一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置，屬于靜電紡絲領域。主要包括電機、聯(lián)軸器、上料筒、下料筒、接收裝置、高壓靜電發(fā)生器、噴頭、加熱裝置、螺桿、銅環(huán)滑動軸承和溫度傳感器，電機與上料筒通過長螺栓支撐，上料筒和下料筒通過短螺栓連接，中間配合有銅環(huán)滑動軸承，銅環(huán)滑動軸承中設置有分流流道，與噴頭雙層花瓣配合，形成雙層射流，電機通過聯(lián)軸器帶動螺桿轉動，螺桿通過銅環(huán)滑動軸承與料筒相配合，下端通過螺紋連接與噴頭連接并帶動噴頭轉動，電機帶動螺桿轉動可有效控制紡絲輸料量，多級分流和噴頭旋轉，還可獲得更細更均勻的纖維，而花瓣形噴頭可提高紡絲效率。
【專利說明】—種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置
【技術領域】
[0001]一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置，屬于靜電紡絲領域。
【背景技術】
[0002]隨著納米技術的研究和發(fā)展，靜電紡絲已經(jīng)成為目前比較熱門和更有效制造超細纖維的方法。制備時，溶液或熔體在電壓的作用下形成泰勒錐，隨著電壓不斷增大，泰勒錐克服自身表面張力形成噴射細流，飛向接收裝置，并不斷固化形成纖維。目前，通過靜電紡絲方法成功制得了幾十種聚合物纖維，制得的纖維直徑一般在幾微米之間，甚至達到納米級。靜電紡絲的設備簡單、操作容易、工藝過程不破壞材料本體，所制備的纖維在過濾、醫(yī)學、航空等領域有很廣闊的應用前景。
[0003]目前已有的靜電紡絲裝置普遍或多或少的存在生產(chǎn)效率相對較低、流量不均勻等問題，而且大多數(shù)研究都集中在單個裝置的研究，例如噴頭結構設計、工藝過程等，本發(fā)明則針對熔體靜電紡絲存在的缺陷，對整個靜電紡絲裝置進行改進，包括進料系統(tǒng)、加熱裝置、噴頭等，對總體結構進行優(yōu)化，從而提高靜電紡絲生產(chǎn)效率，獲得均勻纖維。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置，可針對上述問題，克服靜電紡絲裝置生產(chǎn)效率相對較低、流量不均勻等缺陷，同時還可以使纖維更均勻、更纖細。
[0005]實現(xiàn)上述目的的方案是:一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置，主要包括電機、聯(lián)軸器、上料筒、下料筒、接收裝置、高壓靜電發(fā)生器、噴頭、加熱裝置、螺桿、銅環(huán)滑動軸承和溫度傳感器。電機和上料筒通過長螺栓連接，將電機支撐于上料筒上方；上料筒和下料筒通過四個均布的短螺栓連接，以方便拆裝；螺桿上端通過聯(lián)軸器和電機連接，螺桿下端置于上料筒和下料筒的內(nèi)腔中，在上料筒和下料筒之間安裝銅環(huán)滑動軸承，銅環(huán)滑動軸承的下端與下軸承孔過盈配合，銅環(huán)滑動軸承的上端和上軸承孔過盈配合，多面配合使得銅環(huán)滑動軸承精確定位，銅環(huán)滑動軸承的內(nèi)接觸面和螺桿間隙配合，形成一個滑動副，聚合物熔體對其還有一定的潤滑作用；噴頭和螺桿為螺紋連接，螺桿轉動一部分起輸料作用，一部分帶動噴頭旋轉，使流量分布均勻；加熱裝置采用加熱圈，分三級加熱，保證預熱、熔融充分到位；高壓靜電發(fā)生器與接收裝置連接，溫度傳感器傳遞溫度，外置溫控箱控制溫度。
[0006]本發(fā)明一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置，其電機為可調(diào)速的步進電機，可以達到很小轉速，電機通過聯(lián)軸器和螺桿相連，通過調(diào)節(jié)電機的轉速，可以改變螺桿轉速，從而改變擠出熔體的流量，達到調(diào)節(jié)熔體流量的效果，同時螺桿帶動噴頭轉動，均布熔融聚合物，使射流均勻，從而紡得均勻纖維。
[0007]本發(fā)明一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置，在上料筒和下料筒連接處配置有通過上軸承孔和下軸承孔定位的銅環(huán)滑動軸承，銅環(huán)滑動軸承對螺桿有定位對中作用，保證螺桿在下端不會偏心，從而保證螺桿和料筒之間的間隙均勻，使聚合物均勻輸運；銅環(huán)滑動軸承上有分流道，具有分流作用，配合噴頭形成雙層射流；銅環(huán)滑動軸承配合螺桿在料筒中旋轉，也帶動噴頭旋轉，使熔融聚合物沿噴頭均勻分布。
[0008]本發(fā)明一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置，設置有分流料道，減小了流量，加料口豎直進料，通過料筒外壁的三級加熱圈，將聚合物加熱熔融，熔融聚合物在料筒內(nèi)腔中流動，熔融聚合物通過銅環(huán)滑動軸承分為十六股，銅環(huán)滑動軸承內(nèi)均布八個一級流道，八個一級流道又分成十六個二級流道，十六個二級流道分為兩組，各有八個流道，一組為內(nèi)圈流道，另一組為外圈流道，熔體通過內(nèi)外圈流道分別流向噴頭內(nèi)外層錐面。噴頭緊接銅環(huán)滑動軸承下端，為該裝置的核心部分，分為內(nèi)外兩層，經(jīng)外圈流道流下的熔體在噴頭外層錐面上均勻分布，不斷沿錐面下落減薄，噴頭上端有下環(huán)形流道，在下環(huán)形流道上均布八個豎直流道，這八個豎直流道通向噴頭內(nèi)層錐面。噴頭上的下環(huán)形流道和銅環(huán)滑動軸承上的上環(huán)形流道相配合組成一個完整的環(huán)形流道，連通整個內(nèi)層熔體流道。
[0009]本發(fā)明一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置，其噴頭的底端面采用車銑法銑為花瓣形，花瓣的弧形連接處為光滑過渡，防止尖端造成泰勒錐聚集而導致紡絲效率降低。通過雙層花瓣形的噴頭，將單層紡絲轉化為雙層紡絲，擴大形成泰勒錐的面積，不僅提高了紡絲效率，而且在相同流量下，分成多個出口，使流量進一步減小，在兩層噴頭上的熔體液膜更薄，形成的熔體纖維更纖細。
[0010]本發(fā)明一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置，可用于粉末狀、粒狀等聚合物顆粒的熔體紡絲，也可用于溶液紡絲。當為熔體紡絲時，為了防止聚合物顆粒發(fā)生架橋或者黏結于入口處無法下落，螺桿上端焊接一個刮料板，形狀為直角梯形，其斜邊與加料口內(nèi)面配合，斜度相同，使得刮料板隨螺桿轉動時，將入口處的物料有效刮落。當為溶液紡絲時，不需要開啟加熱裝置。
[0011]本發(fā)明一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置，電機帶動螺桿轉動可有效控制紡絲輸料量，從而控制流量，同時帶動噴頭旋轉，均勻了紡絲流量；多級分流和噴頭旋轉，不僅可有效控制流量，同時可獲得更細更均勻的纖維，而花瓣形噴頭可提高紡絲效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置的總裝圖的剖視圖。
[0013]圖2是本發(fā)明一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置中下料筒的俯視圖。
[0014]圖3是本發(fā)明一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置中下料筒的A-A階梯剖視圖。
[0015]圖4是本發(fā)明一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置中噴頭的主視圖全剖視圖。
[0016]圖5是本發(fā)明一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置中噴頭的俯視圖。
[0017]圖6是本發(fā)明一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置中銅環(huán)滑動軸承的主視圖全首1J視圖。
[0018]圖7是本發(fā)明一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置中銅環(huán)滑動軸承的仰視圖。
[0019]圖8是本發(fā)明一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置中螺桿的結構示意圖。
[0020]圖中:1-電機，2-聯(lián)軸器，3-長螺栓，4-上料筒，5-螺桿，6_加熱圈，7_銅環(huán)滑動軸承，8-下料筒，9-噴頭，10-溫度傳感器，11-短螺栓，12-上軸承孔，13-料筒內(nèi)腔，14-加料口，15-下軸承孔，16-噴頭螺紋，17-噴頭外層錐面，18-噴頭內(nèi)層錐面，19-豎直流道，20-上環(huán)形流道，21-下環(huán)形流道，22-內(nèi)圈流道，23-外圈流道，24- 一級流道，25-內(nèi)接觸面，26-刮料板，27-螺桿螺紋。【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置，如圖1所示，該裝置主要包括電機
1、聯(lián)軸器2、上料筒4、螺桿5、加熱圈6、銅環(huán)滑動軸承7、下料筒8、噴頭9、接收裝置28和高壓靜電發(fā)生器29。其工作過程為電機I帶動螺桿5在料筒中旋轉，同時帶動噴頭9轉動，使熔融聚合物均勻分布于噴頭9兩層壁面上，開啟高壓靜電發(fā)生器29，在電壓作用下，熔融聚合物在花瓣上形成泰勒錐，增大電壓，泰勒錐噴射形成射流，落到接收裝置28形成纖維。
[0022]本發(fā)明一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置，首先，將三個加熱圈6分別設定在低、中、高三個溫度檔，可根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)溫度，保證上料筒4和下料筒8加熱到預設溫度，上料筒4和下料筒8通過四個均布的短螺栓11連接，如圖2和圖3所示。溫度傳感器10與溫控箱直接相連，將溫度傳遞給溫控箱，溫控箱用于對加熱溫度進行控制與調(diào)節(jié)。當溫度加熱到預設溫度后，開啟電機1，電機I與上料筒4通過長螺栓3相連接，螺桿5通過聯(lián)軸器2與電機I相連，高分子聚合物通過加料口 14加到上料筒4中，螺桿5上的刮料板26可以將高分子聚合物刮離加料口 14，防止產(chǎn)生架橋和粘結現(xiàn)象。接著熔融的聚合物通過螺桿5轉動輸運，從料筒內(nèi)腔13向下進料，聚合物熔體進一步熔融，流動性增強。當聚合物熔體運動到上料筒4和下料筒8之間時，將通過銅環(huán)滑動軸承7的一級流道24向下流動，聚合物熔體流過一級流道24后分流，流向內(nèi)圈流道22和外圈流道23，如圖6和圖7所示。上料筒4和下料筒8通過短螺栓11相連接，使得整個裝置的密封性良好，在上料筒4和下料筒8之間安裝銅環(huán)滑動軸承7，銅環(huán)滑動軸承7的下端與下軸承孔15過盈配合，銅環(huán)滑動軸承7的上端和上軸承孔12過盈配合，多面配合使得銅環(huán)滑動軸承7精確定位。銅環(huán)滑動軸承7的內(nèi)接觸面25和螺桿5間隙配合，形成一個滑動副，聚合物熔體對其還有一定的潤滑作用。外圈流道23內(nèi)的熔體繼續(xù)往下流到噴頭9時，通過噴頭9上的噴頭外層錐面17漸漸拉伸形成第一層液膜，內(nèi)圈流道22內(nèi)的熔體經(jīng)過噴頭9的上環(huán)形流道20和銅環(huán)滑動軸承7的下環(huán)形流道21組成的環(huán)形流道重新分布，流向8個豎直流道19。豎直流道19內(nèi)的熔體流向噴頭內(nèi)層錐面18，再次均勻拉伸減薄，在噴頭內(nèi)層錐面18上形成第二層液膜，噴頭9內(nèi)外兩層的端面用銑刀銑出花瓣的形狀，花瓣的圓弧過渡圓滑，沒有尖角，從而增大形成泰勒錐的環(huán)向面積，可產(chǎn)生更多束纖維，噴頭9的形狀和流道分布如圖4和圖5所示。待流道充滿熔融聚合物，打開高壓靜電發(fā)生器29，高壓電加在接收裝置28，不斷增大電壓，待雙層花瓣噴頭邊緣液膜形成泰勒錐，繼續(xù)增大電壓，泰勒錐形成射流，噴射向接收裝置28，并不斷固化形成纖維。在此過程中由于螺桿5的螺桿螺紋27和噴頭螺紋16相配合固定，當螺桿5轉動時，帶動噴頭9 一起勻速轉動，有利于熔體的均勻分布和減薄，從而使紡制的纖維更加均勻、更加纖細。在不加熱的情況下，也可用于溶液等其他物料的靜電紡絲。
【權利要求】
1.一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置，其特征在于:主要包括電機、聯(lián)軸器、上料筒、下料筒、接收裝置、高壓靜電發(fā)生器、噴頭、加熱裝置、螺桿、銅環(huán)滑動軸承和溫度傳感器，電機和上料筒通過長螺栓連接，將電機支撐于上料筒上方；上料筒和下料筒通過四個均布的短螺栓連接；螺桿上端通過聯(lián)軸器和電機連接，螺桿下端置于上料筒和下料筒的內(nèi)腔中，在上料筒和下料筒之間安裝銅環(huán)滑動軸承，銅環(huán)滑動軸承的下端與下軸承孔過盈配合，銅環(huán)滑動軸承的上端和上軸承孔過盈配合；銅環(huán)滑動軸承的內(nèi)接觸面和螺桿間隙配合；噴頭和螺桿為螺紋連接，螺桿轉動一部分起輸料作用，一部分帶動噴頭旋轉；加熱裝置采用加熱圈，分三級加熱；高壓靜電發(fā)生器與接收裝置連接，溫度傳感器傳遞溫度，外置溫控箱控制溫度；銅環(huán)滑動軸承上有分流道，具有分流作用，配合噴頭形成雙層射流；噴頭的底端面采用車銑法銑為花瓣形，花瓣的弧形連接處為光滑過渡。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置，其特征在于:電機為可調(diào)速的步進電機。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置，其特征在于:熔融聚合物通過銅環(huán)滑動軸承分為十六股，銅環(huán)滑動軸承內(nèi)均布八個一級流道，八個一級流道又分成十六個二級流道，十六個二級流道分為兩組，各有八個流道，一組為內(nèi)圈流道，另一組為外圈流道，熔體通過內(nèi)外圈流道分別流向噴頭內(nèi)外層錐面；噴頭緊接銅環(huán)滑動軸承下端，分為內(nèi)外兩層，經(jīng)外圈流道流下的熔體在噴頭外層錐面上均勻分布，不斷沿錐面下落減薄，噴頭上端有下環(huán)形流道，在下環(huán)形流道上均布八個豎直流道，這八個豎直流道通向噴頭內(nèi)層錐面；噴頭上的下環(huán)形流道和銅環(huán)滑動軸承上的上環(huán)形流道相配合組成一個完整的環(huán)形流道，連通整個內(nèi)層熔體流道。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種雙層花瓣形噴頭的靜電紡絲裝置，其特征在于:螺桿上端焊接一個刮料板，形狀為直角梯形，其斜邊與加料口內(nèi)面配合，斜度相同。
【文檔編號】D01D4/02GK103451751SQ201310334445
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月2日 優(yōu)先權日:2013年8月2日
【發(fā)明者】楊衛(wèi)民, 劉兆香, 劉曉鳳, 李好義, 丁玉梅 申請人:北京化工大學