一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置，由輥筒、加熱棒、螺旋翅片、電滑環、溫度傳感器、線性帶孔電極板、接收網板、抽風裝置、靜電發生器、保溫儲槽和電機組成；輥筒表面纏繞整體散熱螺旋翅片，翅片采用儲槽式流道設計，螺旋翅片表面可采用圓弧型凸起和凹入設計，線性帶孔電極板和接收網板均與靜電發生器的正極相連，帶孔電極和接收裝置安裝于輥體的上面，可在框架內上下移動以實現不同的電極間距調整，抽風裝置安裝于整個裝置的最上端，電機通過鏈輪形式帶動輥筒旋轉。本發明采用整體螺旋翅片纏繞在輥筒上的方式，不會產生堵塞，翅片表面有流道設計，可實現熔體二次分流作用，且通過此裝置可形成多股的噴射流，滿足了產業化的需求。
【專利說明】一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置，屬于靜電紡絲領域。
【背景技術】
[0002]自1934年，Formalas發明了用靜電力制備聚合物纖維的實驗裝置并申請了專利后，靜電紡絲便以其制造裝置簡單、紡絲成本低廉、可紡物質種類繁多、工藝可控等優點，弓丨起了世界科學工作者廣泛的關注，目前已有三十多種聚合物通過此方法成功制得超細纖維。
[0003]靜電紡絲技術是利用高壓靜電場使聚合物溶液或熔體帶電并產生形變，在噴頭末端形成一個錐形(Taylor錐)，當液滴表面的電荷斥力超過其表面張力時，在液滴表面就會形成高速噴射流，最終沉積在接收極板上，形成超細納米纖維。靜電紡絲分為溶液靜電紡絲和熔體靜電紡絲。溶液電紡裝置雖然簡單、可紡種類較多，但由于溶劑揮發易造成環境污染等問題受到諸多限制；而熔體電紡不需要利用溶劑，因此避免了溶液電紡存在的一些問題。
[0004]為了適應工業化需求，提高紡絲的產量，研究者對紡絲裝置做了大量改進和創新。其中，最早由美國申請了數個多噴頭式靜電紡絲裝置的專利，但由于它們都是針頭式噴頭，針頭容易堵塞且相互之間會有干擾。捷克的“納米蜘蛛”(中國專利200480025691.5)采用輥筒式噴絲，解決了針頭式噴頭堵塞等問題，滿足了產業化的需求，但它對紡絲液的要求苛亥IJ，靜電紡絲所需要的電場強度很大，紡絲裝置結構也比較復雜，紡絲工藝要求高，而且圓筒上的薄膜極易越來越厚，不利于Taylor錐的形成。上述這些都是針對溶液靜電紡絲而設計的，始終解決不了溶劑揮發等問題，如何實現熔體紡絲批量化生產是當前一大難題。

【發明內容】

[0005]本發明以提高熔體靜電紡絲纖維產量為目標，基于熔體微分原理，提出一種無噴針螺旋式帶溝槽結構的自加熱輥子紡絲裝置，并結合線性帶孔電極板和冷氣流抽吸，實現了熔體靜電紡絲的批量制備，避免了以往單噴針設備產量低，纖維細度較粗的缺陷，具有維護簡單，易產業化擴展等優勢。輥筒部分采用內置加熱棒的新方法，加熱裝置與輥筒融為一體，制作簡單，生產過程中參數穩定。
[0006]實現上述目的的方案是:一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置，由輥筒、加熱棒、螺旋翅片、電滑環、溫度傳感器、線性帶孔電極板、接收網板、抽風裝置、靜電發生器、框架、保溫儲槽和電機組成。輥筒通過軸承固定在輥筒支架上，加熱棒置于輥筒的中心，以保證輥體表面溫度均勻一致，溫度傳感器置于輥體內部，以控制輥體表面溫度。輥筒表面纏繞整體散熱螺旋翅片，翅片采用儲槽式流道設計以保證紡絲過程中翅片上所粘附的物料充足，螺旋翅片表面可采用圓弧型凸起和凹入設計，以利于形成噴射流。線性帶孔電極板和接收網板均與靜電發生器的正極相連，帶孔電極和接收裝置安裝于輥體的上面，可在框架內上下移動以實現不同的電極間距調整，抽風裝置安裝于整個裝置的最上端，電機通過鏈輪形式帶動輥筒旋轉。
[0007]本發明一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置，采用線性帶孔電極板，紡絲發生時，整個圓筒上會形成一條射流，故將帶孔電極板中間的孔做成線性，使射流能夠正常通過；同時為了避免射流粘附在帶孔極板上，在開孔處的側面并列排布一系列柱狀形孔洞，環向周圍加吹風裝置，風速大小可控。
[0008]本發明一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置，采用整體螺旋翅片纏繞于輥筒表面，螺旋翅片表面可采用圓弧型凸起和凹入設計，同時為了能保證紡絲過程中翅片上所粘附的物料充足，采用儲槽式流道設計，在螺旋表面布有均布的小室，這些小室前后連通，當某一小室旋轉到物料儲槽時，便會有熔體進入到小室內，在其旋轉到上端的過程中，小室的熔體便會流出到達螺旋翅片表面，進而在電場力作用下拉伸產生射流。
[0009]本發明一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置，采用雙電極拉伸，線性帶孔電極板和接收網板均接正向高壓靜電，線性帶孔電極板的電壓范圍為0-70kv，接收網板的電壓范圍為10-80kv。線性帶孔電極板和接收網板均采用圓弧型設計，和螺線的圓柱輪廓平行，保證螺線上對應弧段電場分布均勻，增加各弧段射流根數。
[0010]本發明一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置，采用自加熱輥子結構，加熱棒置于輥體中心，以保證輥體表面溫度均勻，加熱棒引線通過輥體中心軸穿出與軸端電滑環相連，使輥體能夠正常旋轉。
[0011]本發明一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置，熔體儲槽采用保溫設計，整個輥筒只露出能夠產生噴射流的一部分，且儲槽外壁采用加熱裝置，由進料機構連續供給物料。
[0012]本發明一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置，它突破傳統的噴頭式思維，采用整體螺旋翅片纏繞在輥筒上的方式，不會產生堵塞，翅片表面有流道設計，可實現熔體二次分流作用，且通過此裝置可形成多股的噴射流，滿足了產業化的需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1本發明一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置正面示意圖；
[0014]圖2本發明一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置側面示意圖；
[0015]圖3本發明一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置的螺旋翅片表面-圓弧型凸起的示意圖；
[0016]圖4本發明一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置的螺旋翅片表面-圓弧型凹入的示意圖；
[0017]圖5本發明一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置的螺旋翅片表面-三角形凸起的示意圖；
[0018]圖6本發明一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置的螺旋翅片帶有儲槽式流道的示意圖；
[0019]圖7本發明一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置的帶孔電極板示意圖
[0020]圖8本發明一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置的接收網板示意圖
[0021]圖9本發明一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置的保溫儲槽示意圖
[0022]圖中:1_輥筒；2_加熱裝置；3_散熱螺旋翅片；4_輥筒支架；5_熔體或溶液儲槽；6-電滑環；7_線性帶孔電極；8_接收網板；9_靜電發生器；10_溫度傳感器；11_抽風裝置；12-電機；13-框架；14-鏈輪；15-螺旋翅片表面溝槽，16-進料機構。
【具體實施方式】
[0023]本發明提出一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置。裝置示意圖如圖1和圖2所示，該裝置包括輥筒1、可給輥筒進行加熱的加熱裝置2、纏繞在輥筒上的整體散熱螺旋翅片3、輥筒支架4、熔體或溶液儲槽5、電滑環6、線型帶孔電極7、接收裝置8、靜電發生器9、檢測輥筒溫度的溫度傳感器10、抽風裝置11、帶動輥筒旋轉的電機12、框架13、鏈輪14、均布于螺旋片表面溝槽15和進料機構16。輥筒I通過軸承固定在輥筒支架4上，加熱棒2置于輥筒I的中心，以保證輥體表面溫度均勻一致，加熱棒引線通過輥體中心軸穿出與軸端電滑環6相連，使輥筒I能夠正常旋轉。整體散熱螺旋翅片3纏繞于輥筒I的表面，溫度傳感器10置于輥體內部，以控制輥體表面溫度，電滑環6置于輥軸一端的外邊緣，用來連接加熱裝置和傳感器的引線，線性帶孔電極板7和接收網板8均與靜電發生器9的正極相連，帶孔電極板7和接收網板8安裝于框架13的上端，可在框架內上下移動以實現不同的電極間距，抽風裝置11置于整個裝置的最上端，電機12通過鏈輪14帶動輥筒I旋轉。
[0024]由于熔體需要加熱，為了保證熔體的溫度，儲槽5采用保溫設計，整個輥筒I只露出能夠產生噴射流的一部分(如圖9所示)，且儲槽外壁采用加熱裝置，由進料機構16連續供給物料。調節帶電極板7和接收網板8的電壓和間距，使螺旋翅片形成噴射流，此時在整個圓筒上會形成一條線性射流，故將帶孔極板7中間的孔做成線性的(如圖7所示)，使射流能夠正常通過，為了避免射流粘附在帶孔極板上，在開孔處的側面排布柱狀形小空腔(如圖8所示)，加上吹風裝置，風速大小可控。螺旋翅片表面可采用圓弧型凸起和凹入等設計，實施方式如圖3、圖4及圖5不等，同時為了能保證紡絲過程中翅片上所粘附的物料充足，可采用儲槽式流道設計，如圖6所示，在螺旋表面布有均布的溝槽15，這些溝槽前后連通，當某一溝槽旋轉到物料儲槽5時，便會有熔體進入到槽內，在其旋轉到上端的過程中，槽內的熔體便會流出到達螺旋翅片表面，進而在電場力作用下拉伸產生射流。
[0025]一個具體實施例如圖1、2、7、8、9所示，采用螺桿擠出機以3kg/h向儲槽5連續供給低粘度聚丙烯熔體，電機12在30r/min下通過鏈輪14帶動棍筒I轉動，聚丙烯熔體流動指數為1500g/10min，輥筒I外徑為100mm，輥筒長度為250mm，螺旋片螺距為10mm，表面導流槽寬為2mm寬，槽長為5mm，槽間距為5mm，溫度傳感器10控制加熱溫度為220°C，經過Imin的連續制備可在接收網板8上得到30g的納米纖維,纖維直徑可達500_1600nm。
【權利要求】
1.一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置，其特征在于:由輥筒、加熱棒、螺旋翅片、電滑環、溫度傳感器、線性帶孔電極板、接收網板、抽風裝置、靜電發生器、框架、保溫儲槽和電機組成，輥筒通過軸承固定在輥筒支架上，加熱棒置于輥筒的中心，溫度傳感器置于輥體內部，加熱棒引線通過輥體中心軸穿出與軸端電滑環相連,輥筒表面纏繞整體散熱螺旋翅片，翅片采用儲槽式流道設計，在螺旋表面布有均布的小室，這些小室前后連通；線性帶孔電極板和接收網板均與靜電發生器的正極相連，帶孔電極和接收裝置安裝于輥體的上面，可在框架內上下移動，抽風裝置安裝于整個裝置的最上端，電機通過鏈輪形式帶動輥筒旋轉。
2.根據權利要求1所述的一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置，其特征在于，螺旋翅片表面采用圓弧型凸起、圓弧型凹入或三角形凸起設計。
3.根據權利要求1所述的一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置，其特征在于，中間的孔做成線性，在開孔處的側面并列排布一系列柱狀形孔洞，環向周圍加吹風裝置。
4.根據權利要求1所述的一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置，其特征在于，翅片采用的儲槽式流道設計為在螺旋表面布有均布的溝槽。
5.根據權利要求1所述的一種線性帶孔電極熔體靜電紡絲裝置，其特征在于，熔體儲槽采用保溫設計，整個輥筒只露出能夠產生噴射流的一部分，且儲槽外壁采用加熱裝置，由進料機構連續供給物料。
【文檔編號】D01D5/00GK103510165SQ201310359623
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年8月16日 優先權日:2013年8月16日
【發明者】楊衛民, 李好義, 李小虎, 陳宏波, 鐘祥烽, 丁玉梅 申請人:北京化工大學