一种静电纺纳米纤维的规模化制备生产线的制作方法

本发明属于纳米纤维制备技术领域，具体涉及一种静电纺纳米纤维的规模化制备生产线。

背景技术：

纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度较大的具有一定长径比的线状材料，纳米纤维的制造方法有很多，而静电纺丝法是目前能够快捷制备纳米纤维的方法之一，这种方法可适用于合成天然聚合物、纳米粒子或者活性剂的聚合物，也可应用于金属和陶瓷纳米纤维的制备。静电纺丝过程就是在喷头和接收装置间施加高压静电场，带电的聚合物液滴在电场的作用下克服表面张力和粘滞阻力，形成射流，直径变小，飞向接收板，并最终形成超细纤维的过程，而在喷射之前需要对挤压管中的聚合物进行加热，使其熔融成为均匀熔液，现有加热装置大多采用热传导加热方式，这种方式加热速率较低，对聚合物加热效果不均匀，从而大大影响到静电纺丝效率，而且现有的加热装置在加热时，热量容易散失，损耗了大量电能。在静电纺丝过程中需要气吹系统对喷射出的纤维进行辅助牵伸，现有的气吹系统采用加热装置对风扇吹出的风进行加热，其加热装置主要采用电阻丝进行加热，而这种方式加热速度慢，热转化率低，能耗高，电阻发热使用寿命短，需要频繁更换维修。传统的风扇产生的气流，会被风扇扇叶进行切割，这样产生的气流不稳定，使其在对纤维进行牵伸时，容易导致纤维的断裂。当纳米纤维被喷射到接收装置上时，需要进行冷却固化，而现有方法主要依靠其自然冷却，但这种方式冷却效果慢，从而影响到了静电纺丝的成型效率，以及生产效率。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，公开了一种静电纺纳米纤维的规模化制备生产线。

具体的技术方案如下：

一种静电纺纳米纤维的规模化制备生产线，包括储料罐、注射泵、输送带、高压静电发生器，收卷系统，所述储料罐用于储存聚合物溶液，且储料罐中设置有搅拌架，所述搅拌架一端贯穿储料罐并驱动连接设有搅拌电机，所述储料罐上设置有加热装置，并通过所述加热装置对储料罐中的聚合物溶液进行加热，所述储料罐一端连接设有输料管，所述输料管上安装有输送泵，输料管一端与所述注射泵连接，所述注射泵侧壁上连接设有送风装置，所述注射泵底端连接设有喷头，所述喷头下方设置所述输送带，所述输送带底部安装所述高压静电发生器，且高压静电发生器的负极与输送带连接，使得喷头与输送带之间形成高压静电力场，所述输送带两侧设置有机架，所述机架上设置有温控装置，所述温控装置对输送带上形成的纤维进行冷却，所述收卷系统设置在输送带一端，并对成型后的纤维进行收卷。

进一步的，所述加热装置包括底座、加热筒，所述底座上两两对称分布设置有4个固定座，所述固定座上均转动设置有驱动齿轮，其中一个所述驱动齿轮的一侧驱动连接设有减速电机，另一侧连接设有传动轴，并通过所述传动轴传动连接一个相对设置的驱动齿轮；所述加热筒呈中空的圆筒结构，所述加热筒由外向内依次设置有外壳层、隔热层、反射层，加热筒两端外壁环绕设置有齿轮带，将加热筒上的所述齿轮带放置在驱动齿轮上，并通过齿轮带和驱动齿轮配合下带动加热筒转动；所述加热筒内壁上均匀排列设置有若干组安装座，每组安装座上设置有一个红外加热管，所述红外加热管均沿加热筒的轴向设置；加热筒两端为开口设置，加热筒靠近所述开口的侧壁表面均匀排列设有若干凸齿条，加热筒靠近齿轮带的两端侧壁表面沿轴向均开设有限位槽，且加热筒的两端转动设置有转动座，所述转动座为中空的圆柱，一端为开口设置，且所述开口一端边缘设有凸条，通过所述凸条嵌入到所述限位槽中，从而实现对转动座水平方向的限位，所述转动座另一端表面设有通孔，所述通孔周围设置有若干个弧形滑槽，若干个所述弧形滑槽呈螺旋状均匀分布在通孔周围，所述弧形滑槽中均垂直设置有一个滑轴，所述滑轴一端连接设有限位块，滑轴另一端垂直连接设有旋转叶片，并通过所述限位块和旋转叶片相配合对滑轴进行限位，相邻两个所述旋转叶片之间边缘相互贴合设置，并通过滑轴在滑槽上移动，实现旋转叶片的展开和收缩，所述转动座的内侧壁表面也设置有若干凸齿条，并通过所述凸齿与加热筒外侧壁表面的凸齿相配合，从而增大转动座与加热筒之间的摩擦力。

进一步的，所述旋转叶片一端边缘还均设置有一个滑轮座，所述滑轮座截面呈工字型，滑轮座一端卡接在旋转叶片上，并通过螺栓螺母固定，另一端铰接设置有滑轮，并通过所述滑轮在储料罐的表面进行滚动。

进一步的，所述弧形滑槽的数量为6个。

进一步的，所述隔热层为石棉材料制成，所述反射层为铝箔材料制成。

进一步的，所述送风装置包括热风管、无叶风扇、加热器，所述热风管呈中空的圆柱结构，热风管一端分别连接设置有两个分支管，两个所述分支管上均设置有气流调节阀，两个所述分支管分别与注射泵的两侧连接，热风管另一端底部设置有风扇基座，所述风扇基座底部设置有进风口，风扇基座内部安装所述无叶风扇；所述加热器包括感应线圈、散热器、感应加热电源，所述感应加热电源设置在热风管外一侧，所述感应线圈水平设置在热风管中，感应线圈上沿轴向设置有线圈骨架，所述骨架的一侧与热风管的内壁焊接进行固定，感应线圈两端贯穿所述热风管并与所述感应加热电源连接，所述散热器水平设置在感应线圈中，散热器包括金属管和金属散热片，所述金属管为中空的圆柱，两端开口，且若干个所述金属散热片均匀排列设置在金属管表面，所述金属散热片两端与所述骨架的两端垂直连接，并通过焊接的方式进行固定，通过控制感应线圈电源使得感应线圈对散热片进行加热，同时散热片增加与空气的接触面积，再通过无叶风扇将加热后的空气气流输送至两个分支管处从而对注射泵进行送风。

进一步的，所述无叶风扇包括空气倍增器和喷嘴，所述空气倍增器通过螺栓螺母固定在风座基座中，所述空气倍增器中设置有电机、与电机输出端连接的叶轮、空气通道，所述空气通道与所述喷嘴底端连通，所述喷嘴设置在热风管中，且所述喷嘴的上设置有出风口，出风口方向对准所述感应线圈，通过电机带动叶轮将空气经过空气通道输送至喷嘴并从喷嘴的出风口排出。

进一步的，所述风扇基座中靠近所述进风口处设置有过滤网。

进一步的，所述温控装置包括机壳、扇轮、滚动元件、驱动电机，所述机壳包括上壳体和下壳体，所述上壳体与下壳体之间通过螺栓螺母进行固定，所述下壳体底部四周垂直设置有安装支座，并通过所述安装支座安装在输送带两侧的机架上，上壳体与下壳体的中间均开设有圆形的开槽，两个所述开槽的相对一端侧壁上均开设有缺口，所述缺口呈环形结构，上壳体上的所述缺口与下壳体上所述的缺口之间形成放置槽，两个所述缺口的相对一端的一侧侧壁均开设有凹槽，位于上壳体上的所述凹槽与下壳体上所述的凹槽之间形成通孔，所述通孔一端与机壳的外侧连通；所述扇轮通过所述滚动元件活动设置在壳体的放置槽中，所述扇轮包括内环套、扇叶、外环套，所述外环套和内环套均呈环形结构，使得注射泵上的喷头喷出的纤维穿过机壳上的开槽以及扇轮中的内环套，从而落到输送带上，外环套与内环套之间通过若干个所述扇叶进行连接，所述外环套的内径与所述开槽的直径一致，所述外环套的外侧壁上设置有两个上下分布的限位环，所述滚动元件包括若干个滚珠，所述滚珠直径大于限位环的宽度以及限位环到外环套端面的距离，若干个所述滚珠分别设置在两个所述限位环的上下两端，且滚珠的另一端与放置槽接触，通过所述滚珠在放置槽与扇轮之间滚动，使得扇轮与机壳之间不直接进行接触，从而减少扇轮在旋转时的阻力；所述驱动电机通过电机支座纵向设置在机架上，位于所述机壳一侧，所述电机输出端设有驱动轮，所述驱动轮上设置有传动皮带，所述传动皮带另一端通过穿过壳体上所述通孔设置在扇轮上的两个所述限位环之间，从而与所述扇轮传动连接，并通过驱动电机带动扇轮在机壳中旋转，从而对输送带上的纳米纤维进行冷却。

进一步的，所述通孔的宽度与两个所述限位环之间的间距一致。

本发明的有益效果为：

(1)本发明中加热筒内壁均匀排列设置有若干个红外加热管，并且加热筒可进行滚动，从而能对加热筒中的储料罐中的聚合物进行360°全方位加热，加热更均匀，提高了加热效率，减少了电能的消耗。

(2)本发明中加热筒两端设置有转动座，且转动座中的滑轴、限位块、旋转叶片相配合，通过转动转动座，使得滑轴在弧形滑槽中滑动，同时旋转叶片之间进行滑动，从而能够展开或收缩，能有效减少转动座的开口尺寸，从而防止加热筒中的热量散失，同时旋转叶片上通过滑轮座安装有滑轮，使得加热筒在转动的同时，滑轮能在储料罐表面滚动，防止加热筒在转动过程中，旋转叶片与挤压筒发生碰撞，结构新颖，实用性高。

(3)相比较传统的加热装置本发明通过感应线圈加热散热器，从而使其处于高温状态，并对周围的空气进行加热，加热效率更高，能耗更低，并且散热器采用金属圈配合金属散热片，有效增加了其与空气的接触面积，加热效果好。

(4)本发明中采用无叶风扇来输送空气，无叶风扇具有功率低的特点，进一步减少了能耗，并且吹出的气流平稳性更高，不会产生阶段性气流，从而不会影响到纤维的牵伸效果。

(5)本发明中扇轮采用无轴式设计，且机壳和扇轮中间为中空设置，使得注射泵上的喷头喷出的纤维穿过机壳和扇轮，从而落到输送带上，同时扇轮通过滚珠活动设置在机壳上的放置槽中，并通过驱动电机配合传动皮带带动扇轮进行旋转，从而对输送带上的纳米纤维进行冷却，大大提高纳米纤维的成型效率，并且扇轮的风力方向与接收装置垂直，从而不会影响到纳米纤维的连续性，结构简单，实用性高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中加热装置的立体图。

图3为本发明中加热装置的主剖视图。

图4为本发明中加热装置的侧面剖视图。

图5为图2中a处放大示意图。

图6为本发明中送风装置的结构示意图。

图7为本发明中加热器的剖视图。

图8为本发明中温控装置的立体图。

图9为本发明中机壳的立体图。

图10为本发明中机壳的爆炸图。

图11为本发明中扇轮的立体图。

图12为本发明中机壳的剖视图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清晰明确，下面结合附图对本发明进行进一步描述，任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围。本发明中所提及的固定连接，固定设置均为机械领域中的通用连接方式，焊接、螺栓螺母连接以及螺钉连接均可。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

附图标记说明

储料罐1、搅拌架101、搅拌电机102、加热装置2、底座21、固定座2101、驱动齿轮2102、传动轴2103、减速电机2104、加热筒22、外壳层221、隔热层222、反射层223、齿轮带2201、安装座2202、红外加热管2203、凸齿条2204、限位槽2205、转动座23、凸条2301、通孔2302、弧形滑槽2303、滑轴2304、限位块2305、旋转叶片2306、滑轮座23061、滑轮23062、输料管3、输料泵31、注射泵4、喷头41、送风装置5、热风管51、分支管511、气流调节阀5111、风扇基座512、进风口5121、过滤网5122、无叶风扇52、空气倍增器521、电机5211、叶轮5212、空气通道5213、喷嘴522、出风口5221、加热器53、感应线圈531、线圈骨架5311、散热器532、金属管321、金属散热片5322、感应加热电源533、输送带6、高压静电发生器61、温控装置7、机壳71、上壳体711、开槽7111、放置槽7112、缺口71121、通孔7113、凹槽71131、下壳体712、安装支座7121、扇轮72、内环套721、扇叶722、外环套723、限位环7231、滚动元件73、滚珠731、驱动电机74、电机支座741、驱动轮742、传动皮带743、收卷系统8。

一种静电纺纳米纤维的规模化制备生产线，包括储料罐、注射泵、输送带、高压静电发生器，收卷系统，所述储料罐用于储存聚合物溶液，且储料罐中设置有搅拌架，所述搅拌架一端贯穿储料罐并驱动连接设有搅拌电机，所述储料罐上设置有加热装置，并通过所述加热装置对储料罐中的聚合物溶液进行加热，所述储料罐一端连接设有输料管，所述输料管上安装有输送泵，输料管一端与所述注射泵连接，所述注射泵侧壁上连接设有送风装置，所述注射泵底端连接设有喷头，所述喷头下方设置所述输送带，所述输送带底部安装所述高压静电发生器，且高压静电发生器的负极与输送带连接，使得喷头与输送带之间形成高压静电力场，所述输送带两侧设置有机架，所述机架上设置有温控装置，所述温控装置对输送带上形成的纤维进行冷却，所述收卷系统设置在输送带一端，并对成型后的纤维进行收卷。

进一步的，所述加热装置包括底座、加热筒，所述底座上两两对称分布设置有4个固定座，所述固定座上均转动设置有驱动齿轮，其中一个所述驱动齿轮的一侧驱动连接设有减速电机，另一侧连接设有传动轴，并通过所述传动轴传动连接一个相对设置的驱动齿轮；所述加热筒呈中空的圆筒结构，所述加热筒由外向内依次设置有外壳层、隔热层、反射层，加热筒两端外壁环绕设置有齿轮带，将加热筒上的所述齿轮带放置在驱动齿轮上，并通过齿轮带和驱动齿轮配合下带动加热筒转动；所述加热筒内壁上均匀排列设置有若干组安装座，每组安装座上设置有一个红外加热管，所述红外加热管均沿加热筒的轴向设置；加热筒两端为开口设置，加热筒靠近所述开口的侧壁表面均匀排列设有若干凸齿条，加热筒靠近齿轮带的两端侧壁表面沿轴向均开设有限位槽，且加热筒的两端转动设置有转动座，所述转动座为中空的圆柱，一端为开口设置，且所述开口一端边缘设有凸条，通过所述凸条嵌入到所述限位槽中，从而实现对转动座水平方向的限位，所述转动座另一端表面设有通孔，所述通孔周围设置有若干个弧形滑槽，若干个所述弧形滑槽呈螺旋状均匀分布在通孔周围，所述弧形滑槽中均垂直设置有一个滑轴，所述滑轴一端连接设有限位块，滑轴另一端垂直连接设有旋转叶片，并通过所述限位块和旋转叶片相配合对滑轴进行限位，相邻两个所述旋转叶片之间边缘相互贴合设置，并通过滑轴在滑槽上移动，实现旋转叶片的展开和收缩，所述转动座的内侧壁表面也设置有若干凸齿条，并通过所述凸齿与加热筒外侧壁表面的凸齿相配合，从而增大转动座与加热筒之间的摩擦力。

进一步的，所述旋转叶片一端边缘还均设置有一个滑轮座，所述滑轮座截面呈工字型，滑轮座一端卡接在旋转叶片上，并通过螺栓螺母固定，另一端铰接设置有滑轮，并通过所述滑轮在储料罐的表面进行滚动。

进一步的，所述弧形滑槽的数量为6个。

进一步的，所述隔热层为石棉材料制成，所述反射层为铝箔材料制成。

进一步的，所述送风装置包括热风管、无叶风扇、加热器，所述热风管呈中空的圆柱结构，热风管一端分别连接设置有两个分支管，两个所述分支管上均设置有气流调节阀，两个所述分支管分别与注射泵的两侧连接，热风管另一端底部设置有风扇基座，所述风扇基座底部设置有进风口，风扇基座内部安装所述无叶风扇；所述加热器包括感应线圈、散热器、感应加热电源，所述感应加热电源设置在热风管外一侧，所述感应线圈水平设置在热风管中，感应线圈上沿轴向设置有线圈骨架，所述骨架的一侧与热风管的内壁焊接进行固定，感应线圈两端贯穿所述热风管并与所述感应加热电源连接，所述散热器水平设置在感应线圈中，散热器包括金属管和金属散热片，所述金属管为中空的圆柱，两端开口，且若干个所述金属散热片均匀排列设置在金属管表面，所述金属散热片两端与所述骨架的两端垂直连接，并通过焊接的方式进行固定，通过控制感应线圈电源使得感应线圈对散热片进行加热，同时散热片增加与空气的接触面积，再通过无叶风扇将加热后的空气气流输送至两个分支管处从而对注射泵进行送风。

进一步的，所述无叶风扇包括空气倍增器和喷嘴，所述空气倍增器通过螺栓螺母固定在风座基座中，所述空气倍增器中设置有电机、与电机输出端连接的叶轮、空气通道，所述空气通道与所述喷嘴底端连通，所述喷嘴设置在热风管中，且所述喷嘴的上设置有出风口，出风口方向对准所述感应线圈，通过电机带动叶轮将空气经过空气通道输送至喷嘴并从喷嘴的出风口排出。

进一步的，所述风扇基座中靠近所述进风口处设置有过滤网。

进一步的，所述温控装置包括机壳、扇轮、滚动元件、驱动电机，所述机壳包括上壳体和下壳体，所述上壳体与下壳体之间通过螺栓螺母进行固定，所述下壳体底部四周垂直设置有安装支座，并通过所述安装支座安装在输送带两侧的机架上，上壳体与下壳体的中间均开设有圆形的开槽，两个所述开槽的相对一端侧壁上均开设有缺口，所述缺口呈环形结构，上壳体上的所述缺口与下壳体上所述的缺口之间形成放置槽，两个所述缺口的相对一端的一侧侧壁均开设有凹槽，位于上壳体上的所述凹槽与下壳体上所述的凹槽之间形成通孔，所述通孔一端与机壳的外侧连通；所述扇轮通过所述滚动元件活动设置在壳体的放置槽中，所述扇轮包括内环套、扇叶、外环套，所述外环套和内环套均呈环形结构，使得注射泵上的喷头喷出的纤维穿过机壳上的开槽以及扇轮中的内环套，从而落到输送带上，外环套与内环套之间通过若干个所述扇叶进行连接，所述外环套的内径与所述开槽的直径一致，所述外环套的外侧壁上设置有两个上下分布的限位环，所述滚动元件包括若干个滚珠，所述滚珠直径大于限位环的宽度以及限位环到外环套端面的距离，若干个所述滚珠分别设置在两个所述限位环的上下两端，且滚珠的另一端与放置槽接触，通过所述滚珠在放置槽与扇轮之间滚动，使得扇轮与机壳之间不直接进行接触，从而减少扇轮在旋转时的阻力；所述驱动电机通过电机支座纵向设置在机架上，位于所述机壳一侧，所述电机输出端设有驱动轮，所述驱动轮上设置有传动皮带，所述传动皮带另一端通过穿过壳体上所述通孔设置在扇轮上的两个所述限位环之间，从而与所述扇轮传动连接，并通过驱动电机带动扇轮在机壳中旋转，从而对输送带上的纳米纤维进行冷却。

进一步的，所述通孔的宽度与两个所述限位环之间的间距一致。

工作原理：

加热装置在工作时，减速电机带动驱动齿轮转动，同时使得加热筒在齿轮条的带动下在底部两侧的驱动齿轮上滚动，使得红外加热管对加热筒内腔中的储料罐中的聚合物进行加热。通过转动转动座，使得滑轴在弧形滑槽中滑动，同时旋转叶片之间进行滑动，从而能够展开或收缩，能有效减少转动座的开口尺寸，从而防止加热筒中的热量散失，旋转叶片上通过滑轮座安装有滑轮，使得加热筒在转动的同时，滑轮能在储料罐表面滚动。转动座与加热筒之间通过凸齿条增加摩擦力，防止转动座在非人为情况下进行转动。

送风装置在工作时，无叶风扇通过空气倍增器中的电机带动叶轮将空气经过空气通道输送至喷嘴并从喷嘴的出风口排出，排出的空气通过加热装置中的感应线圈对散热器加热，并对其周围的空气加热，加热后的空气分别通过两个分支管输送至注射泵两侧。

温控装置在工作时，驱动电机通过驱动轮配合传动皮带带动扇轮转动；滚珠直径大于限位环的宽度以及限位环到外环套端面的距离，通过扇轮上两个限位环与外环套相配合，将若干个滚珠抵靠在放置槽的侧壁上，使得扇轮与机壳之间不直接进行接触，从而减少扇轮在旋转时的阻力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。