一種批量制備納米纖維的靜電紡絲裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種批量制備納米纖維的靜電紡絲裝置，包括：回轉的發射電極，所述發射電極由若干金屬絲交錯連接成網狀，發射電極具有分隔的紡絲區和涂覆區；涂覆部件，對位于涂覆區的發射電極涂覆紡絲液；收集部件，與紡絲區對向設置；收集部件或發射電極外接高壓電源。本發明的紡絲發射電極由若干金屬絲交錯連接成網狀，區別于傳統單方向一維排列的電極絲，二維排列的網狀結構可以增加單位面積內的紡絲射流數量，提高紡絲效率，使得靜電紡絲納米纖維更加高效。本發明可應用于靜電紡絲。
【專利說明】
一種批量制備納米纖維的靜電紡絲裝置
技術領域
[0001]本發明涉及靜電紡絲領域，特別是涉及一種批量制備納米纖維的靜電紡絲裝置。 【背景技術】
[0002]靜電紡絲技術是一種利用靜電場高效制備納米纖維材料的工藝，隨著納米材料研究的迅速升溫，靜電紡絲技術逐漸成為研究熱點。常用的批量靜電紡絲方法有兩種:一是多針頭靜電紡絲技術，二是無針頭靜電紡絲技術。兩種靜電紡絲方法各有其優缺點，針頭靜電紡絲技術針頭處容易堵塞，且不易清洗，針頭之間相互干擾嚴重，同時，多針頭靜電紡絲技術成本花費高。相比而言，無針頭靜電紡絲技術紡絲電極種類多、設備簡單、容易制造，最重要的是產生大量的紡絲射流，是大批量生產納米纖維的一種有效方式。
[0003]目前作為世界主流的無針頭靜電紡絲技術，是捷克Elmarco公司的納米蜘蛛 (NanospiderTM)無針頭靜電紡絲技術，比如發明專利CN101755079A提出了一種利用涂覆裝置批量制造納米纖維的設備，其采用一根細小的金屬絲作為紡絲電極;該設備存在紡絲效率低、涂覆不均勻、溶液暴露在空氣中易老化、無電極絲清洗裝置的問題，嚴重影響制造納米纖維的效率和質量。該方法生產的納米纖維直徑較粗。同時沿著金屬絲作快速往復式涂抹運動的紡絲液施加裝置也會在一定程度上阻擋和妨礙紡絲射流的均勻分布。
【發明內容】
[0004]為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種批量制備納米纖維的靜電紡絲裝置，其紡絲效率高。
[0005]本發明所采用的技術方案是:一種批量制備納米纖維的靜電紡絲裝置，包括:回轉的發射電極，所述發射電極由若干金屬絲交錯連接成網狀，發射電極具有分隔的紡絲區和涂覆區；涂覆部件，對位于涂覆區的發射電極涂覆紡絲液；收集部件，與紡絲區對向設置；收集部件或發射電極外接高壓電源。
[0006]作為本發明的進一步改進，在紡絲區的對向位置設有氣流輔助部件，所述氣流輔助部件與收集部件分別位于紡絲區的兩對向側且氣流輔助部件的氣流噴射方向朝向收集部件。
[0007]作為本發明的進一步改進，所述氣流輔助部件包括氣流發射器，所述氣流發射器朝向收集部件的表面均布有氣孔。
[0008]作為本發明的進一步改進，所述涂覆部件包括一儲液箱，所述儲液箱具有一工作液位，所述儲液箱設有電極入口和電極出口，發射電極的涂覆區位于儲液箱內并低于工作液位。
[0009]作為本發明的進一步改進，所述電極入口和電極出口均高于工作液位。
[0010]作為本發明的進一步改進，所述發射電極由鏈傳動結構驅動而回轉，所述鏈傳動結構包括鏈條以及連接在鏈條上的耳板，所述發射電極的端部固接在耳板上，轉動至涂覆區對應位置的鏈條高于工作液位。
[0011]作為本發明的進一步改進，所述耳板具有殘液暫存結構，所述殘液暫存結構暫時存儲紡絲區中因重力而流向鏈條的殘液。
[0012]作為本發明的進一步改進，所述耳板包括過渡部以及連接發射電極的豎起部，所述過渡部連接豎起部以及鏈條，所述過渡部具有條狀凸起和條狀凹陷，所述條狀凹陷位于條狀凸起與豎起部之間從而構成殘液暫存結構。
[0013]作為本發明的進一步改進，所述收集部件外接負高壓電源，所述發射電極接地。
[0014]作為本發明的進一步改進，還包括發射電極在回轉過程中依次經過的清洗部件和烘干部件，發射電極先經過烘干部件再進入涂覆部件。
[0015]本發明的有益效果是:本發明的紡絲發射電極由若干金屬絲交錯連接成網狀，區別于傳統單方向一維排列的電極絲，二維排列的網狀結構可以增加單位面積內的紡絲射流數量，提高紡絲效率，使得靜電紡絲納米纖維更加高效。
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖和實施方式對本發明進一步說明。
[0017]圖1是靜電紡絲裝置的結構示意圖；
圖2是靜電紡絲裝置前視圖；
圖3是靜電紡絲裝置俯視圖；
圖4是涂覆區涂覆過程示意圖；
圖5是發射電極與鏈條連接示意圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖1至圖3所示的批量制備納米纖維的靜電紡絲裝置，包括發射電極1、涂覆部件、收集部件2、清洗部件7、烘干部件8以及高壓電源。
[0019 ]其中，發射電極I由多條金屬絲11交錯連接成網狀結構，并形成大量的網格結構，這些網格可以為正方形，長方形，菱形等多邊形，相鄰平行的金屬的間距是I Omm-1OOOmm。參考圖1至圖3，這些網格最好是正方形，且距離60mm，那么，發射電極I即為由多根縱橫交錯的金屬絲11連接而成，并且發射電極I呈比較長的網狀。
[0020]本實施例中，金屬絲11使用比較軟質的材料制成，使其可以在彎折狀態和拉直狀態中切換。由此，所述的網狀的發射電極I能夠在外部傳動部件的引導下做回轉運動，從而各金屬絲11均能依次回轉經過發射電極I的紡絲區12和涂覆區。
[0021]所述的涂覆區是將紡絲液均勻涂覆于發射電極I上，對應于涂覆區的位置設置有涂覆部件。涂覆了紡絲液的發射電極I之后回轉至紡絲區12，并與收集部件2呈對向設置。高壓電源電性連接收集部件2或者發射電極I后，在紡絲區12與收集部件2之間形成的高壓靜電場的作用下，紡絲區12表面涂覆的溶液上有大量電荷聚集，由于網狀的發射電極I表面的曲率較小，發射電極I上的溶液將會形成泰勒錐，當聚積的電荷密度形成的靜電場力超過紡絲液表面分子張力時，發射電極I上將會形成向收集部件2運動的高速紡絲射流。
[0022]本實施例中，由若干金屬絲11交錯連接成網狀的發射電極1，區別于傳統單方向一維排列的電極絲，這種二維排列的網狀結構可以增加單位面積內的紡絲射流數量，提高紡絲效率，使得靜電紡絲納米纖維更加高效。
[0023]實施例中，清洗部件7和烘干部件8均位于發射電極1的回轉路徑上，按回轉方向來看，發射電極1依次經過清洗部件7、烘干部件8、涂覆部件并循環回轉。[〇〇24] 紡絲完成后，紡絲區12的金屬絲11上存在著殘留的紡絲液與紡絲液固化物，然后這部分金屬絲11回轉進入清洗部件7。參考圖1和圖2,清洗部件7為一容器，里面盛裝有可溶解紡絲溶液的溶解液，且在容器內設置有去除紡絲液固化物的刷子71，運動的刷子71與去除紡絲液的液體共同作用在進入容器內部的發射電極上，可以有效清除其上殘留的紡絲液及其固化物。清洗部件7—側設有進液口 72和出液口 73,可以不斷更換清洗溶液而保持清洗力度，并及時排出清洗后的污漬。
[0025]烘干部件8包括一烘干箱、加熱裝置和排風系統，加熱裝置和排風系統均位于烘干箱內或烘干箱表面，而烘干箱右側和左側分別為發射電極1的入口和出口。發射電極1經過清洗部件7清洗后會回轉至烘干箱內，以加速發射電極表面溶解液的揮發與清除，確保金屬絲表面殘留溶液的徹底清除。所述的加熱裝置加速殘留溶解液的揮發，排風系統將揮發的溶液吸收排放到外部凈化裝置，確保射電極表面溶解液徹底清除。
[0026]通過清洗、干燥發射電極1，可以減少電極材料的浪費與提高生產加工的連續性。
[0027]進一步優選的，在紡絲區12的對向位置設有氣流輔助部件。氣流輔助部件與收集部件2分別位于紡絲區12的兩對向側且氣流輔助部件的氣流噴射方向朝向收集部件2。如圖 1和圖2所示，氣流輔助部件位于紡絲區12的正下方，收集部件2位于紡絲區12的正上方。該氣流輔助部件包括呈盒子狀的氣流發射器31，氣流發射器31的上表面均布有氣孔32,氣流發射器31通過氣管33外接在氣體發生部件34上。
[0028]參考圖1至圖3,發射電極1紡絲射流向收集部件2運動的過程分兩個形狀:初始階段的直線運動與螺旋發散錐形運動。直線運動狀態下，射流在運動方向加上快速氣流輔助， 紡絲射流的運動速度加快，在同樣的行程的情況下，運動時間減少；而且因為射流速度加快，錐形運動的范圍減小，紡絲射流更加集中沉積在基材上，射流的穩定性控制得到提高。 其次，受氣體輔助的紡絲射流同時將受到牽引力作用，在氣流牽引力與電場力的合力作用下，運動方向的矢量合力將得到增強，增大的合力將使纖維直徑拉伸變細;再進一步，輔助氣流可以有效提高溶液的揮發速度，加速紡絲纖維的干燥。
[0029]進一步優選的，參考圖1、圖2和圖4,所述的涂覆部件包括一裝載紡絲液的儲液箱 4，儲液箱4具有一工作液位43，一般來說紡絲液均保持在工作液位43上。儲液箱4做成相對封閉狀，僅設置有用于發射電極1出入的電極入口41和電極出口42,以減少紡絲液的揮發， 最大限度保證紡絲液的濃度穩定性及防止儲液槽暴露在空氣中導致溶液變質老化。另外， 涂覆區13位于儲液箱4內并低于工作液位43,保證涂覆區13均能浸泡在液位以下，保證涂覆的均勻。儲液箱4上還有紡絲液入口 45和溢流口 44。紡絲液消耗過程中，紡絲液配制裝置連接紡絲液入口 45向儲液箱4內持續補充紡絲；。當紡絲液注入量過多，溢流口 44將過多的紡絲液回收至紡絲液配制裝置，實現儲液箱4循環供液與供液的動態平衡。
[0030]實施例中，電極入口41和電極出口 42均高于工作液位43，紡絲液不會因其而滲漏。 優選的電極入口 41和電極出口 42位于儲液箱4頂部，發射電極1在儲液箱4頂部的運動軌跡為缺邊的矩形。
[0031]實施例中的涂覆部件及涂覆方式能夠區別于傳統往復移動涂覆裝置供液，傳統技術中往復移動涂覆塊裝置供液的方式，其涂覆裝置出液孔與紡絲電極之間距離過大將導致紡絲液的漏液，而距離小及紡絲電極絲的彎曲導致出液孔與紡絲電極產生摩擦，紡絲液涂覆不均。本實施例中使用的涂覆部件，涂液后的發射電極I在運行過程中不與任何涂覆塊等物體接觸而破壞紡絲液表面，紡絲液在自身重力作用下均勻分布在發射電極I上，保證紡絲過程的均勻性。
[0032]進一步優選的，發射電極I由鏈傳動結構驅動而回轉。參考圖1至圖5，所述的鏈傳動結構包括鏈條5、鏈輪以及連接在鏈條5上的耳板51，鏈條5的每個鏈節上均設置一塊所述的耳板51。所述的發射電極I的端部固接在耳板51上，當鏈條5帶動發射電極I轉動至涂覆區13時，金屬絲11位于鏈條5下方，鏈條5高于工作液位43而沒有接觸紡絲液，因此，鏈條5的潤滑液不會接觸紡絲液而發生相互污染。
[0033]由于在涂覆區13的位置上，鏈條5是高于金屬絲11的，為此當鏈條5回轉至紡絲區12的相應位置時，鏈條5將會低于金屬絲11，為了避免紡絲液因為重力的原因向下滑落至鏈條5中，在耳板51上設置殘液暫存結構，殘液暫存結構暫時存儲紡絲區12中因重力而流向鏈條5的殘液。
[0034]具體來說，參考圖5，耳板51包括過渡部以及連接發射電極I的豎起部511。金屬絲11插接在豎起部511的孔中，而過渡部連接豎起部511以及鏈條5，在圖5中，豎起部511等于是對發射電極I “增高”，從而當如圖4所示發射電極I處于涂覆狀態時，豎起部511的部分和發射電極I接觸紡絲液而鏈條5不接觸紡絲液。重新參考圖5，過渡部具有條狀凸起513、條狀凹陷514和連接部512，連接部512與鏈條5的鏈節相連，條狀凸起513鏈節在連接部512上，條狀凹陷514位于條狀凸起513與豎起部511之間，那么條狀凸起513和條狀凹陷514構成了一個大致為“S”型的結構，當處于圖5所示的狀態時，發射電極I上的紡絲液因重力而流至豎起部511上，之后沿豎起部511流動至條狀凹陷514，條狀凹陷514相對于豎起部511和條狀凸起513來說是凹陷的，那么紡絲液就回暫時存儲在條狀凹陷514中而不會污染鏈條5。上述的過渡部構成了實施例中的殘液暫存結構。
[0035]通過以上所述的鏈條5、耳板51與發射電極I的連接結構具有至少兩個優點:其一，發射電極可以完全浸沒在紡絲液中，且保證鏈條5不沾染紡絲液，保持鏈條5上潤滑液與紡絲液不相互污染;其二，耳板51運行至紡絲區12對應位置時溶液將向下流動，條狀凹陷514可以防止溶液流向鏈條5上，保護鏈條5的干凈。
[0036]進一步優選的，參考圖1和圖2，收集部件2外接負高壓電源6，發射電極I接地。
[0037]—般來說，靜電紡絲可以采用正高壓直流電源與負高壓直流電源提供高壓靜電，常用高壓靜電場實施方式有兩種:正高壓直流電源電極與接地零電勢電極，負高壓直流電源與接地零電勢電極，電場力方向由高電勢指向低電勢。因此發射電極I只有兩種接電方式:一種是接正高壓直流電源，另一種是接地。本實施例中，不能采用正高壓直流電源連接發射電極I的原因是:帶高壓的發射電極I前后與鏈條5、鏈輪、溶解液、干燥箱、儲液箱4等裝置相連，會增大電源消耗功率，且高壓靜電容易損壞與之相連接的帶電裝置，如驅動刷子運動的電機、干燥箱、驅動鏈條運動的電機、紡絲液配制裝置中的攪拌器等;反之，受高壓靜電極化的裝置將影響紡絲區的電場線分布，電場強弱不均勻，無規律可循，兩者電場相互影響。
[0038]實施例中采用負高壓電源6與收集部件2電性相連，發射電極1接地，與發射電極1 直接相連的裝置部件同樣接地零電勢，對電場無干擾。同時，負高壓直流電源可簡單實現與收集部件2相連。
[0039]參考圖1和圖2,實施例中的收集部件2包括收集電極21，處在收集電極21與發射電極1之間的基材9將收集紡絲纖維并與收集電極21貼合在一起。收集電極21與基材9可以不接觸也可以接觸，并且收集電極21與負高壓電源6相連，使收集電極1與發射電極1之間形成高壓靜電場。由驅動電機帶動的收卷軸100卷取基材，放卷軸101提供基材9放卷。
[0040]以上所述只是本發明優選的實施方式，其并不構成對本發明保護范圍的限制。
【主權項】
1.一種批量制備納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于，包括: 回轉的發射電極(I)，所述發射電極(I)由若干金屬絲(11)交錯連接成網狀，發射電極(I)具有分隔的紡絲區(12)和涂覆區(13); 涂覆部件，對位于涂覆區(13)的發射電極(I)涂覆紡絲液； 收集部件(2)，與紡絲區(12)對向設置； 收集部件(2)或發射電極(I)外接高壓電源。2.根據權利要求1所述的批量制備納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于:在紡絲區(12)的對向位置設有氣流輔助部件，所述氣流輔助部件與收集部件(2)分別位于紡絲區(12)的兩對向側且氣流輔助部件的氣流噴射方向朝向收集部件(2)。3.根據權利要求2所述的批量制備納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于:所述氣流輔助部件包括氣流發射器(31)，所述氣流發射器(31)朝向收集部件(2)的表面均布有氣孔(32)。4.根據權利要求1所述的批量制備納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于:所述涂覆部件包括一儲液箱(4)，所述儲液箱(4)具有一工作液位(43)，所述儲液箱(4)設有電極入口(41)和電極出口( 42)，發射電極(I)的涂覆區(13)位于儲液箱(4)內并低于工作液位(43)。5.根據權利要求4所述的批量制備納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于:所述電極入口(41)和電極出口(42)均高于工作液位(43)。6.根據權利要求4所述的批量制備納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于:所述發射電極(I)由鏈傳動結構驅動而回轉，所述鏈傳動結構包括鏈條(5)以及連接在鏈條(5)上的耳板(51)，所述發射電極(I)的端部固接在耳板(51)上，轉動至涂覆區(13)對應位置的鏈條(5)高于工作液位(43)。7.根據權利要求6所述的批量制備納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于:所述耳板(51)具有殘液暫存結構，所述殘液暫存結構暫時存儲紡絲區(12)中因重力而流向鏈條(5)的殘液。8.根據權利要求7所述的批量制備納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于:所述耳板(51)包括過渡部以及連接發射電極(I)的豎起部(511)，所述過渡部連接豎起部(511)以及鏈條(5)，所述過渡部具有條狀凸起(513)和條狀凹陷(514)，所述條狀凹陷(514)位于條狀凸起(513)與豎起部(511)之間從而構成殘液暫存結構。9.根據權利要求1至8中任一項所述的批量制備納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于:所述收集部件(2)外接負高壓電源(6)，所述發射電極(I)接地。10.根據權利要求1至8中任一項所述的批量制備納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于:還包括發射電極(I)在回轉過程中依次經過的清洗部件(7)和烘干部件(8)，發射電極(I)先經過烘干部件(8)再進入涂覆部件。
【文檔編號】D01D5/00GK106012050SQ201610566885
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月15日
【發明人】夏遠祥, 朱自明, 溫尊偉, 梅晨, 江傳玉, 黃澤峰, 黃深能
【申請人】佛山輕子精密測控技術有限公司