[发明专利]Taylor锥多喷头静电纺丝机

说明书

技术领域

本发明属于纺织机械领域，尤其涉及一种多喷头静电纺丝机。

背景技术

将聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电，带电液滴在电场力作用下在Taylor锥顶被加速，当电场力足够大时，聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。带电的聚合物射流在电场力、黏滞阻力、表面张力等作用下被拉伸细化，同时带电射流在电场中由于存在表面电荷而发生弯曲。细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成类似无纺布的纳米纤维毡。近几年来，由于纳米科技研究的迅速升温，使得静电纺丝这种可制备纳米尺寸纤维的纺丝技术激起了人们对其进行深入研究的浓厚兴趣。目前，静电纺丝已成为制取纳米纤维最重要、最有效的方法。但静电纺丝纤维的直径较细，所以产量低，且提供牵伸力的电场容易受到干扰，阻碍了工业化的生产和应用。提高静电纺丝的产量已经迫在眉睫，其中用得较多的是多个喷头组装起来提高产量。

U.S.Pat.No.6,713,011报导了静电纺含有纤维形成材料的液体得到纤维毡的装置和方法。文中透露用多个喷嘴来提高产量，并通过改进控制射流的形成和收集，使得纺丝均匀。文中也透露使用次级电场修正初级电场来提供足够的电场强度来克服带电流体的表面张力和邻近喷头/射流的干扰从而有助于形成射流。但尽管它的送液装置设计精密，但是朝下的喷头设计难以避免纺丝液来不及形成纤维而滴下来，使得成毡质量恶化。国内在静电纺丝产业化方面也取得可喜的成果。同济大学发表了多头静电纺丝装置的专利，但只有输液装置和喷丝头，还没形成一个机器。东华大学万玉芹发表了一种可用于静电纺丝的新型喷丝板的专利，它所纺得的纤维比普通纺丝设备细，但难以达到纳米级，并且也没有形成机器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种Taylor锥多喷头静电纺丝机，解决现有技术中生产效率低，成毡质量差的缺陷。

技术方案

一种Taylor锥多喷头静电纺丝机，包括喷头箱、自动输液装置、喷丝头组、高压静电发生器和卷绕机构，所述的喷丝头组安装在喷头箱中由自动输液装置输液，高压静电发生器产生静电场发射的丝由卷绕机构收集，所述的喷丝头组为若干喷丝头排列而成。

所述的喷丝头由金属喷头和屏蔽套组成，纺丝液面不得低于金属喷头和有机玻璃屏蔽套。

所述的屏蔽套为有机玻璃。

所述的卷绕机构为基布或纤维收集帘由机械控制控制收集纺丝。

所述的喷头箱可通过电气控制箱和行程开关控制作直线往复运动。

所述的喷头箱的运动方向和基布或纤维收集帘的运动方向垂直。

所述的喷头箱可屏蔽电场，所述的自动输液装置的电动机和泵体是绝缘的。

单喷头的形状可以是圆形、三角形、长方形等任意形状；单喷头的大小不固定，按照施加的高压来调节，高压高则单喷头面积大，高压低则单喷头面积小；单喷头的设计使得纺丝液面不得低于金属喷头和有机玻璃屏蔽套，并且单喷头中纺丝液除了受高压电场力之外，不施加另外其它的附加力(例如加磁场等)，单喷头内除了金属喷头和有机玻璃屏蔽套外，不添加任何其它物件。

有益效果

本发明采用朝上喷的方法，使得纺丝液不会滴到毡上使得成毡质量恶化；使用多喷头的喷头组提高了纺丝的产量；在工艺条件相同的情况下，纺制的纳米纤维细度比传统静电纺丝机纺制的小一半；用屏蔽套屏蔽头与头之间的电场，用屏蔽箱屏蔽头与机架之间的电场，使得静电纺丝的电场更加稳定；喷头箱的往复运动，配合与喷头箱运动相垂直的基布的平动，使得成品均匀，喷头箱和基布或纤维收集帘可以慢速移动且速度可调；设计输液装置，使得泵体和输液装置绝缘，输液量精确可调，使得溶液中所带的高压电不会影响到电动机的转动。输液装置的设计可以满足连续自动输液，保持精密的输液量，为静电纺丝机连续化生产提供了保障，能使喷头内液体的液面保持理想的弧形，多根射流能同时不间断地从弧形液面抽出。

附图说明

图1 Taylor锥多喷头静电纺丝机示意图；

1-喷头箱，2-自动输液装置，3-喷丝头，4-高压静电发生器，5-基布或纤维收集帘，6-电气控制箱，7-行程开关，8-机械控制；

图2 喷丝头结构示意图；

图3 喷头箱中喷头的排列图；

图4 基布(纺粘无纺布)与纳米纤维毡的扫描电镜图；

图a 基布扫描电镜图，放大倍数为1000倍(纤维直径约为12um)；图b纳米毡的扫描电镜图，放大倍数20000倍(平均直径约为250nm)

图5 不同克重的纳米纤维毡分别纺制在熔喷无纺布与纺粘无纺布上的过滤效率比较。