[发明专利]连续的纤维制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝装置，尤其是涉及一种连续的纤维制造装置。

背景技术

静电纺丝具有技术简单、成本低廉和纯物理拉伸等特点，未来极有可能成为纳米纤维的主流制造技术。传统的静电纺丝效率极低，严重制约了纳米纤维的工业应用与商业化推广。

随着静电纺丝技术的成熟和纳米纤维应用研究的深入，针对产率低下这一瓶颈，国内外科研人员进行了大量相关研究，并取得了一些进展。

中国专利CN200720076954.6公开一种高效多针静电纺丝喷丝装置，该装置是对传统单喷头的自然扩展，然而经过长期的实验，发现多针头喷丝设计存在着喷丝头堵塞、喷丝头之间电场相互影响、所加电压偏高、纺丝质量差和需要给加压泵等问题。尼日利亚研究人员（O.O.Dosunmu，G.G.Chase，W.Kataphinan，D.H.Reneker.Electrospinning of polymer nanofibres from multiple jets on a porous tubular surface.Nanotechnology2006,17:1123-1127）通过多孔管喷嘴批量电纺，利用气压装置将管内的聚合物溶液缓慢的挤出孔外，在高压电场的作用下，产生多束射流喷射到外围环绕的一层金属圆柱形接收网上。此方法需要气泵辅助供液，结构较为复杂，且存在管孔易堵塞问题。Yarin等（Theron A,Zussman E,Yarin A L.Electrostatic field –assisted alignment of electrospun nanofibres.Nanotechnology,2001,12(3):384-390.）以色列研究人员提出一种将含有铁磁性液体的双层溶液体系置于磁场与电场中实现批量电纺的技术，该技术虽然可以解决针头堵塞问题，但容易在聚合物溶液中混入杂质，影响纤维质量，而且还存在双层溶液体系操作不便，纤维直径均匀性差等问题。另外，捷克的ELMARCO公司设计出一种商用静电纺丝机Nanospider，该装置采用金属滚筒代替传统针尖喷头，电纺时将金属圆筒浸入在聚合物溶液内，在电动机的驱动下自转，对溶液的自由表面造成扰动，产生射流，最终获得纳米纤维，但其存在残余物不易清理等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种可克服供液不连续、射流尺寸差异大和表层溶液凝固等缺点，可保证纤维直径一致性并连续电纺纳米纤维的连续的纤维制造装置。

本发明设有电机、连接器、转动轴、诱导滚轮、针尖阵列、环形储液槽、直流高压电源、收集板和供液装置；

电机输出轴经连接器与转动轴连接，诱导滚轮与转动轴转动连接，诱导滚轮表面设有齿圈，针尖阵列安装于诱导滚轮表面，环形储液槽内设有环形齿条，环形齿条与所述诱导滚轮的齿圈啮合，直流高压电源正极与环形溶液槽连接，直流高压电源负极与收集板连接，收集板设于环形溶液槽上方，收集板接地，供液装置通过输液管与环形储液槽连通。

所述电机最好采用步进电机。

所述电机输出轴最好位于环形储液槽中心孔的中心线上，所述转动轴最好处于水平位置且与电机输出轴垂直。

所述诱导滚轮最好通过轴承与转动轴转动连接，所述齿圈最好设于诱导滚轮中部。

所述针尖阵列安装于诱导滚轮表面，最好是针尖阵列的各针尖与设于诱导滚轮表面的螺纹孔螺接。

所述针尖阵列可设有4排针尖，4排针尖均沿诱导滚轮轴向设置，相邻2排针尖在同一圆周上的间隔角度为90度。

本发明的工作原理及有益效果如下：

当装置开始工作时，首先打开高压电源并调整到一定的电压（如50kV），接着启动电机，转动轴开始转动，转动轴带动诱导滚轮做周向运动；由于诱导滚轮上齿轮与环形储液槽中的环形齿条啮合，使诱导滚轮绕着转动轴的中轴线进行自转，此时诱导滚轮上的阵列针尖挑动聚合物溶液液面，辅助溶液克服自由液面表面张力的束缚，产生泰勒锥并在电场作用下形成大量射流，经不稳定性鞭动和溶剂挥发，最终在收集板上沉积固态纳米纤维。在溶液表面的射流持续喷射一段时间后将消失，为此在其消失之前，阵列针尖将再次移动到该处或附近诱发产生下一个射流，如此周而复始，可连续电纺纳米纤维。由于所述的诱导滚轮和针尖尺寸很小，针尖和收集板的距离与液面和收集板间距差别不大，那么阵列针尖上少量射流所形成的纤维与液面产生的纤维直径基本相同；同时诱导滚轮在诱导形成射流过程对电场干扰较小，保证了纤维直径的一致性。另外，供液装置通过输液管为环形溶液槽提供溶液，使环形溶液槽中的溶液液面保持不变，实现了纤维的连续稳定制造。