[發明專利]一種真空離心靜電紡絲裝置

有效

• 申請號: 201410512150.0
• 申請日: 2014-09-29
• 公開（公告）號: CN104328514B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 劉勇;黃麗冰;王昭春
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 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

本發明屬于靜電紡絲研究領域，具體涉及一種噴絲裝置和收集裝置均位于真空箱中的離心靜電紡絲裝置。

背景技術

納米纖維具有良好的性能，可以廣泛應用在醫學、過濾器、傳感器以及日常生活領域當中。目前納米纖維的制備方法有：干濕法紡絲、靜電紡絲、離心紡絲、分子噴絲板紡絲、激光高溫燒灼紡絲等。靜電紡絲法由于其裝置簡單、操作方便、成本低廉等優點被認為是制作大量連續納米纖維最有效的方法。靜電紡絲分為溶液靜電紡絲和熔體靜電紡絲。溶液靜電紡絲因條件溫和，設備簡單，所得纖維較細而得到廣泛研究。但該法紡絲效率低，溶劑揮發易造成環境污染，因而越來越多的科學家開始研究熔體靜電紡絲。由于在熔體靜電紡絲過程中，熔體粘度大、熱量散失迅速等原因，致使所得纖維較粗、纖維結晶度降低。針對這一現象，本發明設計了一種真空離心靜電紡絲裝置，以滿足制備更高性能、更高標準納米纖維的要求。

發明內容

本發明提出了一種真空條件下，結合離心力和靜電力，進行熔體或溶液紡絲的裝置。

本發明提出的一種真空離心靜電紡絲裝置，主要由傳動、加料、加熱、密封、噴絲、收集、溫控、箱體八個系統組成。傳動系統由一臺伺服電機（4）、一對圓齒輪、軸承、隔板（6）、空心主軸（15）組成，大齒輪（5）安裝在伺服電機輸出軸上，小齒輪（13）通過圓頭平鍵（12）安裝在空心主軸上并與大齒輪嚙合。伺服電機與空心主軸由深溝球軸承（9）與軸承端蓋（7）通過內六角圓柱頭螺釘緊固在隔板上，隔板通過普通螺釘固定在防護箱體內。主軸為空心軸，以滿足加料要求；并為階梯軸，以滿足其他零件的定位要求。伺服電機與大小齒輪均置于防護箱體（16）內。加料系統采用漏斗（10）供料。漏斗通過螺紋旋入防護箱蓋，使漏斗下端伸入空心主軸以實現加料。加熱系統采用電磁加熱盤（3），將電磁線圈緊固在金屬塊上加熱。電磁加熱盤安裝在空心主軸外壁上，加熱盤上端面與真空箱體（1）頂部緊密貼合以提供密封并置于真空箱體內。密封系統分為靜密封和動密封兩大模塊。真空箱體的打開裝置和箱體之間的密封以及真空箱體與抽氣口（1-2）連接的密封，采用O型橡膠密封圈靜密封。高速旋轉的軸體和真空箱體的連接，采用磁流體（14）動密封。磁流體下端面與電磁加熱盤端面緊密貼合以實現密封。磁流體的磁性液體在外加磁場的作用下承受壓力差流動以實現密封功能。真空箱體與磁流體座的聯接采用內六角圓柱頭螺釘聯接。噴絲系統（2）與空心主軸通過螺紋聯接，懸置于真空箱體中電磁加熱盤的正下方。噴絲系統由上下兩噴絲盤通過螺釘連接形成內部中空的噴絲體（2-2），噴絲頭（2-1）與噴絲體通過焊接連接，噴絲頭采用偶數個噴絲口，兩兩相對，均勻地排列在噴絲頭上，噴絲口直徑根據需要選擇相同或不同。工作時，如果用其中的一對噴絲口進行紡絲，其他的噴絲口用堵針（圖2）堵住。收集系統由絕緣收集盤（19）與金屬收集筒（17）組成。絕緣收集盤與金屬收集筒置于真空箱體中噴絲裝置的正下方。溫控系統為紅外測溫儀（18），通過紅外測溫儀發射紅外射線測量溫度，并反饋給加熱系統，紅外測溫儀安裝在絕緣收集盤上。箱體系統由防護箱體和真空箱體組成，上層為金屬防護箱體，防護箱體左右箱蓋（8,11）與防護箱體通過鉸鏈連接，在左右箱蓋頂部開設有一足以讓漏斗下口通過的孔；下層為金屬真空箱體，金屬真空箱體箱門由有機玻璃做成，便于觀察紡絲情況。在真空箱體頂部開設一個足以通過磁流體密封裝置的孔，采用磁流體密封以保證真空箱體中的真空度。該裝置主要適用于真空條件下的離心熔體靜電紡絲，但不開啟加熱裝置時，也能進行離心溶液靜電紡絲。在真空條件下實現更穩定地制備出更高性能、更高質量的納米纖維。

附圖說明

圖1?本發明真空靜電紡絲裝置噴絲系統噴絲裝置示意圖

圖2?本發明噴絲系統堵針示意圖

圖3?本發明空心主軸示意圖

圖4?本發明箱體示意圖

圖5?本發明真空靜電紡絲裝置裝配示意圖

圖中:?1.真空箱體；1-1.鎖緊扣；1-2.抽氣口；2.噴絲裝置；2-1.噴絲頭；2-2.噴絲體；3.電磁加熱盤；4.伺服電機；5.大齒輪；6.隔板；7.軸承端蓋；8.防護箱體左箱蓋；9.深溝球軸承；10.漏斗；11.防護箱體右端蓋；12.圓頭普通平鍵；13.小齒輪；14.磁流體；15.空心主軸；16.防護箱體；17.金屬收集筒；18.紅外測溫儀；19.絕緣收集盤

具體實施方式

本發明提出的真空離心靜電紡絲裝置，主要包括傳動、加料、加熱、密封、噴絲、收集、溫控和箱體八大裝置。首先，噴絲裝置（2）接高壓電正極，絕緣收集盤（19）接高壓電負極，使得噴絲裝置和收集裝置之間形成穩定的電場。確定需要的噴絲口直徑，用堵針（圖2）將不需要的噴絲口堵住。接入電源，開啟紅外測溫儀（18），關閉真空箱體門，鎖緊扣（1-1）鎖緊；由抽氣口（1-2）抽出真空箱體（1）內部氣體，保證真空度。當壓力表示數穩定時，啟動伺服電機(4)帶動一對齒輪做運動，大小齒輪(5,13)以一定的轉速比，驅動空心主軸（15）作高速旋轉運動，噴絲裝置與空心主軸通過螺紋聯接，高速旋轉的空心主軸帶動噴絲裝置做離心運動。當軸做高速旋轉運動的時候，將聚合物顆粒放入到加料漏斗（10）中，物料被加入到空心主軸中，當物料落在噴絲體（2-2）中，由噴絲體正上方電磁加熱盤（3）加熱物料，使之熔融，并因噴絲裝置做離心運動而匯聚于噴絲頭（2-1）處。熔體借助高速旋轉的噴絲裝置所產生的離心力和剪切力，在離心力與靜電力的共同作用下由噴絲孔甩出而成纖，落在金屬筒（17）上。與此同時，紅外測溫儀測溫并反饋給加熱系統，以實現紡絲過程溫度的準確控制。