一种用于制备微纳米纤维的纺丝装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及微纳米纤维材料的制备装置，具体是利用离心力纺丝方法制备微纳米纤维，并结合静电力对微纳米纤维进行收集的技术。
【背景技术】
[0002]目前，制备微纳米纤维的主要技术包括自组装法、模板合成法、相分离法、熔喷法、静电纺丝法以及离心力纺丝法。其中，静电纺丝以其装置简单、可纺原料范围广、纤维性能优异等特性受到研究人员的广泛关注。但随着研究的深入，对纺丝液极性的要求以及极低的产量逐渐成为制约静电纺丝大规模应用的主要屏障。而从目前的研究现状来看，静电纺丝技术在这两方面很难取得突破性的进展。
[0003]离心力纺丝方法是继静电纺丝之后发展起来的又一种微纳米纤维制备技术，该法被应用到纳米科技领域的时间虽然很短，但其产量高、原料选择不受极性影响、安全(无需高压静电)、纤维性能可与静电纺丝所得纤维相媲美的特性使得离心力纺丝方法在微纳米纤维制备方面发展迅速。然而，离心力纺丝法由于纺丝原理的特性，使得纤维的有效收集变得较为困难。在绝大多数离心力纺丝的研究中，纤维的收集主要采用环形收集方式。这种收集方式主要是结合了离心力纺丝过程中纤维的运动轨迹来设计的一种收集方式，在不考虑连续纺丝的条件下，该方法不失为一种有效的收集方式。但在工业生产中，连续纺丝是必然，如若选择该方式收集纤维，从收集器上移取纤维的过程会影响到连续生产。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于制备微纳米纤维的纺丝装置。该装置能够稳定、连续、大量地制备微纳米纤维。
[0005]为解决技术问题，本发明的解决方案是:
[0006]提供一种用于制备微纳米纤维的纺丝装置，包括收集系统、纺丝系统和连续供料系统；
[0007]纺丝系统包括电机、绝缘联轴器和喷丝器，电机和喷丝器的转轴均为竖向安装，且通过绝缘联轴器联接；喷丝器的主体内部为中空，其上部设有纺丝液入口 ；喷丝器的主体外部包围设置多个点胶针头，各点胶针头分别通过连接件与喷丝器内部连通；
[0008]连续供料系统包括蠕动栗，其出入口分别接有供料管；其中，入口端的供料管接至储料箱，出口端的供料管与喷丝器的纺丝液入口相连；
[0009]收集系统包括升降台、步进电机、同步轮和传送带，升降台位于喷丝器的正下方；传送带铺设于升降台的表面，并由步进电机和同步轮带动实现循环运作；还有一个电源，其一端接于喷丝器，另一端接于收集板，收集板安装于传送带下方的升降台表面；
[0010]所述电机、蠕动栗、步进电机和电源均通过电缆接至控制系统。
[0011]作为一种改进，喷丝器的主体为水平设置，各点胶针头均位于同一旋转平面上，喷丝器的转轴垂直于该旋转平面。
[0012]作为一种改进，还有一个水平的安装支架，所述电机固定于安装支架上；有一个固定托盘固定于安装支架下方，所述喷丝器的转轴穿过固定托盘；固定托盘中设有与喷丝器转轴相配套的轴承，以及与供料管相连的通道。
[0013]作为一种改进，所述喷丝器的两侧分别设有竖向安装的挡板。
[0014]作为一种改进，所述纺丝装置的各部件均装设于一个封闭的柜体中；柜体上设有观察窗口、显示屏和手动控制面板。
[0015]作为一种改进，所述柜体内设有除湿系统，除湿系统通过电缆接至所述控制系统。
[0016]作为一种改进，所述柜体内设有温度传感器和/或湿度传感器，并通过电缆接至所述控制系统。
[0017]作为一种改进，所述电机的转速可调范围在O?20000rpm之间。
[0018]作为一种改进，所述升降台的行程为140mm，能调节喷丝器和收集板之间的距离在60?200mm范围内。
[0019]作为一种改进，所述电源的电压可调范围在O?20kV之间。
[0020]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0021]1、本发明所述纺丝装置以离心力为主作用力，对聚合物溶液或熔体进行拉伸成纤；以静电力为辅助作用力，改变射流的运动轨迹，使纤维能够有效地收集。因此，是能进行连续纺丝和收集的、面向产业化的微纳米纤维制备装置。
[0022]2、本发明通过模块化的设计思路分别设计了连续供料系统、纺丝系统、收集系统、除湿系统以及控制系统，再将各个系统合理地装配起来设于柜体中成为集成化的装置。这样可以在有限的场地中布置更多设备，提高生产效率。
[0023]3、作为直接沉积纤维的传送带，在步进电机和同步轮的作用下可进行正转和反转，能够有效地调整纤维膜的厚度均匀度。
[0024]4、本发明的装置可生产多种微纳米纤维，平均直径可达到500nm左右。而对于煅烧过的ITO纤维来说更是能达到200nm的细度。通过调节转速和电压，本发明的装置可实现对微纳米纤维排列取向的控制。同传统的环形间断收集相比较，本发明装置所得微纳米纤维网串珠含量大大减少，且可以实现连续化生产。同时，静电的作用有助于纤维力学性能的提尚。
【附图说明】
[0025]图1发明装置的正面视图。
[0026]图2发明装置的连续供料系统。
[0027]图3发明装置的纺丝系统。
[0028]图4发明装置的收集和除湿系统。
[0029]图5为本发明所述装置生产的纤维的SEM图。
[0030]附图标记:
[0031]固定螺钉1、面板2、显示屏3 ;侧门储料仓把手4、铰链5、喷丝器6、挡板7、正门把手8、观察窗口 9、铰链10、升降台11、手动控制面板12 ;供料管21、蠕动栗22、储料箱23 ;电机31、转轴32、绝缘联轴器33、点胶针头34、连接件35、固定托盘36、转轴37、点胶针头及连接件39、电源51、收集板52、传送带54、步进电机55、同步轮56、拉手58、铝合金支撑架57、除湿系统59。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明作进一步详细的描述:
[0033]一、装置结构说明:
[0034]用于制备微纳米纤维的纺丝装置，包括收集系统、纺丝系统、连续供料系统、除湿系统、控制系统。
[0035]纺丝系统包括电机31、绝缘联轴器33和喷丝器6，电机31的转轴32、和喷丝器6的转轴37均为竖向安装，且通过绝缘联轴器33实现联接；喷丝器6的主体内部为中空，其上部设有纺丝液入口 ；喷丝器6的主体外部包围设置多个点胶针头34，各点胶针头34分别通过连接件35与喷丝器6的内部实现连通；喷丝器6的主体为水平设置，各点胶针头34均位于同一旋转平面上，喷丝器6的转轴37垂直于该旋转平面。有一个水平的安装支架，电机31固定于安装支架上，其转速可调范围在O?20000rpm之间。安装支架下方设有一个固定托盘36，喷丝器6的转轴37穿过该固定托盘36。喷丝器6的两侧分别设有竖向安装的挡板。
[0036]连续供料系统包括蠕动栗22，其出入口分别接有供料管21 ;其中，入口端的供料管21接至储料箱23，出口端的供料管21与喷丝器6的纺丝液入口相连，纺丝液在蠕动栗22的作用下通过供料管21输送到喷丝器中。供料速率(亦即蠕动栗22的转速)可根据喷嘴直径、转速及溶液浓度等实时调节。
[0037]收集系统包括升降台11、步进电机55、同步轮56和传送带54，升降台11位于喷丝器6的正下方，其升降行程为140mm