專利名稱：一種離心式無針頭靜電紡絲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靜電紡絲技術(shù)，具體為一種離心式無針頭靜電紡絲裝置。
背景技術(shù)：
靜電紡絲技術(shù)是一種利用靜電場(chǎng)力做驅(qū)動(dòng)力對(duì)高聚物溶液或熔體進(jìn)行牽伸制備納米纖維材料的方法，主要由喂液系統(tǒng)、高壓電源、紡絲系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、傳遞系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。其工藝原理是，經(jīng)喂液系統(tǒng)喂入紡絲系統(tǒng)的噴針或噴嘴的聚合物紡絲液在高壓電場(chǎng)作用下首先形成泰勒錐，再被電場(chǎng)力牽伸成紡絲射流；由于同種電荷的相互排斥作用和紡絲射流的鞭動(dòng)不穩(wěn)定性，紡絲射流進(jìn)一步分裂成為無數(shù)小液滴；在向接收系統(tǒng)的相對(duì)極板運(yùn)動(dòng)的過程中，這些小液滴中的溶劑不斷揮發(fā)，聚合物逐漸固化，最后沉積在接收器上，形成納米纖維網(wǎng)/薄膜/非織造布材料。傳統(tǒng)靜電紡使用單針頭作為紡絲部件進(jìn)行納米纖維材料的制備，但是速度慢、產(chǎn)量低，難以滿足市場(chǎng)的需要。近幾年出現(xiàn)的多針頭和無針頭 規(guī)?；o電紡絲技術(shù)使納米纖維材料的制備技術(shù)得到了質(zhì)的飛躍，使靜電紡納米纖維材料的產(chǎn)率得到了大幅度提高。然而，多針頭式靜電紡雖然具有所得纖維細(xì)度較細(xì)、且產(chǎn)品均勻的優(yōu)點(diǎn)，但是隨著針頭數(shù)量的增加，產(chǎn)量卻并不能成比例地相應(yīng)增大到期望值，原因是多針頭之間存在強(qiáng)烈的靜電干擾、最終導(dǎo)致了 “end effect (邊界效應(yīng))”現(xiàn)象。此外，針頭式靜電紡還存在針頭易堵塞、難清理、易造成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不勻、質(zhì)量惡化等不足。無針頭式靜電紡絲裝置無需傳統(tǒng)靜電紡絲方法所需的毛細(xì)管(針頭/噴嘴)，避免了針頭易堵塞和清洗困難等缺陷，具有制造簡(jiǎn)單，操作方便，利于節(jié)能環(huán)保，實(shí)施成本較低，便于工業(yè)化推廣使用等優(yōu)點(diǎn)。有關(guān)無針頭式靜電紡絲技術(shù)的權(quán)威代表是捷克的納米蜘蛛靜電紡絲機(jī)(W02005/024101A1)，雖然該無針頭式靜電紡技術(shù)具有產(chǎn)量高、易操作的特點(diǎn)，不存在針頭堵塞問題，紡絲頭表面易清理，設(shè)備簡(jiǎn)單，但是所得纖維較粗、且細(xì)度分布不勻，而且紡絲電壓偏高，造成生產(chǎn)成本較高，不利于實(shí)際應(yīng)用。ZL200410025691. 5、ZL200610117671. I、ZL200710036447. 4、ZL200810032247. 6 和 CN101275299B 等中國(guó)專利中，采用了超聲波技術(shù)、振動(dòng)技術(shù)和氣泡技術(shù)來實(shí)現(xiàn)無針頭靜電紡，該技術(shù)所得到的納米纖維及產(chǎn)品均勻度控制較難，可加工聚合物材料受限。此外，Yarin等人(Polymer International2004, (45) :2977-2980)提出過磁流體輔助式無針頭靜電紡絲方法，但裝置復(fù)雜、兩層液體的控制困難、射流中含有磁粉等雜質(zhì)導(dǎo)致纖維直徑偏差較大，應(yīng)用受限。Dosunmu等人(Nanotechnology 2006, (17) : 1123-1127.)發(fā)明了多孔管狀無針頭靜電紡絲方法，此方法需要?dú)鈮貉b置輔助供液，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且同樣存在管孔內(nèi)容易堵塞的問題。最近，CN102061530A描述了一種離心式無針頭靜電紡絲方法，原理是利用金屬網(wǎng)制成的甩桶作為紡絲電極和紡絲頭，得到筒狀納米纖維非織造布，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所得納米纖維直徑在5nm lOOOnm，離散較大，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)極為不勻，難以滿足實(shí)際應(yīng)用要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供了一種離心式無針頭靜電紡絲裝置，該裝置可用于大規(guī)模生產(chǎn)納米纖維，并可以有效提高靜電紡絲過程的穩(wěn)定性，所得納米纖維細(xì)度、產(chǎn)品均勻度好，產(chǎn)量規(guī)?？蓾M足實(shí)際需要，且所需紡絲電壓較低，設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，不存在噴絲孔堵塞和清理問題。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，設(shè)計(jì)一種離心式無針頭靜電紡絲裝置，包括供液系統(tǒng)、紡絲系統(tǒng)、高壓靜電發(fā)生系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其特征在于所述紡絲系統(tǒng)主要由一個(gè)內(nèi)圓輥、一個(gè)外圓筒和一個(gè)中心軸組成，所述內(nèi)圓輥的外表面均布有外凸釘，且可由中心軸帶動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述外圓筒為一個(gè)靜態(tài)或固裝的薄壁空心圓筒，外圓筒的內(nèi)表面也均布有內(nèi)凸釘，外圓筒的形狀尺寸可以套裝在內(nèi)圓輥之外，兩者同軸組合配裝，且使內(nèi)圓輥的外凸釘與外圓筒的內(nèi)凸釘相互交插嵌套分布，并留有適當(dāng)間隙；同時(shí)，外圓筒的最高上表面處軸向均布開有1-3排紡絲孔。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明離心式無針頭靜電紡絲裝置是利用離心力輔助喂液和輔助靜電紡的裝置，主要用于納米纖維網(wǎng)/薄膜/非織造布材料的生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)納米纖維材料的規(guī)模化、連續(xù)化生產(chǎn)，有效減少電能損耗、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量；該靜電紡裝置采用薄壁微孔金屬滾筒作為無針頭式靜電紡絲頭和紡絲電極，避免了其它無針頭靜電紡絲方 法由于表面電荷密度較小而引起的所需電壓較高造成的能源浪費(fèi)；紡絲溶液在靜電紡絲之前得到充分剪切攪拌，實(shí)現(xiàn)了均勻混合，不會(huì)產(chǎn)生相分離，所得納米纖維均勻穩(wěn)定；紡絲頭一邊連續(xù)紡絲，一邊沿幅寬方向進(jìn)行往復(fù)橫動(dòng)，避免了其他無針頭靜電紡絲技術(shù)的產(chǎn)品不均勻現(xiàn)象；采用雙計(jì)量泵的供液方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)紡絲組件供液的微量喂入和精度控制，生產(chǎn)出只有針頭式靜電紡才能生產(chǎn)出來的較細(xì)且均勻的納米纖維；本發(fā)明靜電紡絲裝置處于封閉狀態(tài)，有效減輕了生產(chǎn)過程中環(huán)境因素對(duì)紡絲液中溶劑揮發(fā)引起紡絲液變稠的影響。


圖I為本發(fā)明離心式無針頭靜電紡絲裝置一種實(shí)施例的整體主視及剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明離心式無針頭靜電紡絲裝置一種實(shí)施例的整體側(cè)視及剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明離心式無針頭靜電紡絲裝置一種實(shí)施例的外圓筒局部俯視圖。圖4為本發(fā)明離心式無針頭靜電紡絲裝置一種實(shí)施例的納米纖維產(chǎn)品SEM圖片圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明設(shè)計(jì)的離心式無針頭靜電紡絲裝置(簡(jiǎn)稱裝置，參見圖I、2 )，主要包括供液系統(tǒng)、紡絲系統(tǒng)、高壓靜電發(fā)生系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其特征在于所述的紡絲系統(tǒng)主要由一個(gè)內(nèi)圓輥45、一個(gè)外圓筒65和一個(gè)中心軸70組成，所述內(nèi)圓輥45的外表面均布有外凸釘60,且可由中心軸70帶動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),所述外圓筒65為一個(gè)靜態(tài)或固裝的薄壁空心圓筒，夕卜圓筒65的內(nèi)表面也均布有內(nèi)凸釘50,夕卜圓筒65的形狀尺寸可以套裝在內(nèi)圓輥45之外，兩者同軸組合配裝，且使內(nèi)圓輥45的外凸釘60與外圓筒65的內(nèi)凸釘50相互交插嵌套分布,并留有適當(dāng)間隙；同時(shí)，外圓筒65的最高上表面處軸向均布開有1-3排紡絲孔90。在靜電紡絲過程中，紡絲液10位于旋轉(zhuǎn)的內(nèi)圓輥45和靜止的外圓筒65之間。當(dāng)紡絲電壓達(dá)到或超過臨界紡絲電壓時(shí)，所述的紡絲系統(tǒng)利用靜電場(chǎng)力和旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓輥45離心力的聯(lián)合作用，使紡絲液10從紡絲孔90中噴出，并對(duì)紡絲液10進(jìn)行牽伸，形成紡絲射流。本發(fā)明裝置所述外圓筒65 (也稱為紡絲頭)可由薄壁金屬材料制成，例如不銹鋼、招合金或銅等，薄壁金屬材料或外圓筒65的壁厚為O. I 5mm,較好是O. 5 3_ ;外圓筒65的外徑為150 1000mm，較好是200 500mm，上表面最高處軸向均布開有I 3排紡絲孔90，孔徑為O. I 1mm。紡絲孔90孔徑的大小取決于聚合物原料種類和產(chǎn)品規(guī)格要求紡制較細(xì)納米纖維材料或采用較低粘度的紡絲液時(shí)，可選用較小的紡絲孔徑，紡制較粗納米纖維材料或采用較高粘度的紡絲液時(shí)，可選用較大的紡絲孔徑；紡絲孔90的孔間距為
O.5 10mm，具體孔間距90的大小取決于納米纖維細(xì)度和產(chǎn)量要求。本發(fā)明裝置所述的內(nèi)圓棍45的直徑為100 800mm,較好是150 450mm,但更重 要的是內(nèi)圓輥45的直徑與外圓筒65的直徑應(yīng)當(dāng)配套設(shè)計(jì)，內(nèi)圓輥45套裝在外圓筒65之內(nèi)后，應(yīng)當(dāng)使兩者的凸(即外凸釘60和內(nèi)凸釘50)釘相互交錯(cuò)插入一定深度，并留有適當(dāng)間隙。內(nèi)圓輥45可由金屬或PTFE塑料、陶瓷等耐高溫、耐腐蝕和與有機(jī)溶劑不反應(yīng)的材料制成。所述的中心軸70由不銹鋼制成，其轉(zhuǎn)速為50 50000rev/min，較好是500 5000rev/min,根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格要求選用紡制較細(xì)納米纖維可選用較低轉(zhuǎn)速，紡制較粗納米纖維可選用較高轉(zhuǎn)速。所述的凸釘(包括外凸釘60和內(nèi)凸釘50)的高度范圍是10 100mm，較好的為20 50mm,其中，內(nèi)圓棍45上的外凸釘60高度為10 80mm,較好是20 60mm ；間距為5 50mm,較好是10 40mm ;外圓筒65上的內(nèi)凸釘50高度為I IOmm,較好是2 5_ ；間距為30 70mm，較好是40 60mm。所述凸釘?shù)目v截面形狀可以是矩形、等腰三角形、等腰梯形、圓弧形或正方形等幾何形狀。所述的內(nèi)圓輥45在中心軸70的帶動(dòng)下勻速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的離心力可將紡絲液10從外圓筒65上的紡絲孔90高速甩出，同時(shí)來自總計(jì)量泵30的供液壓力(類似于液壓泵的液壓)也可以對(duì)內(nèi)圓棍45和外圓筒65之間的紡絲液10施加壓力，使紡絲液10從外圓筒65上的紡絲孔90中泵出，這兩種驅(qū)動(dòng)力的聯(lián)合作用使紡絲液10很容易從紡絲孔90中噴射擠出，并在電場(chǎng)力的作用下形成泰勒錐，因此可有效減少電能的使用。本發(fā)明裝置的特征還在于所述的紡絲系統(tǒng)還包括有4塊隔板100，所述隔板100把外圓筒65上表面(紡絲表面68)的紡絲孔90圍擋在其之內(nèi)，并固裝在外圓筒65上表面與接收電極80的下表面之間，且隔板100的上端面與接收電極80之間留有縫隙，該縫隙允許基布95和沉積其下表面上的納米纖維順利傳輸通過。所述隔板100可有效防止外界環(huán)境對(duì)紡絲過程的干擾。所述的隔板100由介電性良好的材料制成，包括PTFE、陶瓷、玻璃和有機(jī)玻璃等，較好是玻璃和有機(jī)玻璃材料，不但不會(huì)干擾靜電紡絲，還具有透明性，有利于對(duì)靜電紡絲狀態(tài)的觀察和監(jiān)控。在隔板100上的適當(dāng)位置開有一個(gè)小孔，將高壓靜電發(fā)生器88的正極引入到外圓筒65 (紡絲頭兼紡絲電極)的紡絲表面68 (外圓筒65的金屬上表面)，其另一極與接收電極80相連接。所述的紡絲表面68由導(dǎo)電性良好的銅、鋁或不銹鋼等金屬的薄壁材料構(gòu)成，位于外圓筒65的正上部，其上面開設(shè)有I 3排微孔，即紡絲孔90。外圓筒65的其它部分由高性能的PTFE (聚四氟乙烯)構(gòu)成，以減小靜電紡絲過程中，外圓筒65材質(zhì)對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度和分布的干擾。
為了更好地向紡絲系統(tǒng)定量提供紡絲液，本發(fā)明裝置設(shè)計(jì)了雙泵供液系統(tǒng)。其主要包括內(nèi)裝紡絲液10的儲(chǔ)液槽20、總計(jì)量泵30和回流計(jì)量泵40。其中，總計(jì)量泵30的進(jìn)液管口通入儲(chǔ)液槽20的紡絲液10內(nèi)，其出液管有兩個(gè)管口，其中一個(gè)出液管口與回流計(jì)量泵40的進(jìn)液管口相連接，另一個(gè)出液管口與紡絲系統(tǒng)的進(jìn)液口 43相連接；所述的回流計(jì)量泵40的出液管口也通入儲(chǔ)液槽20的紡絲液10內(nèi)，且理想的是總計(jì)量泵30和回流計(jì)量泵40相同規(guī)格，便于調(diào)整控制。該供液系統(tǒng)的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)任何微小喂液速度和喂液量的精確供液，無需考慮現(xiàn)有市售計(jì)量泵的規(guī)格和供液速度，解決了靜電紡絲供液量小、精度要求高的難題。本發(fā)明裝置的高壓靜電發(fā)生系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)紡絲系統(tǒng)提供足夠的紡絲電壓，使得紡絲系統(tǒng)能夠正常進(jìn)行靜電紡絲。高壓靜電發(fā)生系統(tǒng)本身為現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明實(shí)施例的高壓靜電發(fā)生系統(tǒng)88由I 2臺(tái)直流高壓電源組成，如果采用I臺(tái)時(shí)，為正高壓電源；如果采用2臺(tái)時(shí)，為一正一負(fù)兩臺(tái)高壓電源；正高壓電源的電壓范圍為O IOOkV,負(fù)高壓電源的電壓范圍為O 口401^。每臺(tái)高壓電源的電流強(qiáng)度最低為2mA。需要生產(chǎn)較細(xì)纖維時(shí)，可使用正負(fù)高壓2臺(tái)電源組合。 本發(fā)明裝置的接收系統(tǒng)負(fù)責(zé)收集來自紡絲系統(tǒng)的納米纖維，采用常規(guī)公知的技術(shù)。實(shí)施例的所述的纖維接收系統(tǒng)由接收電極80、同向旋轉(zhuǎn)的4個(gè)導(dǎo)棍110、基布95、傳輸網(wǎng)簾105和負(fù)壓吸風(fēng)機(jī)120組成。所述接收電極80由常規(guī)透氣性微孔結(jié)構(gòu)或金屬網(wǎng)簾構(gòu)成，以便于采用負(fù)壓吸風(fēng)機(jī)120將所形成的納米纖維薄膜牢牢地吸附在基布95的下表面，并且使基布表面平整、不下垂。所述基布95可以是常規(guī)透氣性柔性材料，例如機(jī)織布、針織布、非織造布、塑料、紙、皮革等制品；傳輸網(wǎng)簾105為常規(guī)材料制成。本發(fā)明裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)為所述總計(jì)量泵30和回流計(jì)量泵40、中心軸70、接收基布95、傳輸網(wǎng)簾105和負(fù)壓吸風(fēng)機(jī)120等部件提供常規(guī)驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明裝置的控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)為供液系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)提供常規(guī)傳動(dòng)控制。本發(fā)明裝置的工作原理和過程是(參見附圖1、2和3):工作時(shí)，先在儲(chǔ)液槽20中裝入按要求配好的適當(dāng)濃度的聚合物溶液(紡絲液10)，鋪設(shè)好基布95，打開總計(jì)量泵30和回流計(jì)量泵40，調(diào)節(jié)兩個(gè)計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速(總計(jì)量泵30的速度略大于回流計(jì)量泵40的速度)對(duì)紡絲系統(tǒng)進(jìn)行供液，使得紡絲液10能夠經(jīng)進(jìn)液口 43流入內(nèi)圓輥45和外圓筒65之間區(qū)域；打開中心軸70的控制開關(guān)，逐漸提高其轉(zhuǎn)速至適當(dāng)速度，即能夠觀察到外圓筒65的上表面紡絲孔90有液體噴出，此時(shí)，內(nèi)圓輥45和外圓筒65的外內(nèi)凸釘60和50之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可對(duì)紡絲液10提供機(jī)械攪拌作用和切向剪切力，有利于紡絲液10的均勻混合和粘度下降，將紡絲液10順利喂入紡絲孔90 ;而薄壁微孔式的紡絲孔90結(jié)構(gòu)利于紡絲液10的順利擠出；打開高壓靜電發(fā)生器88，緩慢調(diào)整電壓旋鈕，在外圓筒65 (紡絲頭)和接收電極80之間施加靜電場(chǎng)；緩慢調(diào)節(jié)總計(jì)量泵30的轉(zhuǎn)速，當(dāng)供液速度和紡絲電壓相匹配時(shí)，可以在紡絲孔90上產(chǎn)生半圓形液滴即泰勒錐，進(jìn)一步增大電壓時(shí)，泰勒錐被牽伸成紡絲細(xì)流92，并向電勢(shì)較低的接收電極80運(yùn)動(dòng)；在此期間，由于同種電荷相互排斥以及紡絲射流的鞭動(dòng)不穩(wěn)定性(Rayleighinstability)，使得射流分裂成無數(shù)微小液滴，同時(shí)溶劑迅速揮發(fā)；到達(dá)接收電極80時(shí)，溶劑揮發(fā)殆盡，聚合物凝固成納米纖維沉積在接收基布95上，形成納米纖維材料。當(dāng)觀察到有納米纖維材料在基布95上形成時(shí)，打開基布95輸送電源開關(guān)，設(shè)定好輸送速度，開始連續(xù)穩(wěn)定地接收納米纖維材料。本發(fā)明生產(chǎn)裝置的特征是，該裝置為封閉式紡絲系統(tǒng)。由于所述的外圓筒65上表面和接收電極80之間，設(shè)有防止環(huán)境干擾的環(huán)境隔板100，只是為了基布和納米纖維薄膜的傳輸方便才在接近基布的位置留有適當(dāng)微小間隙；外圓筒65垂直上方的局部側(cè)圓柱面的薄壁上開有一定數(shù)量、均勻分布的微細(xì)紡絲孔90，且靜電紡絲過程中，所述的紡絲液10位于旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓輥45和靜止外圓筒65之間，因此整個(gè)紡絲過程是一個(gè)接近封閉式的系統(tǒng)，紡絲液和紡絲狀態(tài)鮮受環(huán)境干擾，利于穩(wěn)態(tài)靜電紡絲過程和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。本發(fā)明生產(chǎn)裝置的進(jìn)一步特征是，所述的內(nèi)圓輥45隨中心軸70進(jìn)行勻速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，還沿著其軸線方向(產(chǎn)品幅寬方向)在一定距離內(nèi)進(jìn)行勻速往復(fù)橫動(dòng)，同時(shí)與之裝配成一體的外圓筒也沿其軸線方向(產(chǎn)品幅寬方向)同步作直線勻速往復(fù)橫動(dòng)(只作直線往復(fù)橫動(dòng)，不旋轉(zhuǎn))。這種設(shè)計(jì)，可以得到質(zhì)地更均勻的納米纖維網(wǎng)。所述的勻速往復(fù)橫動(dòng)可采 用常規(guī)傳動(dòng)和控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明生產(chǎn)裝置的進(jìn)一步特征是，所述的隔板100具有高度調(diào)節(jié)功能，即隔板100的高度可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，以便調(diào)節(jié)接收距離或所述縫隙的大小。同理，紡絲系統(tǒng)的整體位置也可以做一定范圍內(nèi)的上下升降調(diào)節(jié)，以便對(duì)接收距離或所述縫隙的大小進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，適應(yīng)不同靜電紡絲工藝的要求。由于接收距離或所述縫隙的大小與隔板100的高度調(diào)節(jié)和紡絲系統(tǒng)整體位置的升降調(diào)節(jié)均相關(guān)，因此實(shí)際操作應(yīng)當(dāng)進(jìn)行兩者同步配套的高度調(diào)節(jié)，以獲取更佳紡絲效果。本發(fā)明裝置通過調(diào)整靜電紡絲工作區(qū)(即外圓筒65的紡絲表面68)的寬度或/和長(zhǎng)度以及紡絲孔的直徑、密度和排數(shù)等，可實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)率、纖維細(xì)度、形貌和均勻度的有效控制。此外，本發(fā)明裝置所述的(靜電)紡絲頭可以根據(jù)產(chǎn)品需要進(jìn)行多紡絲頭的不同排列組合，如并列(平行)配置，以提高產(chǎn)品厚度和克重；串聯(lián)配置，以提高產(chǎn)品幅寬，或者同時(shí)采用前述的兩種配置方法同時(shí)提高產(chǎn)品的厚度、克重、幅寬和總產(chǎn)量。本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。下面給出本發(fā)明的具體實(shí)施例。具體實(shí)施例僅用于進(jìn)一步說明本發(fā)明，不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明申請(qǐng)權(quán)利要求的限制。實(shí)施例I采用聚乙烯醇(PVA)的水溶液進(jìn)行靜電紡絲，PVA的聚合度為1700，醇解度為99mol%,分子量74800。紡絲溶液是通過將PVA粉末加入去離子水在80°C下溶解2小時(shí)并靜置2小時(shí)制得的。接收電極80為透氣性薄壁多孔鋁板，基布95為熔噴非織造布。靜電紡絲裝置(參見圖1、2和3)的紡絲系統(tǒng)的內(nèi)圓輥45直徑為200mm，轉(zhuǎn)速500rev/min ;外圓筒65的直徑300mm,內(nèi)圓輥45和外圓筒65沿幅寬方向的同步直線運(yùn)動(dòng)速度為25m/min。內(nèi)圓輥45和外圓筒65上的外、內(nèi)凸釘60，50為矩形截面，其高度均為40mm，其中內(nèi)圓輥45上的外凸釘60高度為40mm,間距為IOmm ;外圓筒65上的內(nèi)凸釘50高度為2mm,間距為50mm,上部薄壁厚度為2mm,沿著外圓筒65的外表面開設(shè)有3排直徑為O. 6mm、中心線間距為IOmm的紡絲孔90。
在儲(chǔ)液槽20內(nèi)放入前述的PVA水溶液，濃度為20%w/v，在紡絲頭(外圓筒65)和接收電極80之間引入35kV直流高壓，接收距離15cm。調(diào)節(jié)兩個(gè)紡絲計(jì)量泵30和40的供液速度差，對(duì)紡絲系統(tǒng)進(jìn)行供液。當(dāng)觀察到有納米纖維材料沉積在基布95表面時(shí)，設(shè)定傳輸網(wǎng)簾105及基布95的速度為10m/min。靜電紡絲后得到平均直徑為lOlnm、CV= 12%的PVA 納米纖維材料，以及過濾效率為99. 999%的納米纖維/熔噴非織造布復(fù)合材料(參見圖4)。
權(quán)利要求
1.一種離心式無針頭靜電紡絲裝置，包括供液系統(tǒng)、紡絲系統(tǒng)、高壓靜電發(fā)生系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其特征在于所述紡絲系統(tǒng)主要由一個(gè)內(nèi)圓輥、一個(gè)外圓筒和一個(gè)中心軸組成，所述內(nèi)圓輥的外表面均布有外凸釘，且可由中心軸帶動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述外圓筒為一個(gè)靜態(tài)或固裝的薄壁空心圓筒，外圓筒的內(nèi)表面也均布有內(nèi)凸釘，外圓筒的形狀尺寸可以套裝在內(nèi)圓輥之外，兩者同軸組合配裝，且使內(nèi)圓輥的外凸釘與外圓筒的內(nèi)凸釘相互交插嵌套分布，并留有適當(dāng)間隙；同時(shí)，外圓筒的最高上表面處軸向均布開有1-3排紡絲孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述離心式無針頭靜電紡絲裝置，其特征在于所述的紡絲系統(tǒng)還包括有4塊隔板，所述隔板把外圓筒上表面的紡絲孔圍擋在其之內(nèi)，并固裝在外圓筒上表面與接收電極的下表面之間，且隔板的上端面與接收電極之間留有縫隙，該縫隙允許基布和沉積其下表面上的納米纖維順利傳輸通過。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的離心式無針頭靜電紡絲裝置，其特征在于所述供液系統(tǒng)包括內(nèi)裝紡絲液的儲(chǔ)液槽、總計(jì)量泵和回流計(jì)量泵，所述總計(jì)量泵的進(jìn)液管與儲(chǔ)液槽內(nèi)的紡 絲液連通，其出液管有兩個(gè)管口，一個(gè)與回流計(jì)量泵的進(jìn)液管連通，另一個(gè)與紡絲系統(tǒng)的進(jìn)液管連通，所述回流計(jì)量泵的出液管也與儲(chǔ)液槽內(nèi)的紡絲液連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離心式無針頭靜電紡絲裝置，其特征在于所述總計(jì)量泵和回流計(jì)量泵規(guī)格相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的離心式無針頭靜電紡絲裝置，其特征在于所述的內(nèi)圓輥隨中心軸進(jìn)行勻速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，還沿著其軸線方向在一定距離內(nèi)進(jìn)行勻速往復(fù)橫動(dòng)，同時(shí)與之裝配成一體的外圓筒也沿其軸線方向同步作直線勻速往復(fù)橫動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的離心式無針頭靜電紡絲裝置，其特征在于所述隔板的高度可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；所述紡絲系統(tǒng)的整體位置也可以做一定范圍內(nèi)的上下升降調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的離心式無針頭靜電紡絲裝置，其特征在于所述外圓筒由薄壁金屬材料制成，薄壁金屬材料的壁厚為O. I 5mm ;外圓筒的外徑為150 1000mm,上表面最高處軸向均布開有I 3排紡絲孔，孔徑為O. I 1臟，紡絲孔的孔間距為O. 5 IOmm ；所述內(nèi)圓輥的直徑為100 800_，內(nèi)圓輥的直徑與外圓筒的直徑配套設(shè)計(jì)，內(nèi)圓輥套裝在外圓筒之內(nèi)后，應(yīng)當(dāng)使兩者的凸釘相互交錯(cuò)插入一定深度，并留有適當(dāng)間隙；所述的凸釘?shù)母叨确秶?0 100mm，其中，內(nèi)圓輥上的外凸釘高度為10 80mm，間距為5 50mm ;夕卜圓筒上的內(nèi)凸釘高度為I IOmm,間距為30 70_。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的離心式無針頭靜電紡絲裝置，其特征在于所述薄壁金屬材料的壁厚為O. 5 3mm,夕卜圓筒的外徑是200 500mm ;所述內(nèi)圓棍的直徑為150 450mm ；所述凸釘?shù)母叨确秶?0 50mm，其中，內(nèi)圓輥上的外凸釘高度為20 60mm，間距為是10 40_ ;外圓筒上的內(nèi)凸釘高度為2 5mm,間距為40 60_。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的離心式無針頭靜電紡絲裝置，其特征在于所述紡絲系統(tǒng)還包括有4塊隔板，所述隔板把外圓筒上表面的紡絲孔圍擋在其之內(nèi)，并固裝在外圓筒上表面與接收電極的下表面之間，且隔板的上端面與接收電極之間留有縫隙，該縫隙允許基布和沉積其下表面上的納米纖維順利傳輸通過。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的離心式無針頭靜電紡絲裝置，其特征在于所述外圓筒上的 紡絲表面由導(dǎo)電性良好的銅、鋁或不銹鋼薄壁材料構(gòu)成，且在該紡絲表面上開設(shè)有I 3排紡絲孔，外圓筒的其它部分則由高性能的聚四 氟乙烯構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開一種離心式無針頭靜電紡絲裝置，包括供液系統(tǒng)、紡絲系統(tǒng)、高壓靜電發(fā)生系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其特征在于所述的紡絲系統(tǒng)主要由一個(gè)內(nèi)圓輥、一個(gè)外圓筒和一個(gè)中心軸組成，所述內(nèi)圓輥的外表面均布有外凸釘，且可由中心軸帶動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述外圓筒為一個(gè)靜態(tài)或固裝的薄壁空心圓筒，外圓筒的內(nèi)表面均布有內(nèi)凸釘，外圓筒的形狀尺寸可以套裝在內(nèi)圓輥之外，兩者同軸組合配裝，且使內(nèi)圓輥的外凸釘與外圓筒的內(nèi)凸釘相互交插嵌入分布，并留有適當(dāng)間隙；同時(shí)，外圓筒的最高上表面處軸向均布開有1-3排紡絲孔。
文檔編號(hào)D01D1/06GK102828260SQ20121034751
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者劉延波, 張澤茹, 漆東岳, 馬營(yíng), 陳威亞 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)