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CN110004503A - 一种瀑布状静电纺丝装置 - Google Patents

一种瀑布状静电纺丝装置 Download PDF

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CN110004503A
CN110004503A CN201910440686.9A CN201910440686A CN110004503A CN 110004503 A CN110004503 A CN 110004503A CN 201910440686 A CN201910440686 A CN 201910440686A CN 110004503 A CN110004503 A CN 110004503A
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张有忱
陈晓青
李好义
陈琪琪
李相男
戴雄飞
丁玉梅
杨卫民
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Beijing University of Chemical Technology
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Beijing University of Chemical Technology
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Abstract

本发明公开一种瀑布状静电纺丝装置，主要包括储液槽、纺丝弦线、高压静电发生器、曲面引流板、曲线弯管、曲面电极板、接地线、回收液槽、回收蠕动泵、恒温水浴箱、温度调节仪、供液罐、供液蠕动泵及引流凸起，储液槽下方设有恒温水浴箱，右侧连接曲面引流板，左侧与供液罐连接；曲面引流板上安装有平行纺丝弦线，弦线上有均匀分布的引流凸起。曲面引流板右侧固定一块曲面电极板，底端设置一个回收液槽，溶液通过回收蠕动泵回收流入供液罐。通过曲面引流板和引流凸起引流并均匀分布供给每一根纺丝弦线，可提高纺丝效率和纺丝质量，本发明一种瀑布状静电纺丝装置操作方便，容易清洗，可回收纺丝溶液，适用于批量化和高质量生产纳米纤维。

Description

一种瀑布状静电纺丝装置
技术领域：
本发明涉及一种瀑布状静电纺丝装置，属于静电纺丝和纺织技术领域。
背景技术：
静电纺丝技术是一种能够直接、连续制备纳米纤维的方法，被行业公认为是宏量制备纳米纤维的重要途经之一。静电纺丝技术制备的纳米纤维具有纤维直径小，孔隙率高，比表面积大等优良特性，在电子、信息、生物、医药、环境、能源等领域具有广阔的应用前景。
传统的静电纺丝装置一般是产量只有0.1～1g/h的单射流纺丝，效率非常低，难以适应静电纺丝技术产业化的需要。因此，改变纺丝喷射结构实现多射流喷射是目前静电纺丝技术批量生产研究的重点。无针静电纺丝以效率高成为静电纺丝装置研究的一个热点，中国专利CN104963007A公布了一种无针式生产纳米纤维纺丝装置，操作较简便，但易导致纳米纤维直径均匀性较差，纺丝溶液回收困难。专利CN103668487A利用微孔喷嘴阵列的方式，避免多喷头之间的电场干扰，可批量生产纳米纤维，但装置较庞大，结构复杂，微孔易堵塞且清洗困难。
因此，设计一种易于清洗，形成可控均匀的射流，结构简便的装置，并能实现纺丝溶液的回收和高效批量的生产纳米纤维尤为重要。
发明内容
本发明提出一种瀑布状静电纺丝装置，目的是通过曲面引流板使溶液呈瀑布状均匀分布在曲面上，流经纺丝弦线上时形成均匀可控的射流。目的在于提供一种可批量化生产纳米纤维的静电纺丝装置，拟在解决目前无针式静电纺丝喷头装置复杂，生产过程不稳定，溶液回收困难，纳米纤维直径均匀性差等问题。
本发明采用的技术方案是：本发明一种瀑布状静电纺丝装置，主要包括储液槽、纺丝弦线、高压静电发生器、曲面引流板、曲线弯管、曲面电极板、接地线、回收液槽、回收蠕动泵、恒温水浴箱、温度调节仪、供液罐、供液蠕动泵和引流凸起，储液槽下方设有恒温水浴箱，恒温水浴箱下方连接温度调节仪，储液槽右侧连接曲面引流板，左侧通过一个供液蠕动泵与供液罐连接；曲面引流板上均匀安装若干根平行纺丝弦线，弦线上有均匀分布的凸起，弦线通过两根曲线弯管连接并固定在两端。曲面引流板右侧固定一块接收纳米纤维的曲面电极板，底端设置一个回收液槽，回收液槽中的溶液通过回收蠕动泵回收流入供液罐；供液罐左侧通过供液蠕动泵与储液槽连接，高压静电发生器正极连接曲线弯管，负极接地，曲面电极板的负极接地。
本发明一种瀑布状静电纺丝装置，储液槽右侧壁面比左侧壁低5-15mm，槽深度5-10mm，形状为半圆柱体，也可为长方体或椭圆柱体，材质为不导电高分子聚合物材料。
本发明一种瀑布状静电纺丝装置，纺丝弦线互相平行，每根弦线直径相同，直径范围在2-8mm之间，弦线距离1-5cm，弦线上有均匀分布的引流凸起，引流凸起高度大小是纺丝弦线直径的1-3倍，形状为针尖状，也可为柱状或球状，凸起之间均匀间隔2-5cm，可以焊接在纺丝弦线上，也可以粘在纺丝弦线上。纺丝弦线具有一定的弹性，材质为导电的铜、铝、钢丝等金属材料。
本发明一种瀑布状静电纺丝装置，曲线弯管固定在曲面引流板两端，具有一定的弹性，弯曲曲度与曲面引流版相同，选用导电的金属材质。
本发明一种瀑布状静电纺丝装置，曲面引流板左侧面距离储液槽右侧水平衔接，具有较好的弹性和张力，曲度可调范围90-180°，材质选用不导电的高分子材料膜或胶体。
本发明一种瀑布状静电纺丝装置，温度调节仪外壳为不导电材质，可调温度范围0-90℃。
本发明一种瀑布状静电纺丝装置，曲面电极板的弹性较好，厚度2-5mm，弧度与曲面引流板相同，距离曲面引流板5-30cm，材质为导电的铁、铝、铜等金属材料。
本发明一种瀑布状静电纺丝装置，回收液槽深度2-8mm，容纳液体的体积为储液槽的三分之一，形状为半圆柱体，材质为不导电的高分子聚合物材料。
本发明一种瀑布状静电纺丝装置，供液罐形状不限定，体积是储液槽的2-5倍，材质为不导电高聚物材料。
本发明一种瀑布状静电纺丝装置，蠕动泵流量可调范围0.5-5L/h。也可选用微型液体泵或转子泵等。泵的内壁涂一层耐腐蚀的材料涂层。
本发明与现有的技术相比具有如下优点：
(1)通过曲面引流板和引流凸起引流并均匀分布供给每一根纺丝弦线，提高了纺丝效率和纺丝质量。该装置可用于批量化生产纳米纤维。
(2)该装置结构简单，操作方便，容易清洗，可适用于大部分的聚合物溶液静电纺丝，且溶液可回收利用，避免了原料的浪费。
附图说明
图1是本发明一种瀑布状静电纺丝装置的示意图。
图2是图1所示的纺丝弦线的俯视示意图。a为针尖状引流凸起，b为柱状引流凸起，c为球状引流凸起。
图中：1-储液槽，2-纺丝弦线，3-高压静电发生器，4-曲面引流板，5-曲线弯管，6-曲面电极板，7-接地线，8-回收液槽，9-回收蠕动泵，10-恒温水浴箱，11-温度调节仪，12-供液罐，13-供液蠕动泵，14-引流凸起。
具体实施方式
本发明一种瀑布状静电纺丝装置，装置示意图如图1所示，主要包括储液槽1、纺丝弦线2、高压静电发生器3、曲面引流板4、曲线弯管5、曲面电极板6、接地线7、回收液槽8、回收蠕动泵9、恒温水浴箱10、温度调节仪11、供液罐12、供液蠕动泵13和引流凸起14。储液槽1下方设有恒温水浴箱10，恒温水浴箱10下方连接温度调节仪11，储液槽1右侧连接曲面引流板4，左侧通过一个供液蠕动泵13与供液罐12连接；曲面引流板4上均匀安装若干根平行纺丝弦线2，纺丝弦线2上有均匀分布的引流凸起14，纺丝弦线2通过两根曲线弯管5连接并固定在两端。曲面引流板4右侧固定一块接收纳米纤维的曲面电极板6，底端设置一个回收液槽8，回收液槽8中的溶液通过回收蠕动泵9回收流入供液罐12。供液罐12左侧通过供液蠕动泵14与储液槽1连接。高压静电发生器3正极连接曲线弯管5，负极接地，曲面电极板6的负极接地。
本发明一种瀑布状静电纺丝装置，其具体操作步骤为：
配置聚合物纺丝溶液放置于供液罐12内作为纺丝溶液。开启供液蠕动泵13和温度调节仪11，调节恒温水浴箱10至一个恒定温度，待储液槽1内液面没过右侧壁顶部从曲面引流板4流下时，开启高压静电发生器3，调节供液蠕动泵13流量在一个恒定值，此时没过储液槽1右侧壁的溶液将流经每一根纺丝弦线2。然后，见图2所示的引流凸起14，形状可为针尖状、柱状或球状。纺丝溶液均匀分布在引流凸起14上，形成一层薄层液珠，在高压静电场的作用下，每一个引流凸起14的纺丝溶液形成泰勒锥进而被拉伸成多个射流，射流沿着电场线的方向运动，最后沉积固化在曲面电极板6上。当回收液槽8内累积一定量的溶液后，开启回收蠕动泵9，将溶液回收入供液罐12内。
本发明的一个具体实施例，如图1所示，配置10％的聚乙烯醇(PVA)溶液作为纺丝原料放入供液罐内，温度调节仪控制恒温水浴箱恒定在40℃，调节供液蠕动泵流量为50mL/h，设置曲面电极板到曲面引流板的距离为10cm，当溶液均匀流经曲面引流板上的每一根弦线时，打开高压静电发生器，施加20Kv的电压，分布在每一个引流凸起上的聚合物纺丝溶液在高压静电场的作用下被激发形成连续射流，射流经过摆动、蒸发、细发过程，最后在曲面电极板上收集到纳米纤维。该装置纳米纤维的预计产量为50-200g/h，可用于高效批量化制备纳米纤维。

Claims (10)

1.一种瀑布状静电纺丝装置，其特征在于：主要包括储液槽、纺丝弦线、高压静电发生器、曲面引流板、曲线弯管、曲面电极板、接地线、回收液槽、回收蠕动泵、恒温水浴箱、温度调节仪、供液罐、供液蠕动泵和引流凸起，储液槽下方设有恒温水浴箱，恒温水浴箱下方连接温度调节仪，储液槽右侧连接曲面引流板，左侧通过一个供液蠕动泵与供液罐连接；曲面引流板上均匀安装若干根平行纺丝弦线，弦线上有均匀分布的凸起，弦线通过两根曲线弯管连接并固定在两端；曲面引流板右侧固定一块接收纳米纤维的曲面电极板，底端设置一个回收液槽，回收液槽中的溶液通过回收蠕动泵回收流入供液罐；供液罐左侧通过供液蠕动泵与储液槽连接，高压静电发生器正极连接曲线弯管，负极接地，曲面电极板的负极接地。
2.根据权利要求1所述的一种瀑布状静电纺丝装置，其特征在于：储液槽右侧壁面比左侧壁低5-15mm，槽深度5-10mm，形状为半圆柱体，也可为长方体或椭圆柱体，材质为不导电高分子聚合物材料。
3.根据权利要求1所述的一种瀑布状静电纺丝装置，其特征在于：纺丝弦线互相平行，每根弦线直径相同，直径范围在2-8mm之间，弦线距离1-5cm，弦线上有均匀分布的引流凸起，引流凸起高度大小是纺丝弦线直径的1-3倍，形状为针尖状，也可为柱状或球状，凸起之间均匀间隔2-5cm，凸起焊接在纺丝弦线上或粘在纺丝弦线上。
4.根据权利要求1所述的一种瀑布状静电纺丝装置，其特征在于：纺丝弦线具有一定的弹性，材质为导电的铜、铝、钢丝等金属材料。
5.根据权利要求1所述的一种瀑布状静电纺丝装置，其特征在于：曲线弯管固定在曲面引流板两端，具有一定的弹性，弯曲曲度与曲面引流版相同，选用导电的金属材质。
6.根据权利要求1所述的一种瀑布状静电纺丝装置，其特征在于：曲面引流板左侧面距离储液槽右侧水平衔接，具有较好的弹性和张力，曲度可调范围90-180°，材质选用不导电的高分子材料膜或胶体。
7.根据权利要求1所述的一种瀑布状静电纺丝装置，其特征在于：曲面电极板的弹性较好，厚度2-5mm，弧度与曲面引流板相同，距离曲面引流板5-30cm，材质为导电的铁、铝、铜等金属材料。
8.根据权利要求1所述的一种瀑布状静电纺丝装置，其特征在于：回收液槽深度2-8mm，容纳液体的体积为储液槽的三分之一，形状为半圆柱体，材质为不导电的高分子聚合物材料。
9.根据权利要求1所述的一种瀑布状静电纺丝装置，其特征在于：供液罐形状不限定，体积是储液槽的2-5倍，材质为不导电高聚物材料。
10.根据权利要求1所述的一种瀑布状静电纺丝装置，其特征在于：蠕动泵流量可调范围0.5-5L/h，也可选用微型液体泵或转子泵等，泵的内壁涂一层耐腐蚀的材料涂层。
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