

静电纺丝是一种用静电场把高分子溶液或熔体制备成纳米级或微米级尺寸纤维的纺丝技术，其基本原理为：在静电产生装置的作用下，电纺液喷丝装置和电纺纤维接收装置之间形成高压静电场，纺丝液在喷嘴处形成液滴并被充电，带电液滴在电场力的作用下被加速，当电场力足够大时，带电液滴克服表面张力形成带电射流，带电射流在静电纺丝空间运行时，伴随着溶剂的挥发而逐渐凝固，最终被接收装置收集，形成随机排列的纤维材料。

静电纺丝可以将大多数的高分子聚合物制备成纳米级或微米级纤维，该种纤维具有直径小、比表面积大等优异性能。取向静电纺纤维还具有优异的光学和电学特性。此外，静电纺纳米纤维纱线提高了纳米纤维束的力学性能，使其可以通过机织、针织等进行二次加工。近年来，静电纺纤维已广泛应用于仿生、组织工程、服装、军工等领域，并获得了快速发展。

中国发明专利cn104831434b公开了一种剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置，利用喇叭喷头的边缘与静电场结合的方式形成液膜的分裂成丝，并利用锥筒的旋转剪切对纳米丝束实施加捻成纱。该装置虽然可以实现单丝纳米化和高强度的纺丝以及加捻汇聚成纱，但无法实现大规模的工业化生产，对喷头的要求也非常高。

随着纤维多样化的发展，静电纺丝设备也更加多样化，多喷头静电纺丝设备也可以实现大规模的生产静电纺纤维，也可以调整接收材料具有特定图案，使其具有更多方面的应用。但是，由于不同的聚合物需使用不同的喷头，现有的多喷头静电纺丝设备的机头更换较为不方便，在大批量生产时也难以实时调整，无法胜任多样化生产的需求。

技术实现要素：

针对上述现有技术的缺点或不足，本发明要解决的技术问题是提供一种环喷静电纺纱机及用途。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种环喷静电纺纱机，其特征在于，包括：高压直流电源；m个相互独立且具有中空腔的喷丝装置，用于将纺丝液喷丝形成纤维；喷丝接收器，具有接收导线，该接收导线从中空腔中穿过，用于接收并转移纤维；剥离装置，用于将包裹在接收导线上的纤维剥离下来；以及牵引加捻装置，用于将从接收导线上剥离下来的纤维牵引并加捻成纱线，其中，喷丝装置包括n个喷丝单元和p个预处理单元，n个喷丝单元和p个预处理单元环形闭合设置形成中空腔，喷丝单元朝向中空腔的一侧设置有至少一个喷丝孔，高压直流电源的正极与喷丝单元相连，负极与接收导线相连，m、n和p均为大于或等于1的自然数。

本发明提供的环喷静电纺纱机，还可以具有这样的特征：其中，喷丝单元包括：喷丝箱，呈扇形柱体状，用于储存纺丝液；以及喷丝板，可拆卸地设置在喷丝箱朝向中空腔的一侧上，设置有喷丝孔，喷丝箱朝向中空腔的侧壁上设置有与喷丝板上的喷丝孔一一对应的出液孔，喷丝孔通过出液孔与喷丝箱的内部相连通，喷丝板为由导电性材料制成的板，与高压直流电源的正极相连。

本发明提供的环喷静电纺纱机，还可以具有这样的特征：其中，喷丝板的左、右两侧上均设置有卡扣，喷丝靠近中空腔的一侧上设置有与该卡扣相匹配的竖向凹槽，喷丝板通过卡扣活动设置所对应的竖向卡槽内而安装在喷丝箱上且沿着喷丝箱上下移动，喷丝箱的端部设置有用于驱动喷丝板上下移动的喷丝板驱动部件。

本发明提供的环喷静电纺纱机，还可以具有这样的特征：还包括：n个相互独立的注液单元，分别与喷丝箱对应设置，用于向喷丝箱内连续注入纺丝液且向喷丝箱内供压使喷丝箱内的纺丝液在压力作用下喷出，其中，注液单元具有注液箱，该注液箱通过供液管与所对应的喷丝箱连接且连通。。

本发明提供的环喷静电纺纱机，还可以具有这样的特征：其中，喷丝箱内设置有竖向隔板，将喷丝箱的内部空间分成靠近中空腔的喷丝腔室和远离中空腔的加压腔室，喷丝腔室和加压腔室在竖向隔板的一端处相连通，出液孔与喷丝腔室相连通，加压腔室内设置有加压横板，该加压横板在加压腔室内上下移动，用于向所对应的喷丝箱供压，使加压腔室内的纺丝液在压力作用下流向喷丝腔室内且喷丝腔室内的纺丝液在压力作用下喷出，喷丝箱的端部设置有用于驱动加压横板上下移动的加压横板驱动部件。

本发明提供的环喷静电纺纱机，还可以具有这样的特征：其中，喷丝装置还包括n个喷丝控制单元，分别与喷丝单元对应设置，喷丝控制单元包括呈扇形柱体状的喷丝控制箱以及设置在喷丝控制箱内的主控芯片、液位感应器和压力感应器，喷丝控制箱设置在所对应的喷丝箱的端部，液位感应器与主控芯片通信连接，用于检测所对应的喷丝箱内的纺丝液的高度，压力感应器与主控芯片通信连接，用于检测所对应的喷丝箱内的纺丝液的压力。

本发明提供的环喷静电纺纱机，还可以具有这样的特征：其中，预处理单元包括呈扇形柱体状的预处理箱以及设置在预处理箱内的温湿度感应装置、红外线加热装置和湿度处理装置，温湿度感应装置用于检测中空腔内的温湿度，红外线加热装置用于对中空腔进行加热，湿度处理装置用于对中空腔内的湿度进行调整，红外线加热装置和湿度处理装置均与温湿度感应装置通信连接。

本发明提供的环喷静电纺纱机，还可以具有这样的特征：其中，接收导线包括导电芯线和包裹在该导电芯线的外表面上的绝缘外层。

本发明提供的环喷静电纺纱机，还可以具有这样的特征：其中，剥离装置包括剥离刀，该剥离刀具有刀尖，刀尖依次刺穿包裹在绝缘外层上的纤维和绝缘外层而与导电芯线的外表面相接触，并将纤维沿导线的轴向割开，剥离刀与高压直流电源的负极相连接。

本发明还提供了一种采用上述的环喷静电纺纱机的应用，其特征在于：将上述的环喷静电纺纱机用于静电纺的包芯纱的直接成纱加工。

发明作用与效果

本发明涉及的环喷静电纺纱机及用途，首先，因为设置有具有中空腔的喷丝装置和具有接收导线的喷丝接收器，喷丝装置设置有呈环形排列的喷丝单元，喷丝单元朝向中空腔的一侧设置有喷丝孔，纺丝液直接从喷丝孔喷出，接收导线从中空腔内穿过来接收并转移纤维，省去了现有技术中的喷头，方便大批量生产，也大大降低了生产成本。而且，通过更换喷丝单元和调配纺丝液，能够方便地生产各种规格的产品，提高了生产纤维材料的多样性。

其次，由于喷丝箱的侧壁上设置有与喷丝板上的喷丝孔相匹配的出液孔，喷丝板沿着喷丝箱上下移动，能够方便地将喷丝孔与出液孔相对合或错开，从而使喷丝孔与喷丝箱的内部相连通或断开，结构简单，操作方便。

再次，由于喷丝箱内设置有竖向隔板而将喷丝箱的内部空间分成喷丝腔室和加压腔室，加压腔室内设置有可上下移动的加压横板，能够方便地对纺丝液施加压力以保证正常喷丝，并使外腔室内的纺丝液流入内腔室内，提高了纺丝液的利用率。

最后，在接收导线上连接一根芯纱，芯纱和接收导线一起穿过喷丝装置的中空腔来接收和转移纤维；芯纱和包裹在芯纱上的纤维一起被从接收导线剥离下来，再经牵引和加捻即可形成包芯纱，从而实现静电纺的包芯纱的直接成纱加工。

附图说明

图1是本发明的实施例中环喷静电纺纱机的结构示意图；

图2是本发明的实施例中喷丝装置的立体结构示意图；

图3是本发明的实施例中喷丝单元的立体结构示意图。

图4是本发明的实施例中喷丝箱的侧视剖面图。

图5是本发明的实施例中喷丝控制单元的立体结构示意图。

图6是本发明的实施例中接收导线的横截面示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

<实施例一>

图1是本发明的实施例中环喷静电纺纱机的结构示意图。

如图1所示，一种环喷静电纺纱机1000，包括高压直流电源100、m个喷丝装置200、喷丝接收器300、剥离装置400和牵引加捻装置500。其中，m为大于或等于1的自然数，本实施例采用2个喷丝装置200。

高压直流电源100为高压静电发生器，具有正极和负极，用于产生高压静电场。

图2是本发明的实施例中喷丝装置的立体结构示意图；

如图2所示，喷丝装置200用于将纺丝液喷丝形成纤维，包括固定支架(图中未示出)以及可拆卸地安装在固定支架上的n个相互独立的喷丝单元210、p个预处理单元220、n+p个喷丝控制单元230以及n个相互独立的注液单元(图中未示出)。

n个喷丝单元210和p个预处理单元220环形闭合设置形成作为静电纺丝空间的中空腔201，n+p个喷丝控制单元230环形设置且分别与n个喷丝单元210和p个预处理单元220对应设置。其中，n、p均为大于或等于1的自然数，本实施例采用6个对称布置的喷丝单元和2个对称布置的预处理单元220。

图3是本发明的实施例中喷丝单元的立体结构示意图。

图4是本发明的实施例中喷丝箱的侧视剖面图。

如图2至图4所示，喷丝单元210包括呈扇形柱体状的喷丝箱211和可拆卸地设置在喷丝箱211朝向中空腔201的一侧上的喷丝板212。

喷丝箱211用于储存纺丝液，其朝向中空腔201的侧壁上设置有至少一个出液孔211a(见图4)。

喷丝板212上设置有与出液孔211a一一对应设置的喷丝孔212a(见图3)，喷丝孔212a通过出液孔211a与喷丝箱211的内部相连通。

喷丝板212为由导电性材料制成的板；工作时，喷丝板212与高压直流电源100的正极相连。

喷丝孔212a的横截面形状为多边形(如三角形、四方形等)、圆形和椭圆形中的任一种或多种，喷丝孔212a的横截面形状对所喷出的纤维的横截面形状将会产生塑形影响。由于喷丝板212与喷丝箱211之间可拆卸连接，可以根据需要，更换不同喷丝孔212a的喷丝板212。对不同的喷丝板212，其喷丝孔212a的设计可以有所不同，能够更好地满足使用需求。

如图2所示，预处理单元220用于调控中空腔201内的温湿度以对从喷丝孔212a喷出的液态丝进行固化预处理而形成纤维，包括预处理箱221以及设置在预处理箱221内的温湿度感应装置、红外线加热装置和湿度处理装置(图中未示出)。

预处理箱221呈扇形柱体状，其尺寸与喷丝箱211的尺寸相匹配。预处理箱221朝向中空腔201的侧壁上设置有至少一个长条通孔221a，以使预处理箱221与中空腔201相连通。

红外线加热装置和湿度处理装置均与温湿度感应装置通信连接。其中，温湿度感应装置用于检测中空腔201内的温湿度，红外线加热装置用于对中空腔201进行加热，湿度处理装置用于对中空腔201内的湿度进行调整。

图5是本发明的实施例中喷丝控制单元的立体结构示意图。

如图2和图5所示，喷丝控制单元230分别与喷丝单元210和预处理单元220对应设置，用于检测和控制所对应的喷丝箱211内的液位和压力等参数以保证喷丝孔正常喷丝，包括喷丝控制箱231以及设置在喷丝控制箱231内的控制盒232，该控制盒232内设置有主控芯片、液位感应器和压力感应器。

喷丝控制箱231呈扇形柱体状，其尺寸与喷丝箱211和预处理箱221相匹配。喷丝控制箱231设置在所对应的喷丝箱211的一端部，本实施例汇总，喷丝控制性231设置在所对应的喷丝箱211的下端部。

液位感应器和压力感应器均与主控芯片通信连接。其中，液位感应器用于检测相对应的喷丝箱211内的纺丝液的高度，压力感应器用于检测相对应的喷丝箱211内的纺丝液的压力。

注液单元分别与喷丝箱211对应设置，用于向喷丝箱211内连续注入纺丝液且喷丝箱211内供压使其内的纺丝液在压力作用下从喷丝孔212a中喷出。注液单元具有注液箱，该注液箱通过供液管与所对应的喷丝箱211连接且连通。

图6是本发明的实施例中接收导线的横截面示意图。

如图1和图6所示，喷丝接收器300包括接收导线310和多个用于带动接收导线310运动的滚轮320。

接收导线310沿中空腔201的轴线依次从每个喷丝装置200的中空腔201内穿过，用于接收并转移纤维。

接收导线310包括导电芯线311和包裹在该导电芯线311的外表面的绝缘外层312。工作时，导电芯线311与高压直流电源100的负极相连。本实施例中，导线310的首尾端相连闭合成环状；绝缘外层312上设有沿导线310的长度方向的缝隙312a。

滚轮320用于带动导线310沿其长度方向移动，多个滚轮320中至少有一个为主动轮，其他的为从动轮。

如图1所示，剥离装置400用于将包裹在接收导线310的绝缘外层312上的纤维剥离下来，包括具有刀尖的剥离刀410和驱动剥离刀410贴近或远离接收导线310的剥离刀驱动机构(图中未示出)。

剥离刀410的刀尖依次刺穿包裹在绝缘外层312上的纤维和绝缘外层312而与导电芯线311的外表面相接触，并将纤维沿接收导线310的长度方向割开。本实施例中，剥离刀410与高压直流电源100的负极相连接，剥离刀410的刀尖刺穿纤维后通过缝隙311a与导电芯线311的外表面相接触，从而使导电芯线311与高压直流电源100的负极相连接。

如图1所示，牵引加捻装置500用于将从接收导线310的绝缘外层312上剥离下来的随机排列的纤维牵引并加捻成线性的纱线，包括一对牵引辊510和加捻器520。

牵引辊510转动将纤维从接收导线310的绝缘外层312上剥离下来的纤维牵引出来，加捻器520用于将牵引出的纤维加捻呈线性的纱线。

<实施例二>

本实施例二是实施例一的进一步改进，对于与实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

如图3所示，喷丝板212沿着喷丝箱211上下移动，用于使喷丝孔212a与出液孔211a相对合或错开，具体结构为：喷丝板212的左、右两侧上均设置有卡扣(图中未示出)，喷丝箱211靠近中空腔201的一侧上设置有与该卡扣相匹配的竖向卡槽211b，喷丝板212通过卡扣活动插置在所对应的竖向卡槽211b内而安装在喷丝箱211上且可沿着喷丝箱211上下移动。

每个喷丝箱211的端部对应设置有用于驱动喷丝板212沿着喷丝箱211上下移动的喷丝板驱动部件，该喷丝板驱动部件与所对应的喷丝板212的端部可拆卸连接。

如图5所示，本实施例中，喷丝板驱动部件为设置在所对应的喷丝控制箱231靠近中空腔201的一侧上的竖向推杆240。该竖向推杆240由导电材料制成；工作时，竖向推杆240与高压直流电源200的正极相连，从而使喷丝板212与高压直流电源100的正极相连。。

<实施例三>

本实施例三是实施例一和实施例二的进一步改进，对于与实施例一和实施例二中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

本实施例省去了实施例一中的注液单元，喷丝箱211采用重复多次加液的墨盒式结构，并自带有加压单元，具体结构如下：

如图4所示，喷丝箱211内设置有竖向隔板214c，将喷丝箱211的内部空间分成喷丝腔室211d和加压腔室211e。喷丝腔室211d靠近中空腔201，出液孔211a与喷丝腔室211d相连通；加压腔室211e远离中空腔201，喷丝腔室211d和加压腔室211e在竖向隔板211c的上端处相连通。

本实施例中，竖向隔板211c靠近喷丝箱211朝向中空腔201的侧壁，即喷丝腔室211d的体积远小于加压腔室211e的体积，以便充分利用纺丝液，提高纺丝液的利用率，即使喷丝箱211还剩余较少的纺丝液，也能保证喷丝板212上的所有喷丝孔212a正常喷丝。

每个喷丝箱211对应设置有加压单元，用于向所对应的喷丝箱211供压，使加压腔室212e内的纺丝液在压力作用下流向喷丝腔室211d内且喷丝腔室211d内的纺丝液在压力作用下喷出，包括活动设置在加压腔室211e内的加压横板211f以及用于驱动加压横板211f在加压腔室211e内上下移动的加压横板驱动部件，该加压横板驱动部件设置在所对应的喷丝箱211的一端部。

如图5所示，加压横板驱动部件为设置在所对应的喷丝控制箱231内的波纹管状气囊250，该波纹管状气囊250的上端伸入加压腔室211e内且与加压横板211f相连接。工作时，波纹管状气囊250与外部的气压装置相连通。

<实施例四>

本实施例四是实施例一至实施例三的进一步改进，对于与实施例一至实施例三中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

本实施例采用上述的环喷静电纺纱机1000用于静电纺的包芯纱的直接成纱加工，具体为：先在接收导线310的绝缘外层312的外表面上连接一根芯纱，芯纱沿接收导线310的长度方向设置并随着接收导线310一起穿过中空腔201；喷丝装置200喷出的纤维包裹在接收导线310和芯纱上；最后，芯线和纤维一起被从接收导线310上剥离下来，再经牵引和加捻即形成包芯纱。

实施例作用与效果

本实施例涉及的环喷静电纺纱机及用途，首先，因为设置有具有中空腔的喷丝装置和具有接收导线的喷丝接收器，喷丝装置设置有呈环形排列的喷丝单元，喷丝单元朝向中空腔的一侧设置有喷丝孔，纺丝液直接从喷丝孔喷出，接收导线从中空腔内穿过来接收并转移纤维，省去了现有技术中的喷头，方便大批量生产，也大大降低了生产成本。而且，通过更换喷丝单元和调配纺丝液，能够方便地生产各种规格的产品，提高了生产纤维材料的多样性。

其次，由于喷丝箱的侧壁上设置有与喷丝板上的喷丝孔相匹配的出液孔，喷丝板沿着喷丝箱上下移动，能够方便地将喷丝孔与出液孔相对合或错开，从而使喷丝孔与喷丝箱的内部相连通或断开，结构简单，操作方便。

再次，由于喷丝箱内设置有竖向隔板而将喷丝箱的内部空间分成喷丝腔室和加压腔室，加压腔室内设置有可上下移动的加压横板，能够方便地对纺丝液施加压力以保证正常喷丝，并使外腔室内的纺丝液流入内腔室内，提高了纺丝液的利用率。

最后，在接收导线上连接一根芯纱，芯纱和接收导线一起穿过喷丝装置的中空腔来接收和转移纤维；芯纱和包裹在芯纱上的纤维一起被从接收导线剥离下来，再经牵引和加捻即可形成包芯纱，从而实现静电纺的包芯纱的直接成纱加工。