旋轉多射流批量紡絲裝置的制造方法
【專利摘要】旋轉多射流批量紡絲裝置，涉及靜電紡絲裝置。設有收集筒、分液臺、金屬薄膜、蓋臺、滾輪、滾珠、聯(lián)軸器、伺服電機、電機架、支架、供液裝置、導管、高壓電源；蓋臺和分液臺上分別設有上、下層導板陣列，分液臺與蓋臺形成紡絲噴頭主體，分液臺和蓋臺邊緣設有凹槽陣列，凹槽陣列中的每個凹槽分布于上層導板陣列中的兩個導板之間，上下兩個凹槽連接成微孔結構；分液臺和蓋臺內側均噴涂有金屬薄膜，金屬薄膜接電源；分液臺底部與支架的頂部均設有環(huán)形軌道，在兩個環(huán)形軌道之間設有滾珠并形成支承；分液臺底部設有滾輪；分液臺底部的軸段通過聯(lián)軸器與伺服電機連接，伺服電機與支架固定連接；收集筒為圓形結構，收集筒與紡絲噴頭同軸心安裝并接地。
【專利說明】
旋轉多射流批量紡絲裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種靜電紡絲的裝置，特別是涉及一種具有多射流噴射、大批量收集納米纖維的旋轉多射流批量紡絲裝置。
【背景技術】
[0002]靜電紡絲(Electrospinning)因其能簡單高效的制備納米纖維而備受研究者關注，并且利用這項技術制備的產(chǎn)品納米纖維膜已經(jīng)廣泛的應用到過濾清潔領域、重金屬等水質處理領域以及生物工程化學催化等。目前關于靜電紡絲的基本原理與紡絲射流的產(chǎn)生機制已經(jīng)達成共識，其簡單的利用電場力作用于具有一定粘性力的溶液，使液體產(chǎn)生極化產(chǎn)生電荷，通過電荷在電場中受到的電場力克服溶液的表面張力，并在電場力和粘性力的共同作用下拉伸溶液形成微米納米尺度的纖維。并且利用一般市場上常見的醫(yī)用針頭，采用高壓電施加于針頭尖端激發(fā)整個紡絲的電場，并且通用醫(yī)用針頭作為噴嘴，以一定的壓力擠出并在出口處形成小液滴，在尖端上集聚的高強度電場中更容易產(chǎn)生紡絲射流。并且對于想要提高納米纖維的產(chǎn)量，最簡單直接的辦法就是多個針頭陣列集成，并且進行分液結構的設計優(yōu)化使得各個針頭的流量均勻以得到更好質量的納米纖維膜。這種針頭陣列的方式會帶來一些問題，比如各個紡絲針頭以及射流之間的互相干擾以及靜電抑制，通過一些好的電極設計或者引入輔助電極可以較好的降低這些干擾和抑制。并且采用醫(yī)用針頭的另一個問題就是針頭的毛細管很長，溶液一旦產(chǎn)生揮發(fā)其濃度升高很容易產(chǎn)生堵塞，由于其內徑一般都在毫米以下，所以并不是很容易去處理這樣的堵塞，同時，采用毛細管類型的噴嘴有一個共同的缺點就是噴嘴處懸滴內部會有溶液回流現(xiàn)象，不穩(wěn)定的溶液回流現(xiàn)象會影響靜電紡絲錐-射流模式的穩(wěn)定性。此外，供液速率對靜電紡絲生產(chǎn)納米纖維的直徑影響很大，一般的多噴嘴靜電紡絲裝置很難做到多噴嘴供液的均勻性，進行詳細的復雜的流道設計可以做到但是使整個設備成本以及復雜性均提高了。
[0003]本
【申請人】在中國專利CN104032383A中公開一種雙向螺旋靜電紡絲裝置，設有雙向螺紋導桿、儲液滑塊、豎直滑桿、導軌、機架、可控注射裝置、液體導管、分液裝置、高壓電源、氣栗、調壓閥、氣體導管、隔板、電機、從動帶輪、主動帶輪、V形帶、氣孔陣列和收集裝置。利用雙向螺紋導桿實現(xiàn)大面積、多射流噴射，以進一步提高靜電紡絲效率，減小紡絲射流間的靜電干擾和電場集中現(xiàn)象，促進納米纖維在收集板上的均勻分布，提高所收集到的納米纖維薄膜厚度均勻性，改善納米纖維薄膜的質量，確保多射流的穩(wěn)定快速噴射，實現(xiàn)大面積均勻納米薄膜的收集。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種具有錐形噴嘴陣列、旋轉離心動力均勻分液的旋轉多射流批量紡絲裝置。
[0005]本發(fā)明設有收集筒、分液臺、金屬薄膜、蓋臺、滾輪、滾珠、聯(lián)軸器、伺服電機、電機架、支架、供液裝置、導管、高壓電源；
[0006]所述分液臺上設有下層導板陣列，蓋臺上設有上層導板陣列，上層導板陣列與下層導板陣列數(shù)量一致，分液臺與蓋臺通過導板陣列對齊配合形成紡絲噴頭主體，內部腔體作為紡絲溶液緩沖室;分液臺和蓋臺邊緣設有凹槽陣列，凹槽陣列的數(shù)量與上層導板陣列一致;凹槽陣列中的每個凹槽分布于上層導板陣列中的兩個導板之間，上下兩個凹槽連接成微孔結構，分液臺和蓋臺的外形均為圓形，且上層導板和下層導板均為錐形，每兩個導板之間也構成錐形，且由圓心向微孔處收縮銜接并構成溶液的分液通道陣列；所述紡絲噴頭主體呈扁平錐狀，由紡絲噴頭主體中心處向微孔結構處收縮，錐形角為15?60° ；分液臺和蓋臺內側均噴涂有金屬薄膜，金屬薄膜通過外接導線接高壓電源正極，高壓電源負極接地；分液臺和蓋臺內側的金屬薄膜與紡絲溶液接觸使得溶液會產(chǎn)生極化;所噴涂的金屬薄膜在微孔結構處形成尖端電場，蓋臺頂部設有觀察檢測窗口，導管通過檢測窗口進入紡絲噴頭內腔，導管另一端與供液裝置連接，實現(xiàn)紡絲溶液持續(xù)輸入紡絲噴頭內腔。
[0007]所述分液臺的底部與支架的頂部均設有環(huán)形軌道，在兩個環(huán)形軌道之間設有滾珠并形成支承，配合紡絲噴頭作旋轉運動;分液臺底部設有4個滾輪，4個滾輪圓周分布并安裝于支架上，通過4個滾輪的約束使紡絲噴頭做圓周旋轉運動;分液臺底部的軸段通過聯(lián)軸器與伺服電機連接，伺服電機通過電機架與支架固定連接。收集筒為圓形結構，與紡絲噴頭同軸心安裝并可靠接地，與紡絲噴頭的微孔結構之間形成梯度高壓電場，可以實現(xiàn)收集紡絲噴頭產(chǎn)生的納米纖維。
[0008]所述凹槽陣列的數(shù)量可為10?100個。
[0009]所述微孔的直徑可為0.1?1_，微孔的長徑比可為2?5。
[0010]所述錐形的頂角可為15?30。。
[0011]所述金屬薄膜的厚度可為10?500μηι。
[0012]所述分液臺和蓋臺均采用絕緣材料。
[0013]所述導管的末端可高于內腔的液面，并且通過外部結構固定。
[0014]本發(fā)明工作時，通過伺服電機以一定的速率驅動聯(lián)軸器傳動，分液臺與蓋臺構成的紡絲噴頭主體便受力作旋轉運動，紡絲噴頭內腔的紡絲溶液離心力做離心運動，在上下導板構成的導向結構中分別分流至各個錐形通道，并在錐形通道的約束下流向微孔噴嘴，在微孔噴嘴出口處形成液滴;高壓電源輸出高壓于金屬薄膜，在紡絲噴頭的內腔一定程度的極化溶液，并在微孔噴嘴處與收集筒基底之間形成高壓電場，結合旋轉帶來的離心力，使微孔噴嘴出口處的液滴形成泰勒錐并噴射射流在電場中鞭動細化成納米纖維并沉積。隨著靜電紡絲納米纖維的不斷收集，紡絲溶液持續(xù)不斷的從微孔陣列中噴射，同時由供液裝置不斷的以一定速率供給紡絲溶液，使紡絲噴頭內腔的紡絲溶液的液位基本保持不變。通過旋轉離心動力以及機械錐形的導向使得分液能更均勻。整個紡絲噴頭的運動過程，由分液臺底部與支架頂部的環(huán)形軌道和滾珠之間形成支承，通過滾輪陣列提供側向的約束。本發(fā)明所引入的錐形通道的噴嘴以及旋轉離心動力進行一定速率的溶液供給，可以有效克服噴嘴堵塞以及出口處紡絲液滴的回流現(xiàn)象，并且更好實現(xiàn)多噴嘴的溶液分流，從而降低紡絲的臨界啟動電壓和提高了紡絲錐-射流的穩(wěn)定性，并在基底上收集到均勻的納米纖維。
[0015]本發(fā)明通過引入錐形通道的噴嘴以及旋轉動力進行一定速率的溶液供給，可以有效的克服噴嘴堵塞以及出口處紡絲液滴的回流現(xiàn)象，并設計有薄膜式電極克服靜電抑制干擾現(xiàn)象，并且更好的實現(xiàn)了多噴嘴的溶液均勻分流從而降低了紡絲的臨界啟動電壓和提高了紡絲錐-射流的穩(wěn)定性，并在基底上收集到均勻的納米纖維。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實施例的結構組成示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明實施例的蓋臺結構示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明實施例的分液臺結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0020]在圖1中，蓋臺4上有上層導板41陣列，分液臺2上有下層導板21陣列，上層導板41與下層導板21陣列數(shù)量一致，并且分液臺2與蓋臺4通過導板陣列對齊配合形成紡絲噴頭主體，其內部腔體作為紡絲溶液緩沖室，由于上層導板41和下層導板21對齊配合形成紡絲噴頭內部肋板結構，對紡絲噴頭內部腔體中的溶液分液起引導作用；分液臺2和蓋臺4邊緣設計有凹槽陣列，每個凹槽分布于每兩個導板之間，由于分液臺2和蓋臺4的對齊配合，上下兩個凹槽連接合成微孔結構。分液臺2和蓋臺4的外形均為圓形，且上層導板41和下層導板21的均設計為錐形，故每兩個導板之間也構成錐形，并且由圓心向微孔處收縮并銜接，并且構成溶液的分液通道陣列。所構成的紡絲噴頭主體也成扁平錐狀，由中心處向微孔結構處收縮。分液臺2和蓋臺4內側均噴涂有金屬薄膜3，通過金屬薄膜3與外界電連接實現(xiàn)電壓的供給，并且分液臺2和蓋臺4內側的金屬薄膜3與紡絲溶液接觸使得溶液會產(chǎn)生一定程度上的極化。所噴涂的金屬薄膜3在微孔結構處形成尖端電場;分液臺2和蓋臺4均采用高度絕緣材料。金屬薄膜3通過外接導線與高壓電源13正極連接，實現(xiàn)高壓電源13的供給，高壓電源13的負極接地。蓋臺4頂部設有圓形觀察窗口，與圓形有機玻璃配合作為檢測窗口。導管12通過檢測窗口進入紡絲噴頭內腔，導管12另一端與供液裝置11連接，實現(xiàn)紡絲溶液以一定的速率持續(xù)不斷的輸入紡絲噴頭內腔。導管12末端高于內腔的液面，并且通過外部結構固定。分液臺2的底部與支架10的頂部均設有環(huán)形軌道，滾珠6位于兩個軌道之間配合形成支承，配合紡絲噴頭作旋轉運動;分液臺2底部分別于4個滾輪5相切配合，4個滾輪5圓周分布并安裝于支架10上，通過4個滾輪5的約束使紡絲噴頭做圓周旋轉運動;分液臺2底部的軸段通過聯(lián)軸器7與伺服電機8連接，伺服電機8通過電機架9與支架10固定連接。收集筒I為圓形結構，與紡絲噴頭同軸心安裝并可靠接地。
[0021]本發(fā)明工作時，通過伺服電機8以一定的速率驅動聯(lián)軸器7傳動，分液臺2與蓋臺4構成的紡絲噴頭主體便受力作旋轉運動，紡絲噴頭內腔的紡絲溶液離心力做離心運動，在上下導板構成的導向結構中分別分流至各個錐形通道，并在錐形通道的約束下流向微孔噴嘴，在微孔噴嘴出口處形成液滴;高壓電源13輸出高壓于金屬薄膜3，在紡絲噴頭的內腔一定程度的極化溶液，并在微孔噴嘴處與收集筒I基底之間形成高壓電場，結合旋轉帶來的離心力，使微孔噴嘴出口處的液滴形成泰勒錐并噴射射流在電場中鞭動細化成納米纖維并沉積。隨著靜電紡絲納米纖維的不斷收集，紡絲溶液持續(xù)不斷的從微孔陣列中噴射，同時由供液裝置11不斷的以一定速率供給紡絲溶液，使紡絲噴頭內腔的紡絲溶液的液位基本保持不變。通過旋轉離心動力以及機械錐形的導向使得分液能更均勻。整個紡絲噴頭的運動過程，由分液臺2底部與支架10頂部的環(huán)形軌道和滾珠6之間形成支承，通過滾輪5陣列提供側向的約束。本發(fā)明所引入的錐形通道的噴嘴以及旋轉離心動力進行一定速率的溶液供給，可以有效克服噴嘴堵塞以及出口處紡絲液滴的回流現(xiàn)象，并且更好實現(xiàn)多噴嘴的溶液分流，從而降低紡絲的臨界啟動電壓和提高了紡絲錐-射流的穩(wěn)定性，并在基底上收集到均勻的納米纖維。
[0022]在圖2中，蓋臺4上有上層導板41陣列;每兩個導板之間也構成錐形，并且由圓心向微孔處收縮并銜接，錐形頂角為15?30°，并且構成溶液的分液通道陣列。蓋臺4內側噴涂有金屬薄膜3。
[0023]在圖3中，分液臺2上有下層導板陣列21;每兩個導板之間也構成錐形，并且由圓心向微孔處收縮并銜接，錐形頂角為15?30°，并且構成溶液的分液通道陣列。分液臺2內側噴涂有金屬薄膜3。
【主權項】
1.旋轉多射流批量紡絲裝置，其特征在于設有收集筒、分液臺、金屬薄膜、蓋臺、滾輪、滾珠、聯(lián)軸器、伺服電機、電機架、支架、供液裝置、導管、高壓電源； 所述分液臺上設有下層導板陣列，蓋臺上設有上層導板陣列，上層導板陣列與下層導板陣列數(shù)量一致，分液臺與蓋臺通過導板陣列對齊配合形成紡絲噴頭主體，內部腔體作為紡絲溶液緩沖室;分液臺和蓋臺邊緣設有凹槽陣列，凹槽陣列的數(shù)量與上層導板陣列一致；凹槽陣列中的每個凹槽分布于上層導板陣列中的兩個導板之間，上下兩個凹槽連接成微孔結構，分液臺和蓋臺的外形均為圓形，且上層導板和下層導板均為錐形，每兩個導板之間也構成錐形，且由圓心向微孔處收縮銜接并構成溶液的分液通道陣列;所述紡絲噴頭主體呈扁平錐狀，由紡絲噴頭主體中心處向微孔結構處收縮，錐形角為15?60°;分液臺和蓋臺內側均噴涂有金屬薄膜，金屬薄膜通過外接導線接高壓電源正極，高壓電源負極接地;蓋臺頂部設有觀察檢測窗口，導管通過檢測窗口進入紡絲噴頭內腔，導管另一端與供液裝置連接，實現(xiàn)紡絲溶液持續(xù)輸入紡絲噴頭內腔； 所述分液臺的底部與支架的頂部均設有環(huán)形軌道，在兩個環(huán)形軌道之間設有滾珠并形成支承，配合紡絲噴頭作旋轉運動;分液臺底部設有4個滾輪，4個滾輪圓周分布并安裝于支架上，通過4個滾輪的約束使紡絲噴頭做圓周旋轉運動;分液臺底部的軸段通過聯(lián)軸器與伺服電機連接，伺服電機通過電機架與支架固定連接;收集筒為圓形結構，收集筒與紡絲噴頭同軸心安裝并接地。2.如權利要求1所述旋轉多射流批量紡絲裝置，其特征在于所述凹槽陣列的數(shù)量為10?100個。3.如權利要求1所述旋轉多射流批量紡絲裝置，其特征在于所述微孔的直徑為0.1?1mm，微孔的長徑比為2?5。4.如權利要求1所述旋轉多射流批量紡絲裝置，其特征在于所述錐形的頂角為15?30。。5.如權利要求1所述旋轉多射流批量紡絲裝置，其特征在于所述金屬薄膜的厚度為10?500μπιο6.如權利要求1所述旋轉多射流批量紡絲裝置，其特征在于所述分液臺和蓋臺均采用絕緣材料。7.如權利要求1所述旋轉多射流批量紡絲裝置，其特征在于所述導管的末端高于內腔的液面，并且通過外部結構固定。
【文檔編號】D01D5/00GK105926057SQ201610563292
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月18日
【發(fā)明人】鄭高峰, 鐘煒政, 陳冬陽, 張愷, 朱萍, 姜佳昕
【申請人】廈門大學