一種微波加熱熔體靜電紡絲裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于熔體靜電紡絲設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種微波加熱熔體靜電紡絲裝置，推進(jìn)泵的前側(cè)面上設(shè)有推進(jìn)泵按鈕、推進(jìn)泵開(kāi)關(guān)和電子顯示屏，推進(jìn)泵的上端固定安裝制有料筒，料筒的一端與推進(jìn)器連接，另一端與物料管連接，物料管設(shè)置在微波加熱腔內(nèi)；物料管穿過(guò)微波加熱腔與熔融噴頭連接，微波加熱腔的前側(cè)面上設(shè)有微波頻率調(diào)節(jié)旋鈕、加熱時(shí)間設(shè)定旋鈕和溫度控制旋鈕；高壓電源的正極與熔融噴頭連接，負(fù)極與豎向放置的收集裝置連接；熔融噴頭與收集裝置之間的距離為10-20厘米；高壓電源上設(shè)有高壓電源開(kāi)關(guān)和電壓調(diào)節(jié)旋鈕；其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，使用安全，成本低，紡絲效率高，自動(dòng)化程度高，環(huán)境友好，利于產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模制備納米纖維。
【專利說(shuō)明】—種微波加熱熔體靜電紡絲裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于熔體靜電紡絲設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種微波加熱熔體靜電紡絲裝置，用于規(guī)模化制備微納米纖維。

【背景技術(shù)】
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[0002]靜電紡絲是目前制備聚合物微納米纖維最簡(jiǎn)單高效的方法之一，以其裝置簡(jiǎn)單、原料來(lái)源廣泛、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，受到國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注與研究。靜電紡絲技術(shù)的原理非常簡(jiǎn)單，靜電紡絲過(guò)程中，聚合物溶液或熔體在電場(chǎng)力和表面張力的共同作用下形成泰勒錐，隨著電壓的增大，當(dāng)靜電力大于液滴表面張力時(shí)，泰勒錐錐尖會(huì)噴射出帶電的不穩(wěn)定射流，射流在下落過(guò)程中受到電場(chǎng)力的拉伸細(xì)化(鞭動(dòng)效應(yīng))或劈裂細(xì)化，最終在收集板上得到固化的納米纖維。與傳統(tǒng)的溶液靜電紡絲相比，熔體靜電紡絲以下優(yōu)點(diǎn):一是經(jīng)濟(jì)，在紡絲過(guò)程中不需要有機(jī)溶劑，因此無(wú)需考慮溶劑(特別是規(guī)?；o電紡絲下某些有害或價(jià)格較高的溶劑)的成本及回收問(wèn)題；二是高效，制得的纖維純度高，避免溶劑的殘留問(wèn)題；三是環(huán)保，有效避免有機(jī)溶劑排放對(duì)人類和環(huán)境的危害。隨著靜電紡絲技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)展，作為重要分支的熔體靜電紡絲，在提高紡絲產(chǎn)量，拓展纖維應(yīng)用領(lǐng)域等方面有著溶液靜電紡絲無(wú)法比擬的巨大優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)，開(kāi)發(fā)和完善熔體靜電紡絲技術(shù)已成為電紡研究熱點(diǎn)之一。
[0003]熔體靜電紡絲雖然早在1936年Charles Norton等人的專利中就已提出，但是由于制備的纖維直徑較大以及需要加熱裝置等原因，直到1981年才有相關(guān)的研究論文出現(xiàn)，進(jìn)入21世紀(jì)之后，真正掀起了熔體靜電紡絲技術(shù)的研究熱潮。隨著電紡技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，各種改進(jìn)的新型熔體靜電紡絲裝置被報(bào)道出來(lái)，針對(duì)熔體靜電紡絲加熱設(shè)備的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一直都是研究者們關(guān)注的焦點(diǎn)。目前采取的加熱方式主要有激光加熱(J.Appl.Polym.Sc1., 2007, 104:1368)、電加熱、流體加熱(B1technol.J., 2006, I: 98)和熱風(fēng)加熱(Polymer, 2007, 48:6823)等，其中電加熱是目前較為普遍的加熱方式，但是采用電熱線圈對(duì)聚合物熔體進(jìn)行加熱時(shí)，由于加熱時(shí)間較長(zhǎng)，可能導(dǎo)致聚合物降解，同時(shí)出于安全因素的考慮，如何避免電壓干擾的難題，使得設(shè)備儀器更加復(fù)雜；激光加熱裝置加熱點(diǎn)集中，加熱時(shí)間短，且與高電壓無(wú)相互影響，但是缺陷在于無(wú)法實(shí)現(xiàn)加熱溫度的精確控制；熱風(fēng)加熱雖然設(shè)備簡(jiǎn)單、成本較低，但是氣流的存在往往容易對(duì)熔體射流的運(yùn)動(dòng)和沉積造成干擾；流體加熱通常根據(jù)聚合物熔點(diǎn)不同，分別采用水浴或油浴，其中適用循環(huán)水加熱的聚合物熔點(diǎn)溫度在55-60°C ;循環(huán)油可加熱的溫度達(dá)到255°C，溫度范圍的局限大大限制了裝置的通用性，并且在操作過(guò)程中安全性小。因此，尋求設(shè)計(jì)一種操作靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用高效、能夠用于規(guī)?；苽湮⒓{米纖維的熔體靜電紡絲裝置具有良好的研究與應(yīng)用價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，針對(duì)普通熔體靜電紡絲裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、加熱溫度和紡絲過(guò)程不易調(diào)控、難以規(guī)?；a(chǎn)等缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)一種便捷安全高效的微波加熱熔體靜電紡絲裝置。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)包括推進(jìn)泵、料筒、微波加熱腔、熔融噴頭、物料管、推進(jìn)泵旋鈕、推進(jìn)泵開(kāi)關(guān)、微波頻率調(diào)節(jié)旋鈕、加熱時(shí)間設(shè)定旋鈕、溫度控制旋鈕、高壓電源開(kāi)關(guān)、電壓調(diào)節(jié)旋鈕、高壓電源、收集裝置和電子顯示屏；推進(jìn)泵的前側(cè)面上設(shè)有推進(jìn)泵按鈕、推進(jìn)泵開(kāi)關(guān)和電子顯示屏，推進(jìn)泵開(kāi)關(guān)控制推進(jìn)泵的打開(kāi)和關(guān)閉，推進(jìn)泵的推進(jìn)速率通過(guò)調(diào)節(jié)推進(jìn)泵旋鈕設(shè)定，電子顯示屏顯示設(shè)定的推進(jìn)速率；推進(jìn)泵的上端固定安裝制有料筒，料筒的一端與推進(jìn)器連接，另一端與物料管連接，物料管設(shè)置在微波加熱腔內(nèi)；物料管穿過(guò)微波加熱腔與熔融噴頭連接，微波加熱腔的前側(cè)面上設(shè)有微波頻率調(diào)節(jié)旋鈕、加熱時(shí)間設(shè)定旋鈕和溫度控制旋鈕；高壓電源的正極與熔融噴頭連接，負(fù)極與豎向放置的收集裝置連接；熔融噴頭與收集裝置之間的距離為10-20厘米；高壓電源上設(shè)有高壓電源開(kāi)關(guān)和電壓調(diào)節(jié)旋鈕。
[0006]本發(fā)明使用時(shí)，先將靜電紡絲原料加入料筒中，調(diào)節(jié)推進(jìn)泵旋鈕設(shè)定推進(jìn)泵的推進(jìn)速率，電子顯示屏上顯示推進(jìn)速率；再打開(kāi)推進(jìn)泵開(kāi)關(guān)，在推進(jìn)泵的推動(dòng)作用下，將靜電紡絲原料送到物料管內(nèi)，然后調(diào)節(jié)微波頻率調(diào)節(jié)旋鈕，根據(jù)靜電紡絲原料選擇微波頻率進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間通過(guò)加熱時(shí)間設(shè)定旋鈕設(shè)定，通過(guò)溫度控制旋鈕調(diào)控加熱溫度，設(shè)定的加熱溫度要高于靜電紡絲原料的熔融溫度；靜電紡絲原料加熱到設(shè)定的加熱溫度后，打開(kāi)高壓電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕使工作電壓傳到熔融噴頭，靜電紡絲過(guò)程開(kāi)始，在收集裝置上收集得到靜電紡絲納米纖維。
[0007]本發(fā)明所述靜電紡絲原料為聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氨酯(I3U)、聚乳酸(PLA)、聚(乙二醇-己內(nèi)酯)、聚(乙烯-乙烯醇)、聚丙烯PP、聚乙烯PE、全芳香環(huán)聚酯、聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等高分子材料中的一種或兩種以上。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):一是微波加熱具有加熱速度快、熱效率高、安全性好、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，將微波作為熔體電紡的加熱方式，不僅可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)熔體電紡裝置的不足，而且為產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模制備納米纖維提供思路與借鑒；二是微波頻率與功率可根據(jù)被加熱材料的形狀、材質(zhì)的不同進(jìn)行設(shè)定，既可以有效提高加熱效率、縮短加熱時(shí)間，又可降低加工成本，極大的推動(dòng)熔體靜電紡絲的工業(yè)化生產(chǎn)；三是實(shí)現(xiàn)了對(duì)料筒與熔融噴頭處溫度的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確控制，克服傳統(tǒng)熔體電紡裝置的溫度不易操控難題，具有控制及時(shí)、反應(yīng)靈敏、便捷高效的特點(diǎn)；四是所采用的微波加熱腔中與微波接觸的各個(gè)部件根據(jù)技術(shù)要求安裝有防微波泄漏結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)參考現(xiàn)有的微波爐防微波泄漏結(jié)構(gòu)技術(shù)，工藝過(guò)程更加安全環(huán)保；其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，使用安全，成本低，紡絲效率高，自動(dòng)化程度高，環(huán)境友好，利于產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模制備納米纖維。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
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[0009]圖1為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
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[0010]下面通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0011]本實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)包括推進(jìn)泵1、料筒2、微波加熱腔3、熔融噴頭4、物料管5、推進(jìn)泵旋鈕6、推進(jìn)泵開(kāi)關(guān)7、微波頻率調(diào)節(jié)旋鈕8、加熱時(shí)間設(shè)定旋鈕9、溫度控制旋鈕10、高壓電源開(kāi)關(guān)11、電壓調(diào)節(jié)旋鈕12、高壓電源13、收集裝置14和電子顯示屏15 ;推進(jìn)泵I的前側(cè)面上設(shè)有推進(jìn)泵按鈕6、推進(jìn)泵開(kāi)關(guān)7和電子顯示屏15，推進(jìn)泵開(kāi)關(guān)7控制推進(jìn)泵I的打開(kāi)和關(guān)閉，推進(jìn)泵I的推進(jìn)速率通過(guò)調(diào)節(jié)推進(jìn)泵旋鈕6設(shè)定，電子顯示屏15顯示設(shè)定的推進(jìn)速率；推進(jìn)泵I的上端固定安裝制有料筒5，料筒5的一端與推進(jìn)器I連接，另一端與物料管5連接，物料管5設(shè)置在微波加熱腔3內(nèi)；物料管5穿過(guò)微波加熱腔3與熔融噴頭4連接，微波加熱腔3的前側(cè)面上設(shè)有微波頻率調(diào)節(jié)旋鈕8、加熱時(shí)間設(shè)定旋鈕9和溫度控制旋鈕10 ;高壓電源13的正極與熔融噴頭4連接，負(fù)極與豎向放置的收集裝置14連接；熔融噴頭4與收集裝置14之間的距離為10-20厘米；高壓電源13上設(shè)有高壓電源開(kāi)關(guān)11和電壓調(diào)節(jié)旋鈕12。
[0012]本實(shí)施例使用時(shí)，先將靜電紡絲原料加入料筒2中，調(diào)節(jié)推進(jìn)泵旋鈕6設(shè)定推進(jìn)泵I的推進(jìn)速率，電子顯示屏上顯示推進(jìn)速率；再打開(kāi)推進(jìn)泵開(kāi)關(guān)7，在推進(jìn)泵7的推動(dòng)作用下，將靜電紡絲原料送到物料管5內(nèi)，然后調(diào)節(jié)微波頻率調(diào)節(jié)旋鈕8，根據(jù)靜電紡絲原料選擇微波頻率進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間通過(guò)加熱時(shí)間設(shè)定旋鈕9設(shè)定，通過(guò)溫度控制旋鈕10調(diào)控加熱溫度，設(shè)定的加熱溫度要高于靜電紡絲原料的熔融溫度；靜電紡絲原料加熱到設(shè)定的加熱溫度后，打開(kāi)高壓電源開(kāi)關(guān)11，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕12使工作電壓傳到熔融噴頭4，靜電紡絲過(guò)程開(kāi)始，在收集裝置14上收集得到靜電紡絲納米纖維。
[0013]實(shí)施例1:微波加熱熔體靜電紡絲裝置制備聚偏氟乙烯(PVDF)納米纖維
[0014]本實(shí)施例先將PVDF粉末加入到料筒2中，調(diào)節(jié)推進(jìn)泵旋鈕6對(duì)推進(jìn)泵I進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，控制給料推進(jìn)速率，在電子顯示屏15上顯示具體流量推進(jìn)速率，再打開(kāi)推進(jìn)泵開(kāi)關(guān)7，在推進(jìn)泵的推進(jìn)作用下，將PVDF原料推送到物料管5內(nèi)；在微波加熱腔3中調(diào)節(jié)微波頻率調(diào)節(jié)旋鈕8，根據(jù)紡絲原料PVDF選擇2.4?2.5GHz的微波頻率進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間由溫度旋鈕9設(shè)定為30秒?2分鐘，通過(guò)溫度控制旋鈕10選擇調(diào)控溫度，設(shè)定溫度為205-235°C，高于PVDF的熔融溫度175°C ;若實(shí)際溫度超過(guò)設(shè)定溫度，加熱模式自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楸啬Ｊ?；在?duì)PVDF原料進(jìn)行微波加熱達(dá)到設(shè)定溫度后，打開(kāi)高壓電源開(kāi)關(guān)11，調(diào)節(jié)旋鈕12選擇20-60千伏的工作電壓施加到熔融噴頭4上，即可在收集裝置14上得到PVDF納米纖維，熔絲噴頭4與收集裝置14之間的距離為10-20厘米。
[0015]實(shí)施例2:微波加熱熔體靜電紡絲裝置制備聚偏氟乙烯/聚氨酯(PVDF/PU)復(fù)合納米纖維
[0016]本實(shí)施例先將質(zhì)量比為80:20的PVDF和I3U粉末混合均勻，然后加入到料筒2中，調(diào)節(jié)推進(jìn)泵流量旋鈕6對(duì)推進(jìn)泵I進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，控制給料推進(jìn)速率，在電子顯示屏15上顯示具體流量推進(jìn)速率，打開(kāi)推進(jìn)泵開(kāi)關(guān)7，在推進(jìn)泵的推進(jìn)作用下，將PVDF/PU原料推送到物料管5內(nèi)；在微波加熱腔3中，調(diào)節(jié)微波頻率調(diào)節(jié)旋鈕8，根據(jù)紡絲原料PVDF/PU選擇微波頻率為2.4?2.5GHz進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間由溫度旋鈕9設(shè)定為30秒?2分鐘，通過(guò)溫度控制旋鈕10選擇調(diào)控溫度，設(shè)定溫度為205-235°C，高于PVDF的熔融溫度175°C和I3U的熔融溫度165°C，在對(duì)PVDF/PU原料進(jìn)行微波加熱達(dá)到設(shè)定溫度后，打開(kāi)高壓電源開(kāi)關(guān)11，調(diào)節(jié)旋鈕12選擇20-60千伏的工作電壓施加到熔融噴頭4上，即可在收集裝置14上得到PVDF/PU納米纖維，熔絲噴頭4與收集裝置14之間的距離為10-20厘米。
【權(quán)利要求】
1.一種微波加熱熔體靜電紡絲裝置，其特征在于主體結(jié)構(gòu)包括推進(jìn)泵、料筒、微波加熱腔、熔融噴頭、物料管、推進(jìn)泵旋鈕、推進(jìn)泵開(kāi)關(guān)、微波頻率調(diào)節(jié)旋鈕、加熱時(shí)間設(shè)定旋鈕、溫度控制旋鈕、高壓電源開(kāi)關(guān)、電壓調(diào)節(jié)旋鈕、高壓電源、收集裝置和電子顯示屏；推進(jìn)泵的前側(cè)面上設(shè)有推進(jìn)泵按鈕、推進(jìn)泵開(kāi)關(guān)和電子顯示屏，推進(jìn)泵開(kāi)關(guān)控制推進(jìn)泵的打開(kāi)和關(guān)閉，推進(jìn)泵的推進(jìn)速率通過(guò)調(diào)節(jié)推進(jìn)泵旋鈕設(shè)定，電子顯示屏顯示設(shè)定的推進(jìn)速率；推進(jìn)泵的上端固定安裝制有料筒，料筒的一端與推進(jìn)器連接，另一端與物料管連接，物料管設(shè)置在微波加熱腔內(nèi)；物料管穿過(guò)微波加熱腔與熔融噴頭連接，微波加熱腔的前側(cè)面上設(shè)有微波頻率調(diào)節(jié)旋鈕、加熱時(shí)間設(shè)定旋鈕和溫度控制旋鈕；高壓電源的正極與熔融噴頭連接，負(fù)極與豎向放置的收集裝置連接；熔融噴頭與收集裝置之間的距離為10-20厘米；高壓電源上設(shè)有高壓電源開(kāi)關(guān)和電壓調(diào)節(jié)旋鈕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波加熱熔體靜電紡絲裝置，其特征在于使用時(shí)，先將靜電紡絲原料加入料筒中，調(diào)節(jié)推進(jìn)泵旋鈕設(shè)定推進(jìn)泵的推進(jìn)速率，電子顯示屏上顯示推進(jìn)速率；再打開(kāi)推進(jìn)泵開(kāi)關(guān)，在推進(jìn)泵的推動(dòng)作用下，將靜電紡絲原料送到物料管內(nèi)，然后調(diào)節(jié)微波頻率調(diào)節(jié)旋鈕，根據(jù)靜電紡絲原料選擇微波頻率進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間通過(guò)加熱時(shí)間設(shè)定旋鈕設(shè)定，通過(guò)溫度控制旋鈕調(diào)控加熱溫度，設(shè)定的加熱溫度要高于靜電紡絲原料的熔融溫度；靜電紡絲原料加熱到設(shè)定的加熱溫度后，打開(kāi)高壓電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕使工作電壓傳到熔融噴頭，靜電紡絲過(guò)程開(kāi)始，在收集裝置上收集得到靜電紡絲納米纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波加熱熔體靜電紡絲裝置，其特征在于所述靜電紡絲原料為聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚乳酸、聚(乙二醇-己內(nèi)酯)、聚(乙烯-乙烯醇)、聚丙烯、聚乙烯、全芳香環(huán)聚酯、聚酯和聚萘二甲酸乙二醇酯高分子材料中的一種或兩種以上。
【文檔編號(hào)】D01D5/00GK104131358SQ201410409495
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】龍?jiān)茲? 黃淵源, 董瑞華, 閆旭, 韓文鵬, 張君誠(chéng), 段曉鵬, 秦崇崇, 林大鵬 申請(qǐng)人:青島大學(xué)