[发明专利]一种间断式离心熔体静电纺丝装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种离心式静电纺丝装置，属于静电纺丝领域。

背景技术

作为一种直接制备纳米纤维的重要方法，静电纺丝法具有设备简单，操作容易等优点，因此静电纺丝技术引起了各国学者广泛关注。目前，世界各国研究者对静电纺丝进行了诸多的研究和探索，已有100多种高聚物利用静电纺丝法进行了纺丝。

但目前的静电纺丝装置存在很多缺点，比较普遍的静电纺丝装置采用单针头，单针头静电纺丝装置生产率只有0.1～1 g/h，生产成本高，难以实现产业化、规模化；而多针头静电纺丝机射流之间因静电作用相互排斥，使针头堵塞，纺丝质量低。为解决这些问题，本发明采用一种高速旋转的甩盘，熔体可在离心力和电场力的共同作用下，形成射流，大大提高纺丝效率和纤维质量。

发明内容

本发明提出了一种间断式离心熔体静电纺丝装置，主要包括底座、甩盘、接收圈、加热盘以及温控系统，熔体在离心力和静电力的共同作用下进行纺丝。本发明装置中，甩盘中心凹陷处为加料皿，物料放置于加料皿中，待物料加热至熔融，开启电机，使甩盘高速旋转，转速从3000到30000r/min可调，熔体在离心力的作用下甩至甩盘圆周，间断供料，能够观察物料状态。熔体通过甩盘圆周的针孔，附着在甩盘外壁形成大量微小液滴，小液滴在电场力和离心力的共同作用下形成泰勒锥，纺出大量纤维。这种离心熔体静电纺丝装置，间断式供料，简易方便，适合实验研究，并且结合了离心式纺丝与静电纺丝两种技术，使纺丝纤维直径大大降低。本装置也可以进行离心溶液静电纺丝。当关闭加热装置时即可进行常温纺丝。

本发明提出了一种间断式离心熔体静电纺丝装置，加料皿四周开口，熔体通过开口进入甩盘腔体内，加料皿正上方为笼式支架，笼式支架铆接在甩盘壁上，笼式支架上部中心处接高压电源，可使高压电源在甩盘高速旋转时保持不绕线，甩盘为高压电场正极，接收圈接地，为高压电场负极，甩盘截面为两端逐渐变窄，形状为中部平、两端尖，可使熔体在甩盘腔内无积料充分流动，针孔喷口均匀的分布在甩盘圆周壁上，针孔喷口直径小于0.1mm，喷口间距大于5mm。甩盘的外表面涂敷一层黑色涂料，提高辐射热吸收率，甩盘与旋转轴采用焊接方式连接，电机驱动旋转轴高速旋转，旋转轴通过轴承固定于底座上，使旋转轴在高速旋转时对中性好，甩盘下方依次为加热盘、绝热盘、接收圈，其中绝热盘可采用陶瓷材料，加热盘、绝热盘、接收圈通过螺钉固定与底座上，本装置温控探头采用非接触式红外温度热电偶，红外温度热电偶、温控箱、加热盘组成本装置的温控系统。

本发明提出的这种间断式离心熔体静电纺丝，能大大克服以往单针头效率低和多针头堵塞等缺点，提高纺丝效率，设备简单，所得纤维直径小且均匀。

附图说明

图1为本发明一种间断式离心熔体静电纺丝装置剖视图。

图中：1-笼式支架；2-加料皿；3-甩盘；4-针孔喷口；5-加热盘；6-纺丝纤维；7-接收圈；8-接地；9-绝热盘；10-底座；11-螺钉；12-轴承；13-旋转轴；14-联轴器，15-电机；16-温控箱；17-高压电源；18-红外温度热电偶。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细阐述。

如图1所示，加料皿（2）凹陷深度为甩盘（3）厚度的1/2，笼式支架（1）采用导电性能好的刚丝铆接在甩盘（3）上表面，高压电源（17）接在笼式支架（1）顶部中心处，甩盘（3）直径为160mm，尖端夹角为8°，针孔喷口（4）位于甩盘（3）壁的水平中心线上，直径为1mm，间距为5mm，甩盘（3）外壁面涂敷一种黑色涂层，提高辐射热吸收率，加热盘（5）、绝热盘（9）和接收圈（7）通过螺钉（11）固定在底座（10）上，防止装置运行过程中，因旋转轴（13）高速旋转引起晃动；接收圈（7）接地（8），采用高速变频电机（15）作为驱动装置，电机（15）与旋转轴（13）通过联轴器（14）连接，旋转轴（13）直径为20mm，选用6003型轴承（12），利用红外温度热电偶（18）作为测温探头，热电偶（18）和温控箱（16）以及加热盘（5）共同组成本装置的温控系统。纺丝过程中，将少量高聚物粒料放入加料皿（2）中，加热到熔融时，开启电机（15），甩盘（3）高速旋转，熔体被甩至甩盘（3）圆周针孔喷头（4）处，在针孔喷口（4）处形成液滴，在离心力和电场力的共同作用下，形成泰勒锥，泰勒锥被拉伸喷射，最终产生大量纺丝纤维（6），比以往的单针头和多针头式喷头，纺丝效率得到提高，且纺丝纤维直径更细更均匀。