[發明專利]一種圓盤式無針頭靜電紡絲裝置

有效

• 申請號: 201310414922.2
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN103484953A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 劉延波;漆東岳;李輝;陳威亞
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及靜電紡絲技術，具體為一種圓盤式無針頭靜電紡絲裝置。

技術背景

靜電紡絲是利用靜電場力對紡絲射流進行牽伸，形成納米纖維非織造布的一種方法；該技術作為最為常用的一種納米纖維生產方法，近年來得到了廣泛的研究，它具有成本低、簡單、且適用于大部分聚合物等優勢。其產品細度介于納米和微米之間的纖維，并以無序狀沉積在接收裝置上，形成類似非織造布狀的微納米纖維網/薄膜，可用于過濾材料、生物醫學材料、化學傳感器、電池隔膜的多個高科技領域。

靜電紡絲技術作為目前連續制備聚合物納米纖維的最有效的方法，具有諸多優勢，但較難實現規模化生產。目前規模化靜電紡絲技術分為兩類，一類為多針頭靜電紡絲技術，代表公司為以德國的Freudenburg?Nonwovens、美國的Finetex?Technology?Inc.、eSpin?Technologies、NanoMatrix、韓國的TOPTECH公司等；另一類為無針頭靜電紡絲技術，代表公司為美國的Donaldson?Company和捷克的Elmarco公司(納米蜘蛛)。現有多針頭靜電紡絲設備存在針頭易堵、低效低產、多射流間電場干擾嚴重(End?effect現象)、電紡膜橫向厚薄不勻等的問題；現有無針頭靜電紡絲設備(納米蜘蛛)雖然不存在傳統靜電紡的針頭堵塞問題，產量比針頭式靜電紡裝置提高了很多，但是存在所得纖維粗細不勻、纖維偏粗、耗能大、產品質量難以控制等問題。

發明內容

針對現有靜電紡絲規模化設備存在的不足，本發明擬采用的技術方案是：設計一種圓盤式無針頭靜電紡絲裝置。該裝置包括一個內壁式溶液池，具有節省電能與防止漏電的作用；采用圓盤式紡絲頭，具有均勻混合紡絲溶液、控制纖維細度的作用；還包括內置導線的高性能塑料轉軸，可對各紡絲圓盤分別施加電壓，并節省電能、減小電場干擾；該裝置特別設計了圓弧形屏蔽罩，可控制紡絲位置的溶液厚度，使納米纖維細度均勻，并節省電能。

本發明解決靜電紡絲設備規模化的技術方案是：設計一種圓盤式無針頭規模化靜電紡絲納米纖維無紡布生產設備，該設備主要包括：溶液池55、高性能塑料轉軸85、紡絲圓盤80、屏蔽罩75、高壓電源10、輸網簾15、接地目標電極板40、吸風裝置35、傳動裝置25、防滑移裝置50等。

所述溶液池55內壁層由高性能塑料組成，具有節省電能與防止漏電的作用；溶液池55采用圓弧狀設計，內直徑稍大于紡絲圓盤80的直徑，具有節省原料和均勻溶液的作用；可根據設備的產量，對注入泵120和回流泵125之間的差額進行控制，可以精確控制溶液池中的溶液含量，并使溶液隨之流動，防止聚合物沉積。

所述高性能塑料轉軸采用聚四氟乙烯、聚苯硫醚或聚丙烯塑料中軸85，在中軸上布有用于給各轉盤施加不同電壓的導線95，導線由高性能塑料管包覆，可以起到節省電力并防止漏電危險的作用，同時可通過導線對圓盤施加不同電壓，使各圓盤紡絲點的電場分布均勻，起到減小靜電排斥、均勻纖維細度的作用；中軸上有間隔5mm～100mm的基座140，可固定圓盤并與所布導線相連，可根據實際生產需要用來調節圓盤間距。

所述紡絲圓盤80采用空心設計，形狀可變，形狀參數包括圓盤邊緣的傾斜程度、直徑、方向、數量等。紡絲圓盤80與基座140之間采用四個對稱分布的螺釘固定(參見附圖2)；圓盤80傾斜程度在0°～90°之間，厚度在0.5mm～10mm之間，其本身具有的傾斜程度使圓盤具有一定的儲液能力。在低轉速轉動時，由于圓盤80傾斜面的存在，可實現連續紡絲；各圓盤的直徑可根據電場分布規律在100mm～200mm之間進行調節。根據電場分布原理，位于轉軸85中間位置的圓盤直徑較兩邊的要大，這樣的圓盤直徑分布可以控制各圓盤紡絲位置之間電場的均勻性，并起到均勻紡絲射流的作用；圓盤的排布可以是單個圓盤沿轉軸進行單向平行配置、均勻排布，也可以是底面相向成對配置(參見附圖3)，并沿轉軸均勻排布。圓盤的排布方式取決于紡絲溶液的粘度；紡絲圓盤的數量和間隔根據產品幅寬和克重要求而改變。

所述屏蔽罩75采用聚四氟乙烯內壁，采用圓弧形設計(參見附圖1)，在屏蔽罩與溶液池之間設計有控高裝置70，可通過控制圓盤紡絲位置高度來控制圓盤的帶液量，使各紡絲圓盤紡絲位置的溶液厚度均勻一致(一般控制帶液厚度為0.1mm～0.5mm)，從而使所紡纖維細度均勻、電紡膜厚度均勻；屏蔽罩75同時可使電紡絲核心部件處于相對屏蔽的狀態，這樣可以節省電能、均勻射流、并使高電壓集中于圓盤的頂部紡絲位置。