熔体静电纺丝设备的制作方法

本发明涉及静电纺丝技术领域，特别是涉及一种熔体静电纺丝设备。

背景技术：

静电纺丝技术作为一种独特的纺丝技术起源于二十世纪三十年代至八十年代，发展至今，在技术上已经实现纳米尺度纤维的制备；应用上已经涉及能源、光电、食品工程、生物医疗等众多领域。

目前，商业化的静电纺丝技术绝大部分为溶液静电纺丝技术，即利用高分子溶液在高压静电场中喷射溶液细丝于接收装置，接收到的溶液细丝中溶剂挥发，实现高分子纤维固化定型。由于在纺丝过程中不能定向成丝，溶液静电纺丝技术的制品呈各向异性，这会导致制品的性能呈现各向异性。此外，溶液静电纺丝在纺丝过程中会向环境中排放有机溶剂，对于环保意识强烈的趋势下，此种技术也有待改进。

近年来，溶液静电纺丝技术发展迅速，可制备纳米纤维，但目前存在生产效率低下，向环境排放有机物，污染环境等问题。中国发明专利cn105506759a公开了一种溶液静电纺丝机，该溶液静电纺丝机通过在静电场中增加变频磁场的方式，降低纺丝过程中纤维内部的各向异性，提高纤维粗细均匀率以及成纤质量，该方案从纤维的微观结构角度提高了纺丝制品的性能，但并未解决静电纺丝带来的环境压力问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种节能环保、纺丝过程有序且效率高的熔体静电纺丝设备。

根据本发明实施例的熔体静电纺丝设备，包括支撑框架；加料装置，固定在所述支撑框架上；纤维喷射装置，安装在所述支撑框架上，包括与加料装置连通的料筒和设置在料筒的底部出口的喷嘴，所述喷嘴与料筒之间设置有导热绝缘垫片，所述料筒内配置有推进杆和驱动推进杆运动的电机，所述电机固定在料筒的顶部，绕所述料筒的内壁设有至少一层保温层，所述料筒自上而下分为加料段、熔融段及挤出段，所述加料段、熔融段和挤出段分别对应的保温层的表面均设置有变温模块；接收装置，设置于所述纤维喷射装置的下方，具备接收板和驱动接收板沿竖直及水平方向移动的位置调节机构。

根据本发明实施例的熔体静电纺丝设备，至少具备如下的有益效果：该熔体静电纺丝设备，其料筒的加料段、熔融段及挤出段分别对应设置有变温模块，高分子及其混合材料从加料装置进入料筒后，能够直接通过加热与剪切作用熔融至液态，进行高压静电纺丝，而无需与传统的静电纺丝技术一样需将高分子溶于有机溶剂，具有节能环保优势；此外，接收板通过位置调节机构可实现沿竖直及水平方向的移动，可以设定在不同方向上进行纤维的接收运动，实现熔体静电纺丝纤维的有序化，有效地提升了生产效率。

根据本发明的一些实施例，各所述变温模块分别包括电阻加热装置和风冷装置。

根据本发明的一些实施例，所述推进杆为锥形双螺杆。

根据本发明的一些实施例，所述位置调节机构包括竖直调节机构和水平调节机构，所述水平调节机构具备两根间隔设置的第二方向导轨、可滑动搭设在两所述第二方向导轨之间的第一方向导轨，所述接收板通过一第一滑块安装在第一方向导轨上。

根据本发明的一些实施例，所述第一方向导轨、两第二方向导轨上分别设置沿长度方向延伸的第一导槽、第二导槽，所述第一导槽、第二导槽内均配置有同步带及驱动同步带滑移的水平方向电机，所述第一滑块的底部、第一方向导轨与第二方向导轨的搭接处分别装配与同步带配合移动的行走齿轮。

根据本发明的一些实施例，所述竖直调节机构包括至少两对与支撑框架固定的定位杆、安装在各所述定位杆上的齿轮行走机构及驱动齿轮行走机构的行走电机，各所述齿轮行走机构分别通过连接件与第二方向导轨相连。

根据本发明的一些实施例，各水平方向电机和行走电机均连接至同一个控制器或者计算机，通过控制器或者计算机上预先设定好控制程序，带动接收板调整在纺丝过程中的运动轨迹。

根据本发明的一些实施例，所述加料装置包括加料漏斗、与所述加料漏斗连通的输料管，所述输料管的前端与料筒的加料段接通。

根据本发明的一些实施例，所述输料管内配置有加料螺杆，且后端安装与所述加料螺杆连接的蜗轮蜗杆机构，所述蜗轮蜗杆机构通过轴与一加料电机驱动连接。

根据本发明的一些实施例，所述支撑框架包括间隔分布的顶框和底框、若干支撑在所述顶框与底框之间的支柱，所述位置调节机构安装在底框上，所述顶框上设置用于固定料筒的第一固定架及用于固定加料装置的第二固定架。

根据本发明的一些实施例，所述料筒的侧壁包括叠置的内层板和外层板，所述内层板与外层板材质均为耐高温合金钢，所述内层板的朝内表面的粗糙度不大于1.60μm。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例的熔体静电纺丝设备的结构俯视图；

图2是本发明实施例的熔体静电纺丝设备的结构侧视图；

图3为本发明实施例的熔体静电纺丝设备的结构立体图；

图4为发明实施例的加料装置的结构示意图；

图5为发明实施例的接收板的俯视结构示意图；

图6为发明实施例的料筒的内部结构示意图；

图7为发明实施例的位置调节机构的结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图7，本发明实施例的熔体静电纺丝设备，包括支撑框架1以及固定在支撑框架1上的加料装置3、纤维喷射装置2和接收装置4。

具体地，纤维喷射装置2，包括与加料装置3连通的料筒21、设置在料筒的底部出口的喷嘴22，料筒21呈空心圆柱形结构，在喷嘴22与料筒21之间设置有导热绝缘垫片23，料筒21内配置有推进杆211和驱动推进杆211运动的电机212，电机212固定在料筒21的顶部；接收装置4设置于所述纤维喷射装置2的下方，具备接收板41和驱动接收板41沿竖直及水平方向移动的位置调节机构42，接收板41的中部布设有加热装置411，且其中一角端设有与高压正电极连接的连接端412；连接端412连接高压正电极，从而使接收板41上接入高压静电。

进一步地，绕料筒21的内壁设有一层保温层213，料筒21自上而下分为加料段、熔融段及挤出段，加料段、熔融段和挤出段分别对应的保温层213的表面均设置有变温模块214，以便于实现对料筒21内每一段的加热及对应的温度调节。需要说明的是，在某些实施例中，保温层213的层数可以是两层或者两层以上的多层。

根据本发明实施例的熔体静电纺丝设备，其料筒21的加料段、熔融段及挤出段分别对应设置有变温模块214，高分子及其混合材料从加料装置3进入料筒21后，能够直接通过加热与剪切作用熔融至液态，进行高压静电纺丝，而无需与传统的静电纺丝技术一样需将高分子溶于有机溶剂，具有节能环保优势；此外，接收板41通过位置调节机构42可实现沿竖直及水平方向的移动，可以设定在不同方向上进行纤维的接收运动，实现熔体静电纺丝纤维的有序化，有效地提升了生产效率。

更为具体地，各变温模块214分别包括有电阻加热装置和风冷装置；其中，电阻加热装置为料筒21内的原料熔融成液态提供热量，风冷装置则用于冷却。与此同时，料筒21的侧壁包括叠置的内层板和外层板，为了增强保温效果，内层板与外层板之间的间隙可抽真空处理，形成一隔温带，与保温层213共同作用；进一步地，内层板与外层板材质均为耐高温合金钢，且内层板的朝内表面的粗糙度不大于1.60μm。

本发明的具体实施例中，推进杆211为锥形双螺杆，该锥形双螺杆在料筒21内沿轴向设置；为了提高推进杆211的耐腐蚀性能，延长其使用寿命，采用38crmoaia氮化钢为推进杆211的制作材料。在进行纺丝作业时，各变温模块214对原料进行加热至熔融状态，在锥形双螺杆的作用下，熔融状态的原料将被混合、挤压，并沿着料筒21向下移动，当熔融的原料进入喷嘴22中之后，在压力的作用下可从喷嘴22喷出，并通过与接收板41上连接的高压电极配合，实现高分子及其复合材料的高压静电纺丝成型。

更为具体地，加料装置3包括加料漏斗31、与加料漏斗31连通的输料管32，输料管32的前端与料筒21的加料段接通，加料漏斗31位于输料管32的上方。进一步地，输料管32内配置有加料螺杆33，且后端安装与加料螺杆33连接的蜗轮蜗杆机构34，蜗轮蜗杆机构34通过轴与一加料电机35驱动连接。将原料(如高分子及其复合材料)添加到加料漏斗31后，原料随之进入到输料管32后，随着加料螺杆33的旋转进行混合的同时，也被输送到输料管32的前端提供给料筒21。其中，加料漏斗31和输料管32的制作材质采用304合金钢。

在本发明的一些实施例中，位置调节机构42包括竖直调节机构和水平调节机构，水平调节机构具备两根间隔设置的第二方向导轨422、两端可滑动搭设在两第二方向导轨422之间的第一方向导轨421，接收板41通过一第一滑块423安装在第一方向导轨421上。进一步地，第一方向导轨421的两端分别设置一第二滑块424；第一方向导轨421与第二方向导轨422位于同一平面且相互垂直。进一步地，在第一方向导轨421、两第二方向导轨422上分别设置沿长度方向延伸的第一导槽、第二导槽，第一导槽、第二导槽内均配置有同步带及驱动同步带滑移的水平方向电机，各第一滑块423和第二滑块424的底部分别装配与同步带配合移动的行走齿轮。以第一方向导轨421内的同步带、行走齿轮为第一同步带、第一行走齿轮，且第二方向导轨422内的同步带、行走齿轮为第二同步带、第二行走齿轮。进一步地，两根第二方向导轨422之间通过固定杆426连接固定。

当第一方向导轨421上的水平方向电机驱动第一同步带运动时，通过第一同步带与第一行走齿轮的配合，使得第一行走齿轮带动第一滑块423在第一方向导轨421上运动，即使得接收板41在x方向运动。当第一方向导轨421上的水平方向电机驱动第二同步带运动时，第二滑块424通过第二行走齿轮带动，从而使第一方向导轨421沿着第二方向导轨422移动，带动接收板41在y方向运动。

更为具体地，本实施例中，竖直调节机构包括两对与支撑框架1固定的定位杆425、安装在各定位杆425上的齿轮行走机构及驱动齿轮行走机构的行走电机，各齿轮行走机构分别通过连接件与第二方向导轨422的各个端部相连。在行走电机的作用下，可带动第二方向导轨422在竖直方向即z方向的运动，即实现接收板41在z方向上的运动。

进一步地，各水平方向电机和行走电机均连接至同一个控制器或者计算机，以便于对接收板41的运动进行控制。通过控制器或者计算机上预先设定好控制程序，可带动接收板41自动实时调整在纺丝过程中的运动轨迹；该运动轨迹可以根据实际生产需要进行调节，例如先使接收板41在平面移动，再上下移动等。

在本发明的一些实施例中，支撑框架1包括间隔分布的顶框11和底框12、若干支撑在顶框11与底框12之间的支柱13；具体地，顶框11与底框12均为矩形框，支柱13的数量为四根，分别位于顶框11和底框12的各角端。位置调节机构42安装在底框12上，顶框11上设置用于固定料筒21的第一固定架14及用于固定加料装置3的第二固定架15。

利用本发明实施例的熔体静电纺丝设备，可以直接将高分子及其复合材料通过熔融进行纺丝，不会向环境释放有机气体，具有环保的特点。同时，在纺丝过程中，接收板41可以实现空间内不同方向的运动，可根据需要预先设置纺丝过程中接收板41的运动轨迹，实现熔体静电纺丝纤维的有序化，有效地提升了生产效率。

当然，本发明的设计创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。