[发明专利]无针头式静电纺丝装置

说明书

技术领域

本发明涉及高压静电纺丝领域，特别是一种用于连续高效生产纳米纤维的无针头式静电纺丝装置。

背景技术

目前，静电纺丝技术是制备纳米纤维的主流技术。早在1934年Anton Fomhals 就在专利中公开了单针头的高压静电场纺丝装置。但这种单针头纺丝装置效率极低，制备纳米纤维的产能只有0.001~0.01g/h。为了提高纺丝效率，后继者开发了多针头式静电纺丝装置，如专利200910031948.2、200610157106.8、WO2005073441A1所公开，通常是将数十甚至数百个单个的针头组合到一起进行静电纺丝。多针头静电纺丝装置的纺丝效率可提高到0.1~1.0g/h。但由于针头易发生堵塞，清洗维护工作非常繁琐，所以也没有很好地解决产业化问题。近些年，相继有人提出无针头静电纺丝技术，采用金属滚筒、金属球、金属圆盘、螺旋线圈等结构的喷丝头，用以作为生成泰勒锥并引发静电纺丝过程的喷丝装置。尤其以捷克ELMARCO公司开发研制的“纳米蜘蛛” WO2012/139533 A1技术最为便捷高效。其使用固定的金属线型电极作为喷丝装置，金属线型电极穿过涂液装置上的小孔，涂液装置通过其机械结构实现往复运动，并将聚合物溶液涂抹至金属线型电极上，金属线型电极上的聚合物溶液在静电场的作用下形成自由分布的泰勒锥并发生喷丝现象。其纺丝宽度可达1.5米，纺丝效率可达到1~5g/min。但是,由于其设备结构原因，只能对聚合物溶液进行静电纺丝。其使用的聚合物溶液质量浓度通常为10~20%wt，在静电纺丝过程中会有大量的溶剂挥发，形成大量的对人体及环境有害的有机废气。

发明内容

为了克服现有技术针头式静电纺丝装置针头易堵塞、清洗困难的不足，以及金属线型电极喷丝装置不能对聚合物溶液进行静电纺丝的不足，本发明提供一种无针头式静电纺丝装置，它不仅拆卸方便、便于清洗、克服针头式纺丝头易堵塞、清洗困难的缺点，而且可以实现针对聚合物熔融体的静电纺丝，克服金属线型电极只能对聚合物溶液进行静电纺丝、纺丝过程有大量溶剂挥发形成对人体有害污染环境的有机废气的不足。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

无针头式静电纺丝装置的第一种方案，是由喷丝头、接收电极、高压电源、用于储存聚合物溶液的溶液罐、废液槽、基材及其卷绕系统等组成。

a.喷丝头、位于喷丝头正上方的接收电极分别通过高压电缆与高压电源的正、负极连接。

b.用于储存聚合物溶液的溶液罐通过供液泵、供液单向阀、供液管路与喷丝头连接，构成供液回路。

c.位于喷丝头底部、收集溢出聚合物溶液的废液槽，通过废液泵、废液单向阀、废液管路与废液罐连接，构成废液回收回路。

d. 基材通过由放卷辊、收卷辊、导向辊构成的卷绕系统，水平穿过喷丝头与接收电极之间，并可连续运行。

其喷丝头采用狭缝型喷丝头；由左半片喷丝头、右半片喷丝头紧密贴合，并通过螺纹联接件紧固一体构成。左、右两半片喷丝头为顶部呈由外侧向内倾斜的尖锐锥形且齐平的金属板状构件，二者对接后在狭缝型喷丝头顶端构成狭长开口，在狭长开口下面构成狭缝型喷丝头内部的空腔；空腔包括上部的狭缝、中部的液体流道及其均流栅、底部的储液腔；储液腔与狭缝型喷丝头底部的进液孔联通。

或者，狭缝型喷丝头由左、右两片喷丝头构件与夹在左、右两片喷丝头构件之间的栅板夹片紧密贴合，并通过螺纹联接件紧固一体构成。栅板夹片上有均流栅的栅条。左、右两片喷丝头构件与栅板夹片三者构成狭缝型喷丝头的狭长开口和内部的空腔；狭长开口也可由左、右两片喷丝头构件对接构成。

无针头式静电纺丝装置的另一种方案，是由喷丝头、接收电极、高压电源、用于储存聚合物熔融体的储液罐、废液槽、基材及其卷绕系统，以及加热装置及其电加热控制装置等组成。

a.喷丝头通过接地线与大地相连；喷丝头、位于喷丝头正上方的接收电极分别通过高压电缆与高压电源的正、负极相连接。 

b.用于储存聚合物熔融体的储液罐，其顶部通过压缩空气管道与压缩空气源相连接；储液罐底部的出口通过供液管路与喷丝头连接，构成聚合物熔融体的供液回路。

c.储液罐配置有储液罐加热装置；供液管配置有供液管加热装置。

d.位于喷丝头底部、用于收集溢出的聚合物熔融体的废液槽，与储液罐之间通过废液泵、废液回收管相连，构成废液回收回路。

e.喷丝头和废液槽配置有喷丝头及废液槽加热装置，该加热装置与废液管加热装置、储液罐加热装置、供液管加热装置，共同与电加热控制装置相连接，构成加热系统。