[发明专利]一种尖端式无针头静电纺丝设备

说明书

技术领域

本发明涉及静电纺丝技术，具体来说，涉及一种尖端式无针头静电纺丝设备。 

背景技术

静电纺丝技术是一种利用静电场力制备纳米纤维材料的技术，近年来成为国内外的研究热点，其工艺原理是：在高压静电场作用下，处于毛细管口的悬垂小液滴在静电力作用下顶端发出微细射流，射流在向接收装置运动过程中，溶剂挥发，固化成纤维。静电纺丝技术分为针头式和无针头式两大类。多针头或多喷嘴静电纺技术被认为是实现规模化纳米纤维材料生产的有效方法，该技术的一个代表是 WO2007035011 所述的静电纺丝方法，该方法共设有喷嘴38880个。针头式静电纺所得纤维具有细度较细、产品均匀的优点，但是多针头或多喷嘴静电纺过程中会出现严重的“边缘效应（End effect）”现象，就是由于同排多针头之间的静电场相互叠加作用导致两侧的针头或喷嘴出来的射流会向两侧严重倾斜，使接收装置只能接收到中间的部分纤维，导致静电纺丝效率和产量大打折扣，结果是多针头或多喷头静电纺并不能如人们所愿达到预期的产率。此外，针头式静电纺还存在针头易堵塞、难清理、易造成产品结构不匀、质量恶化等问题。

相比针头式静电纺而言，无针头式静电纺具有产量高、易操作，不存在针头堵塞问题，纺丝头表面易清理，设备简单，制造成本较低等特点。目前作为世界主流的无针头静电纺丝技术，是捷克 Elmarco 公司的纳米蜘蛛（Nanospider^TM）无针头静电纺丝技术，它采用光面或表面带螺纹、花纹等不同表面形貌的转辊（参见WO2005/024101 A1）作为静电纺丝头，其加工所得纳米纤维较粗，且细度不匀较大：进行溶液静电纺时，平均直径在50～500nm范围；进行熔体静电纺时，直径在1μm以上，且粗细不匀。此外，由于转辊为金属实体，造成面电荷分布密度较低，所需实际纺丝电压过高，能耗大，而且，其纤维的接收距离不易改变，不便于进行工艺参数的在线调整。目前，Elmarco公司已经推出了第二代纳米蜘蛛设备，采用一根纤细的长金属丝作为纺丝头进行无针头静电纺，纺丝液采用往复涂抹方法进行施加，虽可避免第一代开放式静电纺丝过程的溶剂易挥发、聚合物易于凝固在纺丝辊表面的问题，但是似乎单纺丝头的纺丝产量不如第一代高，纺丝射流较弱、不易控制，而且沿着金属丝作快速往复式涂抹运动的纺丝液施加装置也会在一定程度上阻挡和妨碍纺丝射流的均匀分布，且纤维细度变异较大。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是，提供一种尖端式无针头静电纺丝设备，该纺丝设备可大幅度提高纳米纤维产品的产量和产品均匀度，并且避免传统针头式静电纺丝过程中存在的边缘效应、针头堵塞和不便清洗等问题；同时，该纺丝设备制备的纳米纤维细度较细，且细度变异较低，细度变异率（CV）仅为4.48～6.73%，纤维在纤网中分布更均匀。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种尖端式无针头静电纺丝设备，该静电纺丝设备包括纺丝液存储盒、基布、纺丝装置和负高压直流电源，纺丝装置包括纺丝箱体、上表面植入金属针布的针板、由链节拼装组成的链条、负电极和连接装置；其中，纺丝箱体固定连接在纺丝液存储盒的顶端，链条通过连接装置连接在纺丝箱体的内壁上；连接装置与传动装置连接，实现链条的旋转；链条最下方的链节浸没在纺丝液存储盒的纺丝液中，针板固定连接在链条上；基布覆盖在纺丝箱体的顶端，基布一端位于退绕轴上，基布另一端位于卷绕轴上；纺丝液存储盒、纺丝箱体和基布构成封闭的纺丝空间；负电极贴于基布的顶面；纺丝装置接地，负电极与负高压直流电源连接，在负电极和金属针布之间形成高压静电场。

进一步，所述的链条为两根，针板布满两根链条的表面，且每个针板的一端固定在一根链条的外链板上。

进一步，所述的连接装置包括四个链轮、主动轴和被动轴，主动轴和被动轴均通过轴承连接在纺丝箱体相对的两个侧壁上，链轮分别固定连接在主动轴的两端和被动轴的两端；每根链条嵌至在相对的两个链轮上，且一个链轮位于主动轴上，另一个链轮位于被动轴上；主动轴接地，主动轴与传动装置连接。

进一步，所述的针板和链条通过连接块和连接片连接，针板的底部设有T形导轨，连接块包括T形支架以及固定连接在T形支架下方的L形连接片，链条的每个链节的外链板的中部铆接一个连接片，连接片与连接块的L形连接片固定连接，连接块的T形支架和针板的T形导轨配合连接。

进一步，所述的尖端式无针头静电纺丝设备，还包括平板支架和升降装置，平板支架固定连接在升降装置上，平板支架依靠升降装置实现上下移动，纺丝液存储盒位于平板支架上。