本發(fā)明涉及一種離心靜電連續(xù)紡納米纖維裝置。

背景技術(shù)：
中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所的發(fā)明專利申請(qǐng)（名稱為“熔體和溶液離心紡絲制備非織造物的裝置”，申請(qǐng)?zhí)枮椤?00710306660.2”）中公開(kāi)了環(huán)形隔片上的小孔及旋轉(zhuǎn)盤壁上的噴絲口（類似于本申請(qǐng)文件所述的噴絲入口和噴槽出口），而小孔及噴絲口之間沒(méi)有導(dǎo)液通道。對(duì)于小孔和噴絲口來(lái)說(shuō)，從一個(gè)小孔出來(lái)的溶料有可能通過(guò)一個(gè)噴絲口噴出，也有可能從多個(gè)小孔出來(lái)的溶液僅通過(guò)一個(gè)噴絲口噴出，亦有可能從小孔出來(lái)的溶料甩在了相鄰噴絲口之間的旋轉(zhuǎn)盤壁體上，未能順利快速的從噴絲口噴出，影響噴絲效率。美國(guó)納幕爾杜邦公司申請(qǐng)的發(fā)明專利（名稱為“離心式溶紡納米纖維方法”，專利號(hào)為“CN200880120862.0”）中有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的杯狀體用于沉積進(jìn)料，進(jìn)料加熱后形成的溶料在旋轉(zhuǎn)杯狀體的內(nèi)園壁上形成膜，再過(guò)渡到環(huán)形的平面區(qū)域，使膜進(jìn)一步變薄。由于旋轉(zhuǎn)杯的內(nèi)圓壁與環(huán)形的旋轉(zhuǎn)平面相互垂直，受離心力的作用，膜在兩個(gè)相互垂直面的交界處容易受力突變導(dǎo)致斷裂，影響納米纖維絲的連續(xù)形成。青島中科昊泰新材料科技有限公司與北京化工大學(xué)共同申請(qǐng)的發(fā)明專利申請(qǐng)（名稱為“一種微分分流離心紡絲法制備納米纖維的裝置”，申請(qǐng)?zhí)枮椤?01310163308.3”）中有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓錐面，使溶液向膜的形態(tài)過(guò)渡，在圓錐面的外沿有溝槽，在溝槽處，溶液膜被撕裂成絲狀。所述溝槽呈徑向的放射狀分布，每個(gè)溝槽僅有一個(gè)溶液進(jìn)口和一個(gè)溶液出口，影響紡絲效率及難以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的紡絲。一美國(guó)的專利申請(qǐng)（名稱為“Apparatusesandmethodsforthedepositionofnanofibersonsubstrate”申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)為“US20120295021A1”），其技術(shù)方案存在的缺陷：噴針或噴嘴在紡絲旋轉(zhuǎn)盤的徑向上的內(nèi)孔橫截面尺寸相同，溶料進(jìn)入到噴針或者噴嘴直至到達(dá)出口被甩出其內(nèi)孔尺寸沒(méi)有變化，僅僅是利用離心力將溶料從內(nèi)圓向直徑大的外圓擠出，沒(méi)有使溶料從多于進(jìn)口數(shù)量的出口擠出，紡絲溶料沒(méi)有進(jìn)一步被分絲，影響絲的粗細(xì)程度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題而提供一種離心靜電連續(xù)紡納米纖維和連續(xù)收集裝置，紡絲部上每個(gè)溶料入口都分別對(duì)應(yīng)多個(gè)溶料出口，對(duì)應(yīng)的每一個(gè)溶料入口和一個(gè)溶料出口之間通過(guò)通道導(dǎo)料，V形分切部，用于分切溶料膜，用于分切在通道中被離心甩出的溶料膜，使溶料膜被分切成寬度變窄的納米纖維絲，同時(shí)提高分絲效率，此溶料出口方向與旋轉(zhuǎn)杯旋轉(zhuǎn)軸線垂直，方便后續(xù)收集裝置進(jìn)行收集。本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：離心靜電連續(xù)紡納米纖維裝置，其特征在于包括由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)杯，蓋盒在旋轉(zhuǎn)杯上的蓋環(huán)；所述的旋轉(zhuǎn)杯包括中空柱狀的溶料部，位于溶料部上端的溶料膜成型環(huán)面，外接于溶料膜成型環(huán)面外沿的環(huán)形紡絲部，所述紡絲部上設(shè)有發(fā)射狀分布的復(fù)數(shù)組紡絲槽，每組紡絲槽包括若干含溶料入口和溶料出口的通道，每個(gè)通道在紡絲部的區(qū)域內(nèi)分叉為兩個(gè)或兩個(gè)以上的寬度變窄的通道，通道的分叉處形成V形分切部，用于分切在通道中被離心甩出的溶料膜，使溶料膜被分切成寬度變窄的納米纖維絲。對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)來(lái)說(shuō)，在紡絲旋轉(zhuǎn)盤的平面或者斜面上的沿著徑向分布的噴槽或者噴針的入口數(shù)為n6。而處在紡絲旋轉(zhuǎn)盤外沿的，也是徑向分布的噴槽或者噴針的出口數(shù)為n8。背景技術(shù)中例舉的技術(shù)可以統(tǒng)一的歸納為：n6=n8。最典型的是噴針結(jié)構(gòu)，其入口至出口之間的孔徑尺寸未變，在離心力作用下的溶料在孔中有沿著圓周方向擴(kuò)散或者鋪展的勢(shì)能被不變的孔徑尺寸限制住，沒(méi)有把離心力作用充分地發(fā)揮出來(lái)，離心力只是起到將溶料擠出形成纖維絲的作用，形成的纖維絲不能或者難以達(dá)到納米級(jí)，即不能充分利用離心力擴(kuò)散或者鋪展溶料并分切溶料形成足夠細(xì)度的納米纖維絲。本發(fā)明專利申請(qǐng)技術(shù)的一個(gè)特點(diǎn)是采用n6＜n8的離心紡絲技術(shù)，n6＜n8自然就有徑向通道的分叉概念，紡絲槽包括徑向通道和裂變通道，徑向通道是指“Y”的腳部的一字型部分，與徑向通道連通的裂變通道是指“Y”的頭部的“V”字型部分。本發(fā)明專利申請(qǐng)正是基于徑向通道的分叉的概念建立的，沿著徑向分布的有多個(gè)“Y”字形平面拼接圖樣的連通的紡絲槽，并希望被甩出的纖維絲接近納米尺寸，降低納米纖維的形成對(duì)拉絲過(guò)程的依賴。而且，每一溶料入口都對(duì)應(yīng)多個(gè)溶料出口的方式離心紡絲，效率高。作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本發(fā)明采用如下技術(shù)措施：為了方便加工，也為了從各個(gè)溶料出口出來(lái)的納米纖維絲直徑一致，所述通道具有對(duì)稱分叉的通道。當(dāng)然，沒(méi)有對(duì)稱分布，僅要求溶料出口尺寸一致，即可達(dá)到本專利申請(qǐng)解決問(wèn)題的目的。所述通道具有二級(jí)或二級(jí)以上分叉的通道。為二級(jí)時(shí)，每個(gè)所述溶料入口對(duì)應(yīng)四個(gè)溶料出口。為三級(jí)時(shí)，每個(gè)所述溶料入口對(duì)應(yīng)八個(gè)溶料出口。可以根據(jù)紡纖維絲細(xì)度及環(huán)形紡絲部的尺寸而定。了使溶料僅從溶料入口進(jìn)入、從溶料出口出來(lái)，避免從通道側(cè)壁泄露，所述紡絲部與蓋環(huán)的外緣接觸面貼合。為了方便清理通道，避免堵塞，所述紡絲部與蓋環(huán)在貼合處通過(guò)連接件連接。清理時(shí)，拆下蓋環(huán)，使通道裸露進(jìn)行清洗。所述溶料膜成型環(huán)面為下端直徑小于上端直徑的錐臺(tái)面（或稱為倒傘狀斜面）。采用錐臺(tái)面，使與溶料部之間為鈍角過(guò)渡，避免出現(xiàn)直角過(guò)渡割斷溶料膜的問(wèn)題，使溶料膜連續(xù)不斷裂，也就有效的避免了紡絲階段斷絲的問(wèn)題，提升了紡絲品質(zhì)。為了充分利用離心力，達(dá)到高效紡納米纖維絲的效果，所述溶料出口方向與旋轉(zhuǎn)杯旋轉(zhuǎn)軸線垂直，且所述溶料出口方向與該位置的環(huán)形紡絲部的切線方向垂直。溶料出口方向與旋轉(zhuǎn)杯旋轉(zhuǎn)軸線垂直還有利于后續(xù)連續(xù)收集纖維絲時(shí)能夠到達(dá)等厚的纖維絲布，避免纖維絲布兩端薄、中間厚而引起浪費(fèi)的問(wèn)題的出現(xiàn)。還包括靜電庫(kù)侖場(chǎng)力發(fā)生裝置，所述的靜電庫(kù)侖場(chǎng)力發(fā)生裝置使所述環(huán)形紡絲部外圍存在靜電場(chǎng)，每個(gè)所述溶料出口帶電并處于高電勢(shì)。還包括設(shè)置在所述環(huán)形紡絲部外圍的連續(xù)收集裝置，所述的靜電庫(kù)侖場(chǎng)力發(fā)生裝置使所述的連續(xù)收集裝置上的收集帶處于低電勢(shì)，每個(gè)所述溶料出口與所述收集帶之間存在電勢(shì)差。本發(fā)明具有的有益效果：溶料入口數(shù)量和溶料出口數(shù)量呈2n的關(guān)系，能夠高效紡絲，同時(shí)能夠紡制達(dá)到納米級(jí)別的纖維絲。將離心紡絲與靜電紡絲技術(shù)有機(jī)融合在一起，能夠得到離心紡絲的效率高的好處，又能夠得到有序度可控的收集納米纖維的好處。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)際應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1方向的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖1方向的旋轉(zhuǎn)杯的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是現(xiàn)有技術(shù)收集纖維絲的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例：離心靜電連續(xù)紡納米纖維裝置，如圖1所示，包括由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)杯21，蓋盒并通過(guò)連接件連接在旋轉(zhuǎn)杯21上的蓋環(huán)5；所述的旋轉(zhuǎn)杯21包括中空柱狀的溶料部1，位于溶料部1上端的溶料膜成型環(huán)面2，外接于溶料膜成型環(huán)面2外沿的環(huán)形紡絲部7，所述紡絲部7上設(shè)有發(fā)射狀分布的復(fù)數(shù)組紡絲槽19，每組紡絲槽19包括若干含溶料入口6和溶料出口8的通道，每個(gè)通道在紡絲部7的區(qū)域內(nèi)分叉為兩個(gè)或兩個(gè)以上的寬度變窄的通道，通道的分叉處形成V形分切部，用于分切在通道中被離心甩出的溶料膜，使溶料膜被分切成寬度變窄的納米纖維絲。每組紡絲槽19上的分叉通道是對(duì)稱設(shè)置的。為了使每組紡絲槽19側(cè)壁密封，僅具有溶料入口6和溶料出口8，紡絲部7與蓋環(huán)5的外緣接觸面貼合。為了方便清理通道，蓋環(huán)5為可拆卸的，通過(guò)連接件固定在紡絲部7上。每一次分叉都形成Y型通道，Y型通道的最小內(nèi)徑可以做到0.1毫米。若采用現(xiàn)有技術(shù)的噴針結(jié)構(gòu)，由于噴針細(xì)長(zhǎng)，要想做到內(nèi)孔直徑0.1毫米是有難度的，即使做到了，一旦孔被堵塞，噴針就不能使用了。采用紡絲槽的好處是便于清洗（只需將蓋環(huán)5拆下，通道便裸露，極易清洗，杜絕堵塞），提高紡絲槽的使用壽命。溶料膜成型環(huán)面和紡絲槽的光潔度適當(dāng)降低，增加粗糙度，目的是增加熔料與它們之間的摩擦力，并通過(guò)離心力的增加使得溶料膜的厚度減小。V形分切部是在銑刀銑槽的工藝過(guò)程中自然形成的，最尖端處小于0.05毫米。一溶料出口、與其相差180°的位置上的溶料出口可以在一個(gè)旋轉(zhuǎn)平面上，也可以不在一個(gè)旋轉(zhuǎn)平面上。離心靜電連續(xù)紡納米纖維裝置還包括靜電庫(kù)侖場(chǎng)力發(fā)生裝置和設(shè)置在所述環(huán)形紡絲部7外圍的連續(xù)收集裝置，所述的靜電庫(kù)侖場(chǎng)力發(fā)生裝置使所述環(huán)形紡絲部7外圍存在靜電場(chǎng)，每個(gè)所述溶料出口8帶電并處于高電勢(shì)。所述的靜電庫(kù)侖場(chǎng)力發(fā)生裝置使所述的連續(xù)收集裝置上的收集帶處于低電勢(shì)，每個(gè)所述溶料出口8與所述收集帶之間存在電勢(shì)差。為了方便實(shí)施，使收集帶處于低電勢(shì)，所述的靜電庫(kù)侖場(chǎng)力發(fā)生裝置上高壓極性板13設(shè)置在收集帶的收集部的背面，所述靜電庫(kù)侖場(chǎng)力發(fā)生裝置使溶料出口8處的帶電極性與高壓極性板13的帶電極性相反。同時(shí)，為了加速冷卻固化纖維絲并進(jìn)一步控制被甩出的纖維絲到收集帶的行走路徑，所述高壓極性板13上設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)通風(fēng)孔，對(duì)應(yīng)于所述高壓極性板13處設(shè)有軸流式風(fēng)扇26。離心靜電連續(xù)紡納米纖維裝置還包括對(duì)旋轉(zhuǎn)杯21供料的供給機(jī)構(gòu)，供給機(jī)構(gòu)包括在蓋環(huán)5的內(nèi)沿與溶料部旋轉(zhuǎn)軸之間的環(huán)形區(qū)域內(nèi)布置的給料管17和綁在給料管上的液面探頭信號(hào)線，給料管17可以多于一根，當(dāng)給料管多于一根時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的紡絲。如圖4所示，每個(gè)溶料入口都對(duì)應(yīng)四個(gè)溶料出口，當(dāng)然對(duì)應(yīng)八個(gè)及以上溶料出口也是可行的，通常情況下對(duì)應(yīng)四個(gè)溶料出口即已滿足紡納米纖維絲的條件。同樣的，通道在第一次分叉時(shí)形成三個(gè)分支，然后每個(gè)分支再分叉出兩個(gè)分支，這樣的方案也是可行的，本專利申請(qǐng)并不排除。采用2n的方式分叉，是為了方便加工。具體來(lái)說(shuō)，所述溶料膜成型環(huán)面2為下端直徑小于上端直徑的錐臺(tái)面。為了不改變纖維絲移動(dòng)方向，所述溶料出口8的方向10與旋轉(zhuǎn)杯21旋轉(zhuǎn)軸線垂直，同時(shí)，所述溶料出口8的溶料出絲方向與溶料出口8的切線方向9垂直所述的收集裝置包括若干組均勻分布在旋轉(zhuǎn)杯21外圍的連續(xù)收集裝置（如圖3所示為八組，但也不局限于八組，可以為六組、七組、九組、十組……）。如圖1所示，每組連續(xù)收集裝置包括主動(dòng)輥25，被動(dòng)輥24，一端系在主動(dòng)輥上、另一端固定并纏繞在被動(dòng)輥上的收集帶12，其中，收集帶12對(duì)應(yīng)于溶料出口8的部位為收集部121，收集部121所在平面與旋轉(zhuǎn)杯21的旋轉(zhuǎn)軸線之間的夾角為ａ：0≤ａ≤45度。所述收集部121（移動(dòng)方向?yàn)?1）所在平面以與溶料出口8的切線方向平行的線為軸線旋轉(zhuǎn)調(diào)整夾角ａ的角度。另外，主動(dòng)輥25和被動(dòng)輥24的位置可以互換。沿旋紡絲部周邊布置的多個(gè)收集帶組成多邊形，該多邊形的外接圓的直徑大于紡絲部的外直徑。多邊形的每一個(gè)邊的收集帶的移動(dòng)速度可以不同。設(shè)置的固定收集帶運(yùn)動(dòng)軌跡的導(dǎo)向?qū)?3的軸線的連接線也呈多邊形。所述收集部的兩端分別設(shè)有用于對(duì)收集部起導(dǎo)向并夾持作用的導(dǎo)向?qū)?3。為了可以分別控制每組收集裝置能夠收集到不同厚度的纖維絲布，每組所述的收集裝置分別由一動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。為了方便分別控制加熱程度，所述的溶料部1、溶料膜成型環(huán)面2和環(huán)形紡絲部7分別設(shè)置一加熱機(jī)構(gòu)當(dāng)然，上述三部件由同一加熱機(jī)構(gòu)加熱也是可行的；對(duì)應(yīng)于所述的溶溶料膜成型環(huán)面2處還設(shè)置一液面探頭。該加熱機(jī)構(gòu)用于控制絲被甩出后的固化溫度。在熔紡時(shí)，用于維持溶料部和溶料膜成型環(huán)面的溫度，保證熔料的流動(dòng)性和適度的粘度。在放置液面探頭時(shí)，盡量靠近液面膜厚度最薄的噴槽入口的位置。該探頭的作用是，通過(guò)探頭信號(hào)控制溶料給量，使得在連續(xù)紡絲過(guò)程中，無(wú)論何種材料被紡，在溶料膜成型環(huán)面的某一個(gè)位置上的液面膜的厚度是固定的。每一種材料隨著溫度的不同，其粘度不同，給料流速不同，但是在噴槽入口處的液面膜的厚度，希望是相近的，如此便于確定相關(guān)的工藝參數(shù)。如圖2所示，在實(shí)際應(yīng)用中，還包括箱體35，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)18上的旋轉(zhuǎn)軸16穿過(guò)箱體35驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)杯，旋轉(zhuǎn)杯的底部有與之摩擦接觸的碳刷29，碳刷29設(shè)置在碳刷座28上，碳刷座的底部是絕緣座27，在溶料部的周圍和溶料膜成型環(huán)面的下部有環(huán)形的紅外加熱管31和環(huán)形加熱管的固定裝置30。收集帶在倒杯狀箱體35的開(kāi)口縫隙中穿入與穿出，在離心力，切向力和高壓靜電場(chǎng)的庫(kù)侖力的作用下，有序地被收集到收集帶12上。工作時(shí)，適當(dāng)?shù)倪M(jìn)料流量的溶料在離心力作用下使其在溶料部?jī)?nèi)壁上端3處開(kāi)始經(jīng)過(guò)溶料膜成型環(huán)面2逐漸變變薄形成溶料膜4。溶料膜4經(jīng)過(guò)紡絲部7，逐步地使溶料膜4在圓周方向上被分切、以及離心力的逐步加大的作用，使得分切成的纖維絲的橫截面不斷地減小。纖維絲在溶料出口8被甩出后，因溶料出口帶有直流高壓電，被甩出的纖維絲帶上靜電電荷，又被靜電庫(kù)侖場(chǎng)力的作用，被吸引到收集帶上，使得溶料出口與收集帶之間的絲被連續(xù)拉伸。當(dāng)收集部相對(duì)紡絲旋轉(zhuǎn)軸的軸線的角度傾斜45度，那么收集到收集帶12上的纖維與收集帶12的長(zhǎng)度方向的角度也會(huì)發(fā)生45度的偏轉(zhuǎn)。再將收集過(guò)纖維的收集帶相對(duì)紡絲旋轉(zhuǎn)軸的軸線的傾斜角度朝另外一個(gè)方向傾斜45度，那么經(jīng)過(guò)兩次收集，收集帶12上的纖維就有兩層，這兩層纖維的走向大致相差90度，從而形成常見(jiàn)的成90度交叉的經(jīng)緯線結(jié)構(gòu)。如圖5所示，現(xiàn)有技術(shù)中，收集帶平鋪設(shè)置在旋轉(zhuǎn)杯的下方。收集時(shí)，隨著時(shí)間的推移，a點(diǎn)和b點(diǎn)位置從中線以左逐步移動(dòng)到中線以右。T=t0時(shí)刻時(shí)，a和b點(diǎn)均獲得一次收集纖維絲的機(jī)會(huì)。當(dāng)T=t0+t1時(shí)刻時(shí)，a點(diǎn)被移動(dòng)到旋轉(zhuǎn)杯的右邊，又獲得一次收集纖維絲的機(jī)會(huì)，共兩次，而邊緣的b點(diǎn)已經(jīng)走遠(yuǎn)，沒(méi)有獲得收絲的機(jī)會(huì)?，F(xiàn)有技術(shù)這種收集纖維絲導(dǎo)致結(jié)果是中間厚兩邊薄，厚度不均。而本專利申請(qǐng)中采用收集帶的收集部豎向設(shè)置，能夠收集到厚度均勻的纖維布。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明。在上述實(shí)施例中，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。