[發(fā)明專利]一種鋸齒式無針頭靜電紡絲裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210347514.5
• 申請日: 2012-09-18
• 公開（公告）號: CN102828259A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉延波;劉健;張澤茹;馬營;陳威亞
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;D01D13/02;D01D4/02
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 李濟(jì)群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及靜電紡絲技術(shù)，具體為一種鋸齒式無針頭靜電紡絲裝置。

背景技術(shù)

靜電紡絲技術(shù)是一種利用靜電場力生產(chǎn)納米纖維材料的技術(shù)，近年來在國內(nèi)外得到了廣泛的研究。其主要工藝原理是：在高壓靜電場作用下，處于毛細(xì)管口的懸垂小液滴在靜電力作用下頂端發(fā)出微細(xì)射流，射流在向接收裝置飛行過程中，溶劑揮發(fā)，固化成纖維。靜電紡絲技術(shù)分為針頭式和無針頭式兩大類。多針頭或多噴嘴靜電紡技術(shù)是利用毛細(xì)管來進(jìn)行靜電紡絲的方法，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)規(guī)模化納米纖維材料生產(chǎn)的有效方法。該技術(shù)的一個(gè)代表是WO2007035011所述的靜電紡絲方法，該方法共設(shè)有噴嘴38880個(gè)。針頭式靜電紡所得纖維具有細(xì)度較細(xì)、產(chǎn)品均勻的優(yōu)點(diǎn)，但是多針頭或多噴嘴靜電紡過程中會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的“邊緣效應(yīng)（End?effect）”現(xiàn)象，就是由于同排多針頭之間的靜電場相互疊加作用導(dǎo)致兩側(cè)的針頭或噴嘴出來的射流會(huì)向兩側(cè)嚴(yán)重傾斜，使接收裝置只能接收到中間的部分纖維，導(dǎo)致靜電紡絲效率和產(chǎn)量大打折扣，結(jié)果是多針頭或多噴頭靜電紡并不能如人們所愿達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)率。此外，針頭式靜電紡還存在針頭易堵塞、難清理、易造成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不勻、質(zhì)量惡化等問題。

相比針頭式靜電紡而言，無針頭式靜電紡具有產(chǎn)量高、易操作，不存在針頭堵塞問題，紡絲頭表面易清理，設(shè)備簡單，制造成本較低等特點(diǎn)。目前作為世界主流的無針頭靜電紡絲技術(shù)，是捷克Elmarco公司的（輥式）無針頭靜電紡絲技術(shù)，它采用光面或表面帶螺紋、花紋等不同表面形貌的轉(zhuǎn)輥（參見WO2005/024101A1）作為靜電紡絲頭，其加工所得納米纖維較粗，且細(xì)度不勻較大：進(jìn)行溶液靜電紡時(shí)，平均直徑在50～500nm范圍；進(jìn)行熔體靜電紡時(shí)，直徑在1μm以上，且粗細(xì)不勻。此外，由于轉(zhuǎn)輥為金屬實(shí)體，造成面電荷分布密度較低，所需實(shí)際紡絲電壓過高，能耗大，而且，其纖維的接收距離不易改變，不便于進(jìn)行工藝參數(shù)的在線調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種鋸齒式無針頭靜電紡絲裝置，該裝置利用特殊結(jié)構(gòu)的靜電紡絲組件，可大幅度提高納米纖維產(chǎn)品的產(chǎn)量和產(chǎn)品均勻度，并且避免傳統(tǒng)針頭式靜電紡絲過程中存在的靜電干擾（“End?effect”現(xiàn)象）、針頭堵塞和不便清洗等問題；與現(xiàn)有輥式無針頭靜電紡絲技術(shù)相比，本發(fā)明靜電紡絲裝置所需電壓較低，有效提高了能源利用率，具有結(jié)構(gòu)簡單，便于工業(yè)化實(shí)施，適用范圍廣等特點(diǎn)。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，設(shè)計(jì)一種鋸齒式無針頭靜電紡絲裝置，該裝置由供液系統(tǒng)、紡絲系統(tǒng)、高壓靜電發(fā)生系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構(gòu)成，其特征在于所述紡絲系統(tǒng)包括紡絲箱體、紡絲組件和中心軸，紡絲箱體的外部為臥式長方體形狀，內(nèi)部為臥式圓柱形空腔，中心軸主體安裝在該空腔內(nèi)，兩端伸出紡絲箱體之外，并與傳動(dòng)系統(tǒng)連接；所述的紡絲組件為軸向連續(xù)式或并列式的薄型齒條結(jié)構(gòu)，其齒條的尖端向外安裝在中心軸上，并可由中心軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，且該尖端與所述紡絲箱體的內(nèi)壁保留有1～3mm距離；紡絲箱體的進(jìn)液管口與供液系統(tǒng)的紡絲計(jì)量泵的出液管口相連通，其溢液口管接到供液系統(tǒng)的儲(chǔ)液器之內(nèi)，且溢液口位置開在紡絲組件底部和中心軸之間；紡絲箱體上表面與紡絲組件的最高處相對應(yīng)的位置開有矩形紡絲口。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明鋸齒式無針頭靜電紡絲裝置是一種利用聚合物紡絲液的自由液體表面自組的納米纖維（網(wǎng)）的生產(chǎn)裝置，可實(shí)現(xiàn)高聚物紡絲液制備納米纖維（網(wǎng)）的規(guī)模化、連續(xù)化生產(chǎn)，有效減少電能損耗、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量；該裝置采用帶尖端的薄型齒條作為無針頭式靜電紡絲單元，可在齒尖部位產(chǎn)生更強(qiáng)大和更均勻的場強(qiáng)，避免了其它無針頭式靜電紡絲方法由于表面電荷密度較小而引起的所需電壓較高造成的能源浪費(fèi)；該裝置采用內(nèi)含圓柱形空腔的紡絲箱體結(jié)構(gòu)，紡絲箱體上部中央開設(shè)矩形紡絲口，通過調(diào)整其開口尺寸可以對參與紡絲的齒尖數(shù)進(jìn)行控制，有效控制納米纖維層鋪展范圍，避免其它同類裝置紡絲面鋪展邊界不清引起的產(chǎn)品質(zhì)量不均問題，通過調(diào)整工作面寬度、長度和紡絲箱體高度，可以實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品產(chǎn)率、纖維細(xì)度和均勻度的有效控制；同時(shí)整個(gè)靜電紡絲過程處于半封閉狀態(tài)，有效減輕了納米纖維生產(chǎn)過程中環(huán)境因素對紡絲狀態(tài)和紡絲效果的影響，特別是紡絲溶液緩存區(qū)的紡絲液不會(huì)由于溶劑的快速揮發(fā)而迅速增稠；該生產(chǎn)裝置無需傳統(tǒng)紡絲方法的針頭（毛細(xì)管/噴嘴），避免了針頭易堵塞和清洗困難等缺陷；該生產(chǎn)裝置制造簡單、操作方便，可滿足節(jié)能生產(chǎn)要求，實(shí)施成本低，便于工業(yè)化推廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明鋸齒式無針頭靜電紡絲裝置一種實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。