旋转振动式线形静电纺丝发射极及静电纺丝装置的制作方法

本实用新型属于静电纺丝技术领域，具体涉及旋转振动式线形静电纺丝发射极及静电纺丝装置。

背景技术：

随着规模化生产微纳米纤维膜的市场需求的提高，采用线形电极作为纤维发射极的规模化静电纺丝装置得到了推广应用。相较于传统的单个纺丝喷头作为发射极的静电纺丝装置，线形电极作为纤维发射极具有更多的纤维发射位点，能够提高微纳米纤维的生产效率，但是，线形电极表面的纺丝前驱液分布更难控制且更不容易在电场力作用下形成泰勒锥构成纤维发射位点，导致采用线形电极的规模化静电纺丝装置生产的微纳米纤维膜存在纤维形貌较难控制，且纤维分布不均匀，直径较大、粗细不均匀的问题。

技术实现要素：

针对现有技术不足，本实用新型要解决的技术问题是，提供旋转振动式线形静电纺丝发射极及静电纺丝装置。对静电纺丝装置的线形电极纤维发射极进行改进，该旋转振动式线形静电纺丝发射极应用于静电纺丝装置，能够更好的控制生产所得的微纳米纤维膜的纤维形貌，使纤维分布更加均匀致密，提高微纳米纤维膜质量和生产效率。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种旋转振动式线形静电纺丝发射极，包括线形电极，所述线形电极连接高压电源正极，还包括用于驱动所述线形电极绕自身中轴线转动的旋转驱动机构，以及用于驱动所述线形电极振动的振动机构。

作为优选，所述旋转驱动机构的转速为0-1400r/min，所述振动机构的振动频率为0-120khz。

作为优选，所述振动机构的振幅范围包括0-10mm。

作为优选，包括底座，所述旋转驱动机构包括转动电机、转轴和转轴安装架，所述转动电机本体和转轴安装架固定安装在所述底座上，所述转轴转动连接所述转轴安装架，所述线形电极的两端分别连接所述转轴和所述转动电机的驱动轴，且所述线形电极、所述转轴和所述转动电机的驱动轴的中轴线共线设置。

作为优选，所述转轴安装架通过轴承与所述转轴连接。

作为优选，所述振动机构包括振动装置，以及传动连接所述振动装置的振动端和所述线形电极的传动连接部件。

作为优选，所述传动连接部件包括固定连接所述振动装置的振动端的连接板，所述连接板开设有用于穿设所述线形电极的通孔，所述通孔的内壁与所述线形电极相接触。

作为优选，所述振动装置的振动端在竖直方向上振动，所述通孔的内壁与所述线形电极相贴合。

作为优选，所述振动装置包括振动马达；所述线形电极包括伸直的金属丝。

作为优选，还包括控制所述旋转驱动机构转速的转动控制器，以及控制所述振动机构振动频率的振动控制器。

作为优选，所述的旋转振动式线形静电纺丝发射极包括多个平行设置的所述线形电极，所述旋转驱动机构和所述振动机构与所述线形电极一一对应设置。

一种静电纺丝装置，包括高压电源、纺丝收集极和纺丝液供液系统，所述纺丝液供液系统包括用于为线形电极涂抹纺丝液的供液刷头，还包括所述的旋转振动式线形静电纺丝发射极，所述高压电源正极电连接线形电极，所述供液刷头与所述线形电极一一对应设置，所述供液刷头安装于与之对应设置的所述线形电极上。

作为优选，所述纺丝液供液系统包括用于储存纺丝液的储液池，连接所述储液池和所述供液刷头的输液管，设于所述输液管上的供液泵，以及驱动所述供液刷头在所述线形电极上沿其中轴线方向做直线反复运动的往复运动驱动装置，所述供液刷头开设有用于穿设所述线形电极的电极孔，以及连接所述输液管的进液口，所述进液孔与所述电极孔连通。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：提供了旋转振动式线形静电纺丝发射极及静电纺丝装置。对静电纺丝装置的线形电极纤维发射极进行改进，该旋转振动式线形静电纺丝发射极应用于静电纺丝装置，能够更好的控制生产所得的微纳米纤维膜的纤维形貌，使纤维分布更加均匀致密，提高微纳米纤维膜质量和生产效率。

附图说明

图1为本实施例的旋转振动式线形静电纺丝发射极的结构示意图；

图2为图1的a部分放大图；

图3为包括多个线形电极的旋转振动式线形静电纺丝发射极的结构示意图；

图4为实施例1的电纺纳米纤维膜的sem图；

图5为对比例的电纺纳米纤维膜的sem图；

以上个图中：1-线形电极，2-旋转驱动机构，21-转动电机，211-驱动轴，22-转轴安装架，23-轴承，24-转轴，3-振动机构，31-连接板，311-通孔，4-供液刷头，5-底座。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至3所示，一种旋转振动式线形静电纺丝发射极，包括线形电极1，所述线形电极1连接高压电源正极，还包括用于驱动所述线形电极1绕自身中轴线转动的旋转驱动机构2，以及用于驱动所述线形电极1振动的振动机构3。

一种静电纺丝装置，包括高压电源、纺丝收集极和纺丝液供液系统，所述纺丝液供液系统包括用于为线形电极1涂抹纺丝液的供液刷头4，所述静电纺丝装置还包括所述的旋转振动式线形静电纺丝发射极，所述高压电源正极电连接线形电极，所述供液刷头4与所述线形电极1一一对应设置，所述供液刷头4安装于与之对应设置的所述线形电极1上。所述高压电源、纺丝收集极和纺丝液供液系统非本申请的设计要点，均可采用任意现有线形电极作为发射极的静电纺丝装置的结构，故高压电源、纺丝收集极和纺丝液供液系统(除供液刷头4外)均未在附图进行表示。

具体的，所述旋转驱动机构2的转速为0-1400r/min，所述振动机构3的振动频率为0-120khz。

上述静电纺丝发射极在线形电极1的基础上增加了旋转驱动机构2和振动机构3，在纺丝过程中开启旋转驱动机构和振动机构，以带动线形电极1转动同时低频振动(0-40khz)，可促进纺丝液在线形电极1上的均匀分布，线形电极1通过旋转振动克服液滴自重，不易滴液，纺丝转化率更高，从而避免供液系统涂液不均匀或重力作用引起的液体分布不均匀对纺丝过程的影响，能够更好的控制生产所得的微纳米纤维膜的纤维形貌，使纤维分布更加均匀，同时，线形电极1通过旋转振动可促进溶液克服表面张力，更易形成纺丝泰勒锥，增加纤维发射位点，激发出射流，可以提高纺丝出丝速度，提高纺丝效率，制备的纳米纤维直径更细，产量更高，有利于提高微纳米纤维产品的致密度，提高微纳米纤维膜质量。在完成纺丝过程后，关闭高压电源、供液系统和旋转驱动机构2，开启振动机构3使其带动线形电极1以较高频率振动(40-120khz)，可甩掉累积的凝固溶液，方便清洁线形电极1表面残留的纺丝液，减少溶液堵塞发生概率，有利于设备清理和维护。

具体的，所述振动机构3的振幅范围包括0-10mm。

具体的，包括底座5，所述旋转驱动机构2包括转动电机21、转轴24和转轴安装架22，所述转动电机21本体和转轴安装架22固定安装在所述底座5上，所述转轴24转动连接所述转轴安装架22，所述线形电极1的两端分别连接所述转轴24和所述转动电机21的驱动轴211，且所述线形电极1、所述转轴24和所述转动电机21的驱动轴211的中轴线共线设置。开启所述转动电机21调节其转速，驱动轴211带动与其同轴设置的所述线形电极1和所述转轴24与其同步转动，以实现线形电极1的稳定转动。

具体的，所述转轴安装架22通过轴承23与所述转轴24连接。

具体的，所述振动机构3包括振动装置，以及传动连接所述振动装置的振动端和所述线形电极1的传动连接部件。

具体的，所述传动连接部件包括固定连接所述振动装置的振动端的连接板31，所述连接板31开设有用于穿设所述线形电极1的通孔311，所述通孔311的内壁与所述线形电极1相接触。开启振动装置连接板31随振动装置振动，通过通孔311与所述线形电极1的接触使线形电极1随连接板31振动，采用带有通孔311的连接板31传动连接所述线形电极1和振动装置，可在保证振动传递的同时，避免振动机构31对线形电极1转动的影响，保证线形电极1的转动和振动同时稳定实现。

具体的，所述振动装置的振动端在竖直方向上振动，所述通孔311的内壁与所述线形电极1相贴合。采用线形电极1的静电纺丝装置的收集极一般设于线形电极1的上方，振动机构带动纤维在竖直方向上震动，有利于促进线形电极1上表面纺丝液克服表面张力形成泰勒锥，增加线形电极1上表面纤维发射位点，以提高纤维产量，提高纤维膜致密度和质量。

具体的，所述振动装置包括振动马达；所述线形电极1包括伸直的金属丝。

具体的，还包括控制所述旋转驱动机构2转速的转动控制器，以及控制所述振动机构3振动频率的振动控制器。转动控制器和振动控制器均可采用任意现有控制器转动装置控制和振动装置控制的现有控制装置或控制系统，通过转动控制器和振动控制器可实现线形电极1转速和振动频率的精确调控，从而更好的控制纤维形貌，获得更加均匀致密的微纳米纤维膜产品，提高纤维膜生产质量和生产效率。

具体的，所述的旋转振动式线形静电纺丝发射极包括多个平行设置的所述线形电极1，所述旋转驱动机构2和所述振动机构3与所述线形电极1一一对应设置。发射极包括多个线形电极1可进一步提高微纳米纤维膜生产效率，提高产量。

具体的，所述纺丝液供液系统包括用于储存纺丝液的储液池，连接所述储液池和所述供液刷头4的输液管，设于所述输液管上的供液泵，以及驱动所述供液刷头4在所述线形电极1上沿其中轴线方向做直线反复运动的往复运动驱动装置，所述供液刷头4开设有用于穿设所述线形电极1的电极孔，以及连接所述输液管的进液口，所述进液孔与所述电极孔连通。所述供液系统除可采用上述结构外，也可采用任意可实现线形电极1涂抹供液的现有静电纺丝装置供液系统结构。

实施例1

采用上述静电纺丝装置(设置两条线形电极1)在无纺布基底表面制备pvdf(聚偏氟乙烯，相对分子量100w)微纳米纤维膜，收集极设于所述线形电极1的上方，纺丝液为15wt％的pvdf溶液(溶剂为dmf),纺丝参数为：纺丝电压60kv，纺丝距离300mm，供液系统的供液刷头的刷液速度500mm/s，纺丝时间5min；纺丝过程中，旋转驱动机构2和振动机构3开启以带动线形电极1旋转振动，所述旋转驱动机构2的转动速度为800r/min，所述振动机构3的振动频率为80khz。所得微纳米纤维的的形貌结构如图4所示。

对比例

采用上述静电纺丝装置(设置两条线形电极1)在无纺布基底表面制备pvdf(聚偏氟乙烯，相对分子量100w)微纳米纤维膜，收集极设于所述线形电极1的上方，在纺丝过程中始终保持旋转驱动机构2和振动机构3处于关闭状态，使用的纺丝液和纺丝过程的纺丝参数与实施例1相同，所得微纳米纤维的的形貌结构如图5所示。

对比图4和图5，图4的微纳米纤维的纤维分布更加致密，纤维量大，纤维直径更小且分布较均匀，图5的微纳米纤维膜的纤维分布较为稀疏，纤维量较小，纤维直径较大、形貌不规则，且分布不均匀。从实施例1和对比例的实验结果对比可以看出，本实施例的静电纺丝装置，在线形电极1的基础上增加旋转驱动机构2和振动机构3，可以更好的控制生产所得的微纳米纤维膜的纤维形貌，使纤维分布更加均匀致密，提高微纳米纤维膜质量和生产效率。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。