[发明专利]一种静电纺丝的环境温度控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型静电纺丝法制备超细纤维的环境温度控制装置，属于静电纺丝领域。

背景技术

静电纺丝又称电纺，最早是1930年美国的一篇专利中提出的，1993年正式定义为静电纺丝技术。近年来纳米技术的不断升温，静电纺丝技术也成为了目前最被关注的研究领域之一，随着静电纺丝技术研究的不断深入，目前已经有几十种聚合物成功通过静电纺丝技术制备超细纤维，制备的超细纤维直径一般在几十纳米至一微米之间，纺丝条件适当时纤维直径可达1纳米。静电纺丝法制备超细纤维的基本原理可以简单概括为，聚合物溶液或熔体在高压静电场中电场力的作用下，从毛细管的末端形成射流飞向接收装置，射流在到达接收装置的过程中产生高度拉伸，纤维变细，同时溶液中的溶剂蒸发或是熔体固化，最后纤维沉积在接收装置上。静电纺丝法应用广泛，从工业用的合成聚合物到纤维素、骨胶原、蛋白质、DNA复合体等各种原料都能进行纺丝，还可以在纺丝过程中加入抗生物质、纳米粒子等制备出各种功能材料。

目前，由于熔体静电纺丝装置相对复杂，纺制纤维的直径相对较粗，控制难度大，所以目前关于静电纺丝的研究大部分集中在溶液静电纺丝上。但是由于溶液静电纺丝技术存在的一系列问题，如溶剂挥发引起的环保问题、使用溶剂而引起在生物医药方面应用的安全问题、纤维表面质量问题和成本高产量低问题等，因此熔体静电纺丝更有希望实现静电纺丝技术工业化的应用。熔体静电纺丝要实现纳米级纤维的制备还需要解决很多问题，其中环境温度就是影响熔体静电纺丝过程中纤维质量重要影响因素。在研究熔体静电纺丝过程中，能够确认不同的环境温度分布方式对熔体静电纺丝制备纤维质量的影响，能够进一步推动熔体静电纺丝技术的快速发展。

发明内容

本发明提出一种熔体静电纺丝装置环境温度控制装置，以实现熔体静电纺丝过程中对环境温度的控制，同时通过电路系统的调控可实现不同环境温度分布方式，能够实现在研究熔体静电纺丝过程中，确定环境温度对静电纺丝的纤维质量的影响，促进熔体静电纺丝技术的进一步发展及熔体静电纺丝技术的工业化应用。

为实现上述目的，提出一种熔体静电纺丝装置环境温度控制装置，该装置主要包括：电路控制装置、加热器、静电纺丝箱、加热器距离调节装置，加热器安装于加热器距离调节装置上，加热器距离调节装置与静电纺丝箱连接，静电纺丝箱将加热器和加热器距离调节装置包围成一个封闭空间，电路控制装置安装于静电纺丝箱之外的控制柜中实现对加热器的控制。

本发明提出了一种熔体静电纺丝装置环境温度控制装置。其中加热器为电阻式加热器，整个加热器分为多层，每一层有一个加热圈，加热圈由多个小加热单元组成。工作过程中加热器加热纺丝箱内的空气，将空气加热至设定的温度以进行不同环境温度下的静电纺丝。静电纺丝过程在静电纺丝箱内进行，在静电纺丝箱内，加热器距离调节装置根据静电纺丝过程中电极间的距离调节每一层加热器的距离及高度，以实现满足静电纺丝要求的温度分布。每一层的加热圈由多个小加热单元组成，静电纺丝过程中根据物料参数和工艺参数确定加热圈中每一个小加热单元的工作状态，由每个小加热单元的工作状态变化形成了不同的环境温度分布状态，实现不同的加热功率和温度分布。每一个小加热单元的工作状态由电路控制装置实现，电路控制装置的主要部件是PLC可编程控制器或PID控制器，静电纺丝过程中根据实际静电纺丝需要设定控制器的参数，再由控制器控制加热圈的每一加热单元的工作状态实现不同的环境温度分布。静电纺丝环境温度控制装置的应用能够实现静电纺丝箱内阶梯型环境温度分布、均一型环境温度分布、交叉型环境温度分布等，改善了环境温度对静电纺丝的纤维质量的影响。

本发明一种熔体静电纺丝装置环境温度控制装置，其中的加热器可以采用金属线圈加热器，也可以采用石英加热器，能够实现对静电纺丝箱内空气进行加热的加热方式都可以用于本装置中。每一层加热圈的形状也可以采用圆形、矩形或者规则多边形等多种形状。

本发明一种熔体静电纺丝装置环境温度控制装置，其中的加热器可以采用不可连续调节的加热功率值控制方式，即通过控制不同个数的小加热单元的开和关两种状态实现不同加热功率档的加热。加热器也可以采用可连续调节的加热功率值控制方式，即通过控制电路模拟量的大小来调节所有小加热单元的功率来实现不同加热功率的加热。