一種納米纖維制備裝置制造方法
【專利摘要】一種納米纖維制備裝置，涉及靜電紡絲。設有紡絲轉盤、紡絲轉盤驅動系統(tǒng)、供液系統(tǒng)、噴絲口、誘導針、誘導轉盤、誘導轉盤驅動系統(tǒng)、收集裝置和高壓電源。利用轉盤的離心力對噴絲口供液，同時采用誘導針對噴絲口的紡絲溶液進行誘導，激發(fā)紡絲溶液產生穩(wěn)定的射流，既能改進離心式批量化靜電紡絲過程中出現的供液不穩(wěn)定現象，又可避免針頭式批量化靜電紡絲技術中噴頭容易堵塞、射流不穩(wěn)定、紡絲效率較低的弊端。通過改變紡絲轉盤的直徑、材料、內部結構以及誘導針的直徑、材料控制纖維的形貌和產量。通過控制紡絲轉盤的轉速、誘導轉盤的轉速、紡絲間距、電場強度、噴絲口直徑等常規(guī)電紡工藝參數，提高靜電紡絲的效率和纖維質量，有利于批量化生產。
【專利說明】一種納米纖維制備裝置
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及靜電紡絲，尤其是涉及一種納米纖維制備裝置。
【背景技術】
[0002]靜電紡絲技術是一種制備納米纖維常用的技術，其工藝原理是，置于高壓靜電場中的聚合物液滴會形成泰勒錐，當電場力足夠大，液滴可克服表面張力從泰勒錐錐尖噴射并形成射流，射流在靜電場力、粘滯阻力、表面張力等作用下不斷細化，最終落在收集裝置上形成無紡布形式的納米纖維。靜電紡絲技術以其設備簡單、操作容易等優(yōu)良特性成為當前納米纖維制造研究的熱點。
[0003]很多學者對批量化式靜電紡絲技術進行了研究，如中國專利CN 103114347 A，能否實現靜電紡絲批量化已成為靜電紡絲技術發(fā)展的重要影響因素之一。
[0004]針頭式靜電紡絲裝置，使用高濃度的紡絲溶液時，針頭容易堵塞，紡絲過程也難以保持穩(wěn)定的泰勒錐，所以紡絲效率不高，無法滿足靜電紡絲技術工業(yè)化的要求。此外，針頭式靜電紡絲裝置在靜電紡絲過程中針頭容易堵塞，造成射流不連續(xù)、穩(wěn)定，也會嚴重影響紡絲過程。
[0005]離心式靜電紡絲裝置相對于針頭式靜電紡絲技術而言，雖然噴絲頭不會發(fā)生堵塞、紡絲效率高，但是其供液不穩(wěn)定，無法均勻地制備納米纖維。

【發(fā)明內容】

[0006]本實用新型的目的是提供能連續(xù)、穩(wěn)定制備納米纖維，解決無噴頭批量化靜電紡絲裝置出現的射流難形成、噴絲頭易堵塞等問題的一種納米纖維制備裝置。
[0007]本實用新型設有紡絲轉盤、紡絲轉盤驅動系統(tǒng)、供液系統(tǒng)、噴絲口、誘導針、誘導轉盤、誘導轉盤驅動系統(tǒng)、收集裝置和高壓電源；
[0008]所述紡絲轉盤由紡絲轉盤驅動系統(tǒng)驅動，可繞軸線自轉，紡絲轉盤的圓周外側面均勻單排分布個噴絲口 ；所述紡絲轉盤驅動系統(tǒng)安裝于紡絲轉盤上方，所述紡絲轉盤驅動系統(tǒng)由上驅動電機、上聯(lián)軸器和上轉動軸組成，上驅動電機與控制電路電連接，通過設定控制電路可以控制上驅動電機的輸出轉速，進而控制紡絲轉盤自轉速度；設置在紡絲轉盤上方的供液系統(tǒng)對紡絲轉盤提供紡絲溶液，所述供液系統(tǒng)由儲液箱、供液管和計量泵組成，所述儲液箱與計量泵的進口連接，計量泵的出口與供液管連通，供液管出口安裝在紡絲轉盤的正上方，通過計量泵對紡絲轉盤供料；在誘導轉盤上設有至少2根誘導針，誘導轉盤由誘導轉盤驅動系統(tǒng)驅動；所述誘導轉盤驅動系統(tǒng)安裝于誘導轉盤下方，所述誘導轉盤驅動系統(tǒng)由下驅動電機、下聯(lián)軸器、下轉動軸組成，下驅動電機與控制電路電連接，通過設定控制電路可以控制下驅動電機的輸出轉速，從而控制誘導轉盤自轉速度；紡絲轉盤和誘導轉盤繞同一軸線旋轉，誘導針緊貼紡絲轉盤的外圓周面并沿圓周周期性地運動，不斷對噴絲口的紡絲溶液實行誘導動作；收集裝置與噴絲口相對，用于收集納米纖維，可以調節(jié)與噴絲口的相對距離，以改變紡絲間距；收集裝置與高壓電源輸出端電連接。[0009]所述誘導針可設有6根，6根誘導針均勻沿圓周分布在誘導轉盤上。
[0010]所述收集裝置可采用纖維收集網。
[0011]所述紡絲轉盤由紡絲轉盤驅動系統(tǒng)驅動，可以平穩(wěn)地繞軸線自轉，紡絲轉盤的圓周外側面均勻地分布復數個噴絲口 ；設置在紡絲轉盤上方的供液系統(tǒng)能夠定量、連續(xù)地對紡絲轉盤提供紡絲溶液；復數根誘導針均勻地沿圓周分布在誘導轉盤上，誘導轉盤由誘導轉盤驅動系統(tǒng)驅動，從而能夠平穩(wěn)地繞誘導轉盤的軸線自轉；紡絲轉盤和誘導轉盤繞同一軸線旋轉，誘導針緊貼紡絲轉盤的外圓周面并沿圓周周期性地運動，不斷對噴絲口的紡絲溶液實行誘導動作；收集裝置與噴絲孔相對；紡絲溶液接地，收集裝置與高壓電源輸出端連接，或者收集裝置接地，紡絲溶液與高壓電源輸出端連接。
[0012]所述紡絲轉盤,最好由耐腐蝕和與有機溶劑不反應的導電材料制成，其圓周外側面設有復數個噴絲口。本實用新型可以設有一個紡絲轉盤，也可以為多個紡絲轉盤上下方向層狀分布。本實用新型不限制噴絲口的個數以及排列方式。
[0013]所述誘導針由導電性較好的材料制成，其直徑范圍以能誘發(fā)噴絲口產生紡絲射流為準，最好為0.1?3mm。誘導針和紡絲轉盤各自旋轉時，兩者最好緊貼。
[0014]所述紡絲轉盤驅動系統(tǒng)、誘導轉盤驅動系統(tǒng)，其轉速可調，轉速范圍最好為30?300rpm。紡絲轉盤和誘導盤的轉動方向可以相同，但最好相反。
[0015]所述收集裝置用于收集形成的納米纖維，是指靜電紡絲【技術領域】中的各種收集裝置。收集裝置有間距調節(jié)組件，可以調節(jié)與噴絲口的相對距離，以改變紡絲間距。
[0016]所述高壓電源其工作范圍最好> 0V，< IOOkV0高壓電源可輸出高壓直流電壓、或是高壓交流電壓。通過設定高壓電源的電壓值，使紡絲溶液和收集裝置之間產生強電場。產生電場有兩種連接方式:第一種，高壓電源輸出端與收集裝置連接，紡絲溶液接地；第二種，高壓電源輸出端與紡絲溶液連接，收集裝置接地。
[0017]紡絲溶液通過供液系統(tǒng)向紡絲轉盤輸送，在紡絲轉盤離心力的作用下向噴絲口移動，最后在誘導針和高壓電場的作用下，形成穩(wěn)定的射流并沉積在收集裝置上。
[0018]本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0019]本實用新型利用轉盤的離心力對噴絲口供液，同時采用誘導針對噴絲口的紡絲溶液進行誘導，激發(fā)紡絲溶液產生穩(wěn)定的射流，既能改進離心式批量化靜電紡絲過程中出現的供液不穩(wěn)定的現象，又可以避免針頭式批量化靜電紡絲技術中噴頭容易堵塞、射流不穩(wěn)定、紡絲效率較低的弊端。通過改變紡絲轉盤的直徑、材料、內部結構以及誘導針的直徑、材料來控制纖維的形貌和產量。同時通過控制紡絲轉盤的轉速、誘導轉盤的轉速、紡絲間距、電場強度、噴絲口直徑等常規(guī)電紡工藝參數，進一步提高靜電紡絲的效率和纖維質量，有利于實現納米纖維的批量化生產。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型實施例的結構示意圖。
[0021]圖中，各標記為:1、下驅動電機；2、下聯(lián)軸器；3、下轉動軸；4、誘導針；5、計量泵；
6、供液管；7、儲液箱；8、上驅動電機；9、上聯(lián)軸器；10、上轉動軸；11、高壓電源；12、紡絲轉盤；13、噴絲口 ；14、誘導轉盤；15、纖維收集網?！揪唧w實施方式】
[0022]下面結合具體實施例，進一步闡述本實用新型。
[0023]本實用新型實施例設有紡絲轉盤12、紡絲轉盤驅動系統(tǒng)、供液系統(tǒng)、噴絲口 13、誘導針4、誘導轉盤14、誘導轉盤驅動系統(tǒng)、纖維收集網15和高壓電源11 ；
[0024]紡絲轉盤12由紡絲轉盤驅動系統(tǒng)驅動，可以平穩(wěn)地繞軸線自轉，紡絲轉盤12的圓周外側面均勻地分布單排、16個噴絲口 13 ;所述紡絲轉盤驅動系統(tǒng)安裝于紡絲轉盤12上方，由上驅動電機8、上聯(lián)軸器9、上轉動軸10組成，上驅動電機8與控制電路相連，通過設定控制電路可以控制上驅動電機8的輸出轉速，進而控制紡絲轉盤12自轉的速度；設置在紡絲轉盤12上方的供液系統(tǒng)能夠定量、連續(xù)地對紡絲轉盤12提供紡絲溶液，由儲液箱7、供液管6、計量泵5組成，儲液箱7通過供液管與計量泵5的進口連接，計量泵5的出口與供液管6連通，供液管6出口安裝在紡絲轉盤12的正上方，通過計量泵5對紡絲轉盤12精密、連續(xù)地供料；本實施例設有6根誘導針4，均勻地沿圓周分布在誘導轉盤14上，誘導轉盤14由誘導轉盤14驅動系統(tǒng)驅動，從而能夠平穩(wěn)地繞誘導轉盤14的軸線自轉；所述誘導轉盤14驅動系統(tǒng)安裝于誘導轉盤14下方，由下驅動電機1、下聯(lián)軸器2、下轉動軸3組成，下驅動電機I與控制電路相連，通過設定控制電路可以控制下驅動電機I的輸出轉速，從而控制誘導轉盤14自轉的速度；紡絲轉盤12和誘導轉盤14繞同一軸線旋轉，誘導針4緊貼紡絲轉盤12的外圓周面并沿圓周周期性地運動，不斷對噴絲口 13的紡絲溶液實行誘導動作；本實施例中的收集裝置采用纖維收集網15，與噴絲口 13相對，用于收集納米纖維，可以調節(jié)與噴絲口 13的相對距離，以改變紡絲間距；本實施例中，紡絲溶液通過轉盤接地，纖維收集網15與高壓電源11輸出端電連接，采用溶液接地的方式可以避免高壓電場對相關電路的電干擾。
[0025]本實施例用于制備納米纖維的方法，包括下列步驟:
[0026]I)將配制好的紡絲溶液存入儲液箱7 ；
[0027]2)設定計量泵5的供液速度，溶液注入紡絲轉盤12 ；
[0028]3)待紡絲轉盤12的溶液量達到經驗值時，再次設定計量泵5的供液速度，使噴射所消耗原液的速度與原液的供給速度保持相等，確保紡絲噴射過程的穩(wěn)定性；
[0029]4)設定上驅動電機8的轉速，帶動紡絲轉盤12平穩(wěn)地繞軸線自轉，同時設定下驅動電機I的轉速，帶動誘導轉盤14平穩(wěn)地繞軸線自轉；
[0030]5)設定纖維收集網15與噴絲口 13的相對距離；
[0031]6)設定高壓電源11的輸出電壓，噴絲口 13的紡絲溶液在誘導針4和高壓電場的作用下形成射流，射流在電場力作用下將被拉伸細化，最終形成納米纖維并沉積在纖維網上。
【權利要求】
1.一種納米纖維制備裝置，其特征在于設有紡絲轉盤、紡絲轉盤驅動系統(tǒng)、供液系統(tǒng)、噴絲口、誘導針、誘導轉盤、誘導轉盤驅動系統(tǒng)、收集裝置和高壓電源； 所述紡絲轉盤由紡絲轉盤驅動系統(tǒng)驅動，紡絲轉盤的圓周外側面均勻單排分布個噴絲口 ；所述紡絲轉盤驅動系統(tǒng)安裝于紡絲轉盤上方，所述紡絲轉盤驅動系統(tǒng)由上驅動電機、上聯(lián)軸器和上轉動軸組成，上驅動電機與控制電路電連接；設置在紡絲轉盤上方的供液系統(tǒng)對紡絲轉盤提供紡絲溶液，所述供液系統(tǒng)由儲液箱、供液管和計量泵組成，所述儲液箱與計量泵的進口連接，計量泵的出口與供液管連通，供液管出口安裝在紡絲轉盤的正上方，通過計量泵對紡絲轉盤供料；在誘導轉盤上設有至少2根誘導針，誘導轉盤由誘導轉盤驅動系統(tǒng)驅動；所述誘導轉盤驅動系統(tǒng)安裝于誘導轉盤下方，所述誘導轉盤驅動系統(tǒng)由下驅動電機、下聯(lián)軸器、下轉動軸組成，下驅動電機與控制電路電連接；紡絲轉盤和誘導轉盤繞同一軸線旋轉，誘導針緊貼紡絲轉盤的外圓周面并沿圓周周期性地運動；收集裝置與噴絲口相對；收集裝置與高壓電源輸出端電連接。
2.如權利要求I所述一種納米纖維制備裝置，其特征在于所述收集裝置采用纖維收集網。
3.如權利要求I所述一種納米纖維制備裝置，其特征在于所述誘導針設有6根，6根誘導針均勻沿圓周分布在誘導轉盤上。
4.如權利要求I或3所述一種納米纖維制備裝置，其特征在于所述誘導針的直徑為.O.I ?3mmο
5.如權利要求I所述一種納米纖維制備裝置，其特征在于所述紡絲轉盤驅動系統(tǒng)的轉速為30?300rpm，所述誘導轉盤驅動系統(tǒng)的轉速為30?300rpm。
6.如權利要求I所述一種納米纖維制備裝置，其特征在于所述高壓電源>0V，< 100kV。
【文檔編號】D01D5/00GK203583028SQ201320797911
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權日:2013年12月5日
【發(fā)明者】鄭建毅, 莊明鳳, 王偉, 鄭高峰, 孫道恒 申請人:廈門大學