一种旋转静电纺丝收集装置

1.本实用新型属于静电纺丝技术领域，特别涉及一种旋转静电纺丝收集装置。


背景技术：

2.静电纺丝(“电纺”)是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形(即“泰勒锥”)并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝，在很多领域都有应用。目前比较常见的静电纺丝收集装置主要区别在于收集方式不同：
3.滚筒收集装置可以获得具有一定程度取向的纤维；
4.圆锥绕线筒收集装置可以吸引几乎所有的初纺纳米纤维；
5.借用辅助电场的滚筒收集装置可以使沉积纤维在圆周上充分取向。
6.总之，不同的电纺收集装置可对应于不同的材料合成需求。然而当静电纺丝技术应用于制膜、喷涂或者镀膜的时候，上述几种收集装置均存在成膜不均匀的问题，且在收集的时候无法有效避免液滴飞溅。滚筒式的收集装置虽然能在一定程度上解决成膜不均匀的问题，但其对于镀膜和喷涂的条件要求较高，例如对于刚性的薄膜或块状样品进行镀膜时其是不适用的。此外，传统的静电纺丝收集装置对于成膜的厚度调控方式往往单一，只能通过控制静电纺丝的时间来控制膜的厚度，且无法达到在同一静电纺丝批次同时获得不同厚度且均匀的制膜或喷涂效果，不利于批量化工业生产。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种旋转静电纺丝收集装置，以解决上述技术问题。本实用新型一种旋转静电纺丝收集装置可以实现均匀成膜、且成膜厚度可控调节；其可在不损伤被镀膜物件的同时对刚性及非刚性物体进行均匀镀膜，并通过简单的放置半径调节达到调控膜厚度的效果，且可有效减少液滴飞溅。
8.为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：
9.一种旋转静电纺丝收集装置，包括：
10.喷丝装置，包括喷射口，用于使纺丝溶液从喷射口喷出形成射流；
11.收集装置，包括收集板和旋转驱动装置；所述旋转驱动装置用于驱动收集板旋转，所述收集板正对所述喷射口，用于收集射流形成的电纺丝；
12.高压供电装置，连接喷射口和收集板，用于提供静电纺丝电压。
13.进一步的，喷丝装置为单喷头、双喷头、多喷头或同轴喷头喷丝装置。
14.进一步的，收集板设置于喷射口正下方。
15.进一步的，收集板为圆盘。
16.进一步的，收集板为导体盘；或者，收集板中心为绝缘盘，顶部表面覆盖一层导体层。
17.进一步的，喷丝装置为单喷头喷丝装置；收集板的旋转中心与单喷头喷丝装置的
喷射口在一条直线上。
18.进一步的，高压供电装置的正极连接喷射口，负极通过导体连接体点接触收集板。
19.进一步的，飞溅的液滴集中在以收集板的旋转中心为圆心，r1为半径的圆内；收集板上设有若干静电纺丝收集片；静电纺丝收集片距离圆心的距离大于r1。
20.进一步的，距离收集板的旋转中心为r2的圆环上设有多个静电纺丝收集片，r1＜r2。
21.进一步的，若干静电纺丝收集片距离圆心的距离相同或者不同。
22.进一步的，收集板与电纺喷射口的垂直距离h为1～999cm，其形状为圆形、正方形、菱形、椭圆形、三角形或其他不规则形状，其中心到最外围的距离r
x
为0.1～999cm。
23.进一步地，针头在收集板上的投影为点o，飞溅的液滴集中在以o为圆心，r1为半径的圆内，其中r1的范围为0.1～99cm。
24.进一步地，所制薄膜或者被镀膜物件可通过放置在半径(以o点为圆心)为r2(r1<r2<r
x
)的任一点，通过控制半径大小实现电纺膜或喷/涂层厚度的控制。
25.进一步地，所述接收装置中的收集板，其材质可以是导体、绝缘体或者两者的复合材质。
26.进一步地，导体连接体包括但不限于金属棒、滚动的钢珠、金属片等，其材质为导电材料，与收集板相接触。
27.进一步地，旋转驱动装置(3)的供电方式包括但不限于直流、交流、脉冲供电等方式，转速为1～999r/min，与收集板相连接之后驱动收集板转动。
28.相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
29.1)、通过在设置可旋转的收集板，收集板正对所述喷射口，用于收集射流形成的电纺丝；成膜均匀，在同一圆周上的任一位置，所获得的膜厚度基本一致；
30.2)、膜厚度可调，可通过简单改变镀膜物件所在圆周半径r2，可以同一批次获得不同厚度的膜材料；
31.3)、飞溅的液滴集中分布在半径为r1的圆周内，增大了静电纺丝的有效利用面积。
32.本实用新型成功设计了一种旋转静电纺丝收集装置用于电纺丝的收集，该收集装置为可旋转的平面式结构，有利于解决传统静电纺丝收集系统中电纺丝厚度不均、液滴分布杂乱等问题。整个装置操作简单，运行成本低，效果良好，可重复使用，在能源、材料、环保等领域都具有很大的应用前景。
附图说明
33.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
34.图1为本实用新型一种旋转静电纺丝收集装置的结构示意图；
35.图2为一实施例中圆形转盘的俯视示意图。
具体实施方式
36.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突
的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
37.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本实用新型提供进一步的详细说明。除非另有指明，本实用新型所采用的所有技术术语与本技术所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本实用新型所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。
38.实施例1：
39.请参阅图1所示，本实施例提供一种旋转静电纺丝收集装置，包括喷丝装置1、设置在所述喷丝装置一侧的收集装置、与收集装置及喷丝装置连接的高压供电装置2。
40.喷丝装置1包括喷射口(喷射口朝向所述收集装置)；实施例1中喷丝装置1为注射器。
41.收集装置包括收集板3和收集板3底部的旋转驱动装置4；旋转驱动装置4用于驱动收集板3旋转；旋转中心与喷射口在一条直线上。高压供电装置2的正极连接喷射口，负极通过导体连接体5接触收集板3上的导体层。
42.向所述注射器内加入纺丝溶液，利用重力作用下使溶液向下流动形成射流。收集板3为圆形转盘，转盘的半径r
x
为10cm，运行电压为交流电220v，转盘的材质为塑料，表面铺上一层锡箔纸作为导体层，导体连接体为铁棒，铁棒用架子固定，与锡箔纸点接触，喷射口与收集板3的垂直距离h为20cm。将电池中的正极材料(正极圆片10)放到收集板3上，所有正极圆片10的圆心均处在离o点的距离r2为5cm的圆弧上，且正极材料所有部分都处在以o点为圆心，半径为r1的圆圈之外。
43.启动收集装置，如图1所示，当装置运行时，液滴会集中在r1圆内，而正极材料所放置的位置几乎没有纺丝溶液的液滴。当收集结束后，将所有正极圆片10烘干，利用重量法对圆片上所负载的电纺丝质量进行测定，发现所有正极圆片10上负载的电纺丝质量基本相同(质量差在0.005mg之内)，侧面说明在r2圆弧上收集的电纺丝厚度是均匀的。
44.实施例2：
45.本实用新型应用在能源电池领域，用于制备电池中特殊材料隔膜。本实施例中的旋转静电纺丝收集装置包括喷丝装置1、设置在所述喷丝装置一侧的收集装置、与收集装置及喷丝装置连接的高压供电装置2。喷丝装置1包括喷射口(喷射口朝向所述收集装置)；喷丝装置为注射器。
46.收集板3为圆形转盘，半径r
x
为15cm，运行电压为交流电220v，转盘的材质为铝制，导体连接体5为钢球滚珠，钢球滚珠与收集板3表面点接触，喷射口与收集板3的垂直距离h为25cm。将前驱液倒入注射器，利用液体的重力作用下使其在喷射口形成射流。
47.启动装置，液滴通过高压电场形成纳米纤维沉积在转盘表面，得到纤维膜。纺丝结束后，飞溅的液滴集中在r1圆内，r1为4cm，r1以外的部分几乎没有液滴，所得到的纤维均匀平整，分别在半径为r2为6cm和半径r
x
为10cm的圆弧上取数片面积相同的圆片，经称量发现上r2圆片的质量基本相同(质量差在0.01mg之内)，r
x
圆片也是如此，且r2圆片的质量大于r
x
圆片。
48.实施例3：
49.将该装置应用在环保领域，用于探究水处理过程中滤膜的厚度对过滤效果的影响。本实施例中的一种旋转静电纺丝收集装置包括喷丝装置1、设置在所述喷丝装置一侧的
收集装置、与收集装置及喷丝装置连接的高压供电装置2。喷丝装置包括喷射口(喷射口朝向所述收集装置)；喷丝装置为注射器。
50.收集板3为圆形转盘，半径r
x
为20cm，运行电压为直流电6v，转盘材质为铁质，导体连接体4为铁锥棒，与收集板3点接触，喷射口与收集板3的垂直距离h为30cm，将溶液倒入注射器，利用电动助推器使电纺前驱体溶液喷射而出形成射流。
51.启动装置，滤膜液通过喷丝装置和高压电场形成纤维滤膜沉积在收集板上。纺丝结束后，飞溅的液滴集中在r1圆内，r1为3cm，r1以外的部分几乎没有液滴，所得到的纤维均匀平整，分别在半径为r2为10cm和半径r
x
为16cm的圆弧上取数片面积相同的圆片，经称量发现上r2圆片的质量基本相同(质量差在0.008mg之内)，r
x
圆片也是如此，且r2圆片的质量大于r
x
圆片。
52.由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。