專利名稱：一種連續的纖維制造裝置的制作方法
技術領域：
一種連續的纖維制造裝置技術領域[0001 ] 本實用新型涉及一種靜電紡絲裝置，尤其是涉及一種連續的纖維制造裝置。
背景技術：
[0002]靜電紡絲具有技術簡單、成本低廉和純物理拉伸等特點，未來極有可能成為納米纖維的主流制造技術。傳統的靜電紡絲效率極低，嚴重制約了納米纖維的工業應用與商業化推廣。[0003]隨著靜電紡絲技術的成熟和納米纖維應用研究的深入，針對產率低下這一瓶頸，國內外科研人員進行了大量相關研究，并取得了 一些進展。[0004]中國專利CN200720076954.6公開一種高效多針靜電紡絲噴絲裝置，該裝置是對傳統單噴頭的自然擴展，然而經過長期的實驗，發現多針頭噴絲設計存在著噴絲頭堵塞、噴絲頭之間電場相互影響、所加電壓偏高、紡絲質量差和需要給加壓泵等問題。尼日利亞石開究人員(0.0.Dosunmu, G.G.Chase, ff.Kataphinan, D.H.Reneker.Electrospinningof polymer nanofibres from multiple jets on a porous tubular surface.Nanotechnology2006, 17:1123-1127)通過多孔管噴嘴批量電紡，利用氣壓裝置將管內的聚合物溶液緩慢的擠出孔外，在高壓電場的作用下，產生多束射流噴射到外圍環繞的一層金屬圓柱形接收網上。此方法需要氣泵輔助供液，結構較為復雜，且存在管孔易堵塞問題。Yarin等(Theron A, Zussman E, Yarin A L.Electrostatic field - assisted alignmentof electrospun nanofibres.Nanotechnology, 2001, 12(3): 384-390.)以色列研究人員提出一種將含有鐵磁性液體的雙層溶液體系置于磁場與電場中實現批量電紡的技術，該技術雖然可以解決針頭堵塞問題，但容易在聚合物溶液中混入雜質，影響纖維質量，而且還存在雙層溶液體系操作不便，纖維直徑均勻性差等問題。另外，捷克的ELMARC0公司設計出一種商用靜電紡絲機Nanospider，該裝置采用金屬滾筒代替傳統針尖噴頭，電紡時將金屬圓筒浸入在聚合物溶液內，在電動機的驅動下自轉，對溶液的自由表面造成擾動，產生射流，最終獲得納米纖維，但其存在殘余物不易清理等缺點。發明內容[0005]本實用新型的目的是提供可克服供液不連續、射流尺寸差異大和表層溶液凝固等缺點，可保證纖維直徑一致性并連續電紡納米纖維的一種連續的纖維制造裝置。[0006]本實用新型設有電機、連接器、轉動軸、誘導滾輪、針尖陣列、環形儲液槽、直流高壓電源、收集板和供液裝置；[0007]電機輸出軸經連接器與轉動軸連接，誘導滾輪與轉動軸轉動連接，誘導滾輪表面設有齒圈，針尖陣列安裝于誘導滾輪表面，環形儲液槽內設有環形齒條，環形齒條與所述誘導滾輪的齒圈嚙合，直流高壓電源正極與環形溶液槽連接，直流高壓電源負極與收集板連接，收集板設于環形溶液槽上方，收集板接地，供液裝置通過輸液管與環形儲液槽連通。[0008]所述電機最好采用步進電機。[0009]所述電機輸出軸最好位于環形儲液槽中心孔的中心線上，所述轉動軸最好處于水平位置且與電機輸出軸垂直。[0010]所述誘導滾輪最好通過軸承與轉動軸轉動連接，所述齒圈最好設于誘導滾輪中部。[0011]所述針尖陣列安裝于誘導滾輪表面，最好是針尖陣列的各針尖與設于誘導滾輪表面的螺紋孔螺接。[0012]所述針尖陣列可設有4排針尖，4排針尖均沿誘導滾輪軸向設置，相鄰2排針尖在同一圓周上的間隔角度為90度。[0013]本實用新型的工作原理及有益效果如下:[0014]當裝置開始工作時，首先打開高壓電源并調整到一定的電壓(如50kV)，接著啟動電機，轉動軸開始轉動，轉動軸帶動誘導滾輪做周向運動；由于誘導滾輪上齒輪與環形儲液槽中的環形齒條嚙合，使誘導滾輪繞著轉動軸的中軸線進行自轉，此時誘導滾輪上的陣列針尖挑動聚合物溶液液面，輔助溶液克服自由液面表面張力的束縛，產生泰勒錐并在電場作用下形成大量射流，經不穩定性鞭動和溶劑揮發，最終在收集板上沉積固態納米纖維。在溶液表面的射流持續噴射一段時間后將消失，為此在其消失之前，陣列針尖將再次移動到該處或附近誘發產生下一個射流，如此周而復始，可連續電紡納米纖維。由于所述的誘導滾輪和針尖尺寸很小，針尖和收集板的距離與液面和收集板間距差別不大，那么陣列針尖上少量射流所形成的纖維與液面產生的纖維直徑基本相同；同時誘導滾輪在誘導形成射流過程對電場干擾較小，保證了纖維直徑的一致性。另外，供液裝置通過輸液管為環形溶液槽提供溶液，使環形溶液槽中的溶液液面保持不變，實現了纖維的連續穩定制造。
[0015]圖1為本實用新型實施例的結構示意圖。[0016]圖2為本實用新型實施例中的轉動軸和誘導滾輪結構示意圖。[0017]圖3為本實用新型實施例的使用狀態示意圖。
具體實施方式
[0018]參見圖1和2，本實用新型實施例設有步進電機1、連接器2、轉動軸3、誘導滾輪4、針尖陣列5、環形儲液槽6、環形齒條7、直流高壓電源8、收集板9和供液裝置10。[0019]步進電機I輸出軸經連接器2與轉動軸3連接，誘導滾輪4與轉動軸3轉動連接。針尖陣列5安裝于誘導滾輪4表面，針尖陣列5的各針尖與設于誘導滾輪4表面的螺紋孔(圖1和2中未畫出)螺接。誘導滾輪4由誘導輪41、2個滾珠軸承42、套筒43和卡環44構成，誘導輪41中部設有齒圈45。滾珠軸承42內圈與轉動軸3過盈配合，誘導滾輪4左右兩側軸向由轉動軸3的軸肩、套筒43和卡環44固定，誘導輪41與滾珠軸承42外圈過盈配合，滾珠軸承42由卡環44限制，套筒43與轉動軸3轉動配合。以齒圈45為基準，所述針尖陣列5沿誘導滾輪4軸向對稱設置有4排針尖，相鄰2排針尖在同一圓周上的間隔角度為90度(即4排針尖呈十字形設置)。[0020]環形儲液槽6內設有環形齒條7，環形齒條7與齒圈42嚙合，直流高壓電源8正極與環形儲液槽6連接，直流高壓電源8負極與收集板9連接，收集板9設于環形儲液槽6上方，收集板9接地。供液裝置10通過輸液管101與環形儲液槽6連通。[0021]所述步進電機I輸出軸位于環形儲液槽6中心孔的中心線上，所述轉動軸3處于水平位置且與步進電機I輸出軸垂直。[0022]參見圖1和圖3，步進電動I機轉動時，通過連接器2的連接帶動轉動軸3繞環形儲液槽6圓心做圓周運動，同時帶動誘導滾輪4做圓周運動。由于誘導滾輪4的齒圈45與環形儲液槽6中的環形齒條7嚙合，因此誘導滾輪4在進行繞轉動軸3公轉的同時也進行自轉。安裝在誘導滾輪4上的針尖陣5按照誘導輪的路徑和運動方式連續不斷地進行誘導溶液表面生成射流。環形儲液槽7內的聚合物溶液在針尖陣列5電場的作用下于收集板9上形成納米纖維。圖3中的箭頭表示轉軸3繞環形儲液槽6圓心做圓周運動的方向。圖3中的彎曲線表示納米纖維射流。[0023]實際應用時，針尖陣列5的針尖數量和排列方式可根據需要設置，最好呈單排排列，每個針尖的間距適當，可減少初始射流之間的相互干擾。
權利要求1.一種連續的纖維制造裝置，其特征在于設有電機、連接器、轉動軸、誘導滾輪、針尖陣列、環形儲液槽、直流高壓電源、收集板和供液裝置； 電機輸出軸經連接器與轉動軸連接，誘導滾輪與轉動軸轉動連接，誘導滾輪表面設有齒圈，針尖陣列安裝于誘導滾輪表面，環形儲液槽內設有環形齒條，環形齒條與所述誘導滾輪的齒圈嚙合，直流高壓電源正極與環形溶液槽連接，直流高壓電源負極與收集板連接，收集板設于環形溶液槽上方，收集板接地，供液裝置通過輸液管與環形儲液槽連通。
2.如權利要求1所述一種連續的纖維制造裝置，其特征在于所述電機采用步進電機。
3.如權利要求1所述一種連續的纖維制造裝置，其特征在于所述電機輸出軸位于環形儲液槽中心孔的中心線上，所述轉動軸處于水平位置且與電機輸出軸垂直。
4.如 權利要求1所述一種連續的纖維制造裝置，其特征在于所述誘導滾輪通過軸承與轉動軸轉動連接，所述齒圈設于誘導滾輪中部。
5.如權利要求1所述一種連續的纖維制造裝置，其特征在于所述針尖陣列安裝于誘導滾輪表面，是針尖陣列的各針尖與設于誘導滾輪表面的螺紋孔螺接。
6.如權利要求5所述一種連續的纖維制造裝置，其特征在于針尖陣列設有4排針尖，4排針尖均沿誘導滾輪軸向設置，相鄰2排針尖在同一圓周上的間隔角度為90度。
專利摘要一種連續的纖維制造裝置，涉及一種靜電紡絲裝置。提供可克服供液不連續、射流尺寸差異大和表層溶液凝固等缺點，可保證纖維直徑一致性并連續電紡納米纖維的一種連續的纖維制造裝置。設有電機、連接器、轉動軸、誘導滾輪、針尖陣列、環形儲液槽、直流高壓電源、收集板和供液裝置；電機輸出軸經連接器與轉動軸連接，誘導滾輪與轉動軸轉動連接，誘導滾輪表面設有齒圈，針尖陣列安裝于誘導滾輪表面，環形儲液槽內設有環形齒條，環形齒條與所述誘導滾輪的齒圈嚙合，直流高壓電源正極與環形溶液槽連接，直流高壓電源負極與收集板連接，收集板設于環形溶液槽上方，收集板接地，供液裝置通過輸液管與環形儲液槽連通。
文檔編號D01D5/00GK203080121SQ20132010590
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月8日 優先權日2013年3月8日
發明者孫道恒, 邱小椿, 黃少華, 吳德志, 劉益芳, 陳燕君 申請人:廈門大學