[發明專利]一種開閉誘導式批量電紡裝置

有效

• 申請號: 201410267037.0
• 申請日: 2014-06-16
• 公開（公告）號: CN103993371A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 孫道恒;王偉;鄭高峰;吳德志;莊明鳳;楊群峰
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 劉勇

技術領域

本發明涉及一種靜電紡絲裝置，尤其是涉及一種開閉誘導式批量化電紡裝置。

背景技術

處于強靜電場的聚合物液滴會克服自身表面應力，從泰勒錐錐尖產生射流，射流受到靜電場力、粘滯阻力、表面張力等作用不斷細化并達到微納級別，向收集裝置噴射，最終獲得納米纖維，這種制備納米纖維的方法叫做靜電紡絲法。靜電紡絲技術因工序簡單、設備要求較低，已經廣泛用于制備各種聚合物納米纖維。

實現基于靜電紡絲技術的納米纖維批量化生產一直是科研工作者們的研究重點，如已經公開的中國專利CN102383204A、CN103173873A等。傳統靜電紡絲裝置的供液裝置采用注射泵，噴射裝置選用空心針頭，當注射泵向空心針頭推擠溶液時，空心針尖出現懸掛液滴，此時加上強電場后液滴出現泰勒錐并形成射流。選用注射泵直接對空心針頭供液，空心針尖處液滴會出現微小脈動，影響泰勒錐的穩定度，電紡纖維均勻性較差，同時液滴的微小脈動導致出現滴液現象，嚴重影響纖維品質；選用空心針頭作為噴射裝置，啟動電壓高，電紡時針頭易堵塞，導致產量低，為0.5g/h左右，而多針頭陣列雖然可提高單次電紡的產量，但是針頭之間的電場會互相干擾，嚴重影響射流穩定性和纖維品質。

發明內容

本發明的目的是提供利用噴嘴蓋相對于噴嘴的“開—閉—開”循環動作和噴嘴蓋的旋轉動作對紡絲物料表面進行射流誘導，同時采用轉動中心軸對噴嘴進行紡絲物料輸送，能有效解決靜電紡絲技術中啟動電壓高、產量低等問題，可實現多射流噴射并保證纖維品質的一種開閉誘導式批量化電紡裝置。

本發明包括儲料箱、供液裝置、加熱件、溫度傳感器、溫控箱、噴嘴陣列、噴嘴蓋、驅動電機、多軸輸出箱、振動發生器、導電金屬條、收集裝置及高壓電源；

儲料箱與供液裝置連通，加熱件和溫度傳感器設于儲料箱內腔壁，加熱件和溫度傳感器均與溫控箱電連接，噴嘴陣列設于儲料箱底部，各噴嘴內設有中心軸，各中心軸豎直貫穿儲料箱，各中心軸下端均連接1個噴嘴蓋，噴嘴蓋位于噴嘴出口外部，各中心軸上端伸出儲料箱上端面，并通過密封件與儲料箱密封配合；儲料箱上方設有驅動電機和多軸輸出箱，驅動電機設于多軸輸出箱上，驅動電機的輸出軸與多軸輸出箱的輸入端連接，多軸輸出箱的輸出端與各中心軸上端連接，振動發生器的振動輸出端與多軸輸出箱剛性連接，導電金屬條橫縱間隔設于儲料箱內底面，導電金屬條接地或與高壓電源電連接，收集裝置設于儲料箱下方，收集裝置與高壓電源電連接或接地。

所述導電金屬條最好是橫縱等間距間隔設于儲料箱內底面。

所述儲料箱，用于儲存紡絲物料。最好由絕緣材料制成，以免干擾電場。

所述供液裝置，用于儲存紡絲物料，并對儲料箱供料。所述紡絲物料，可以是熔體，也可以是溶液，當紡絲物料選用熔體時，供液裝置應具有加熱功能。進行熔融靜電紡絲，選用熔體擠出機作為供液裝置；進行溶液靜電紡絲，選用溶液注射泵、蠕動泵及恒流泵等作為供液裝置。

所述噴嘴，可選用空心錐形噴嘴、空心柱狀噴嘴等，噴嘴出口內徑范圍為0.3～10mm。

所述中心軸上端(露出噴嘴的部分)的直徑可為0.3～10mm；中心軸下端(伸入噴嘴的部分)最好具有錐度，錐度可為1∶5～1∶30，且最好具有較大表面粗糙度，便于韋森堡效應旋轉供液。所述的韋森堡效應，是指當旋轉軸(什么的旋轉軸)插入聚合物溶液或熔體時，聚合物溶液或熔體受到旋轉剪切的作用產生法向應力差，從而沿軸爬升的現象。

所述噴嘴蓋所處平面最好與中心軸軸心線垂直，噴嘴蓋最好為圓柱狀，噴嘴蓋與噴嘴口兩者相接觸部分的形狀最好相同，噴嘴蓋厚度范圍可為0.2～2mm。

所述驅動電機的輸出轉速可為60～2000rpm，驅動電機帶動噴嘴蓋的方式可以是定向定速旋轉，可以是間歇式定向旋轉，也可以是以設定頻率變換旋轉方向的旋轉，還可以是變速旋轉等旋轉方式。

所述的振動發生器，可選用激振器、機械振動發生器或超聲波振動發生器等，振動頻率可為10Hz～500kHz連續可調，振幅范圍可為0.1～20mm。

所述收集裝置，最好具有高度調節功能，即可調整收集裝置與噴嘴之間的距離，以改變紡絲間距。

與現有技術比較，本發明的工作原理及有益效果如下：