[实用新型]一种基于韦森堡效应的纤维制造装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种纤维制造装置，尤其是涉及一种基于韦森堡效应的纤维制造装置。

背景技术

静电纺丝是一种生产纳米纤维常用的技术，已成为当前纳米纤维制造研究的热点。静电纺丝技术的原理是，置于高压静电场中的聚合物液滴会形成泰勒锥，当电场力足够大时，液滴会克服表面张力从泰勒锥锥尖喷射，形成射流，射流受静电场力、粘滞阻力、表面张力等作用不断被拉伸细化，最终落在收集装置上形成无纺布形式的纳米纤维。

能否实现静电纺丝批量化已成为静电纺丝技术发展的重要影响因素之一。传统静电纺丝装置的喷丝头为针头，为了保持稳定的泰勒锥，供液速度和针头的直径不能太大，所以采用单针头式静电纺丝技术的产量只有0.1～1g/h，无法满足静电纺丝技术工业化的要求。此外，针头式静电纺丝装置由于针头直径小，在静电纺丝过程中针头容易堵塞，也会严重影响纺丝过程。

很多学者对批量化式静电纺丝技术进行了研究，如中国专利CN103114347A，相对于针头式静电纺丝技术，具有喷丝头表面容易清理、纺丝效率高、能够快速均匀地制备纳米纤维等特点。

韦森堡效应是高分子流体流变性能的一种表现，将高速旋转的转动轴插入粘弹性流体中，流体会沿着转动轴表面向上爬升。

发明内容

本实用新型的目的是提供喷丝头能够自主供液的一种基于韦森堡效应的纤维制造装置，解决使用针头作为喷丝头所造成的纤维制造产量低、喷丝头易堵塞等问题。

本实用新型设有旋转喷头、驱动系统、溶液槽、供液系统、收集装置、高压电源；旋转喷头垂直于溶液槽内的液面，旋转喷头一端露出液面，旋转喷头另一端浸没于纺丝溶液中，旋转喷头由驱动系统带动绕轴线自转；供液系统对溶液槽连续供液，用于在电纺过程中不断补充纺丝溶液；收集装置设置在旋转喷头正上方，用于收集形成的纤维；高压电源与收集装置或者纺丝溶液电性连接，产生强电场。

所述旋转喷头，最好是多个旋转喷头均匀排列在溶液槽内，且处于溶液槽内相同的高度。根据不同的纺丝溶液性质，选择使用不同材料、直径、长度、截面积形状的旋转喷头。当驱动系统带动旋转喷头绕轴线自转时，由于韦森堡效应，在旋转喷头附近的高分子液体会出现沿着旋转喷头表面上爬的现象，为旋转喷头连续地提供电纺原液。在工作时，喷头露出液面的高度最好不要小于溶液爬升的理论高度。

所述驱动系统的转速可调。

所述溶液槽用于储存纺丝溶液，最好由透明、耐腐蚀和与有机溶剂不反应的材料制成。

所述收集装置是指平板收集器、滚筒收集器等静电纺丝技术领域中的收集装置。收集装置有高度调节组件，可以调节与纺丝溶液的纵向距离，以改变纺丝距离。

所述高压电源，其工作范围最好为＞0，＜100kV。通过设定高压电源的电压值，使纺丝溶液的液面和收集装置之间产生强电场。产生电场有两种连接方式：第一种，高压电源输出端与收集装置连接，纺丝溶液接地；第二种，高压电源输出端与纺丝溶液连接，收集装置接地。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型将韦森堡效应应用到装置中，纺丝溶液会沿着旋转的喷丝头表面爬升，若将喷丝头置于高压电场中，喷丝头会出现泰勒锥并形成射流，而消耗的纺丝溶液会由爬升的纺丝溶液不断补充，实现了连续、自动地喂液。可以稳定、连续的自主喂液，有利于纳米纤维的大规模工业化生产。

本实用新型利用韦森堡效应，采用旋转喷头为电纺过程自动、连续地喂液。由于纺丝溶液在旋转喷头外表面爬升供液，所以不会出现针头式静电纺丝过程中喷头容易堵塞的问题，在生产效率上也有了很大的提高。本实用新型可以通过改变旋转喷头的材料、直径、长度、截面积形状控制纤维的形貌和产量。同时还可以控制驱动系统的转速、纺丝距离、电场强度等电纺工艺参数，进一步提高静电纺丝的效率和纤维质量，实现纳米纤维的大规模工业化生产。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构组成示意图。

图中各标号为：1、多轴输出箱；2、输出轴；3、上联轴器；4、转动轴；5、密封连接座；6、溶液槽；7、转针固定座；8、转针；9、高压电源；10、纤维收集传送装置；11、高压电极网；12、储液箱；13、供液管；14、精密计量泵；15、框形电极；16、输入轴；17、下联轴器；18、驱动电机。

具体实施方式