[发明专利]一种锯齿式无针头静电纺丝装置

说明书

技术领域

本发明涉及静电纺丝技术，具体为一种锯齿式无针头静电纺丝装置。

背景技术

静电纺丝技术是一种利用静电场力生产纳米纤维材料的技术，近年来在国内外得到了广泛的研究。其主要工艺原理是：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，射流在向接收装置飞行过程中，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是利用毛细管来进行静电纺丝的方法，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（辊式）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WO2005/024101A1）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。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种锯齿式无针头静电纺丝装置，该装置利用特殊结构的静电纺丝组件，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静电干扰（“End effect”现象）、针头堵塞和不便清洗等问题；与现有辊式无针头静电纺丝技术相比，本发明静电纺丝装置所需电压较低，有效提高了能源利用率，具有结构简单，便于工业化实施，适用范围广等特点。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种锯齿式无针头静电纺丝装置，该装置由供液系统、纺丝系统、高压静电发生系统、接收系统、传动系统和控制系统构成，其特征在于所述纺丝系统包括纺丝箱体、纺丝组件和中心轴，纺丝箱体的外部为卧式长方体形状，内部为卧式圆柱形空腔，中心轴主体安装在该空腔内，两端伸出纺丝箱体之外，并与传动系统连接；所述的纺丝组件为轴向连续式或并列式的薄型齿条结构，其齿条的尖端向外安装在中心轴上，并可由中心轴带动旋转，且该尖端与所述纺丝箱体的内壁保留有1～3mm距离；纺丝箱体的进液管口与供液系统的纺丝计量泵的出液管口相连通，其溢液口管接到供液系统的储液器之内，且溢液口位置开在纺丝组件底部和中心轴之间；纺丝箱体上表面与纺丝组件的最高处相对应的位置开有矩形纺丝口。

与现有技术相比，本发明锯齿式无针头静电纺丝装置是一种利用聚合物纺丝液的自由液体表面自组的纳米纤维（网）的生产装置，可实现高聚物纺丝液制备纳米纤维（网）的规模化、连续化生产，有效减少电能损耗、降低生产成本、提高产品质量；该装置采用带尖端的薄型齿条作为无针头式静电纺丝单元，可在齿尖部位产生更强大和更均匀的场强，避免了其它无针头式静电纺丝方法由于表面电荷密度较小而引起的所需电压较高造成的能源浪费；该装置采用内含圆柱形空腔的纺丝箱体结构，纺丝箱体上部中央开设矩形纺丝口，通过调整其开口尺寸可以对参与纺丝的齿尖数进行控制，有效控制纳米纤维层铺展范围，避免其它同类装置纺丝面铺展边界不清引起的产品质量不均问题，通过调整工作面宽度、长度和纺丝箱体高度，可以实现对产品产率、纤维细度和均匀度的有效控制；同时整个静电纺丝过程处于半封闭状态，有效减轻了纳米纤维生产过程中环境因素对纺丝状态和纺丝效果的影响，特别是纺丝溶液缓存区的纺丝液不会由于溶剂的快速挥发而迅速增稠；该生产装置无需传统纺丝方法的针头（毛细管/喷嘴），避免了针头易堵塞和清洗困难等缺陷；该生产装置制造简单、操作方便，可满足节能生产要求，实施成本低，便于工业化推广。

附图说明

图1为本发明锯齿式无针头静电纺丝装置一种实施例的整体结构示意图。