[发明专利]一种开闭诱导式批量电纺装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝装置，尤其是涉及一种开闭诱导式批量化电纺装置。

背景技术

处于强静电场的聚合物液滴会克服自身表面应力，从泰勒锥锥尖产生射流，射流受到静电场力、粘滞阻力、表面张力等作用不断细化并达到微纳级别，向收集装置喷射，最终获得纳米纤维，这种制备纳米纤维的方法叫做静电纺丝法。静电纺丝技术因工序简单、设备要求较低，已经广泛用于制备各种聚合物纳米纤维。

实现基于静电纺丝技术的纳米纤维批量化生产一直是科研工作者们的研究重点，如已经公开的中国专利CN102383204A、CN103173873A等。传统静电纺丝装置的供液装置采用注射泵，喷射装置选用空心针头，当注射泵向空心针头推挤溶液时，空心针尖出现悬挂液滴，此时加上强电场后液滴出现泰勒锥并形成射流。选用注射泵直接对空心针头供液，空心针尖处液滴会出现微小脉动，影响泰勒锥的稳定度，电纺纤维均匀性较差，同时液滴的微小脉动导致出现滴液现象，严重影响纤维品质；选用空心针头作为喷射装置，启动电压高，电纺时针头易堵塞，导致产量低，为0.5g/h左右，而多针头阵列虽然可提高单次电纺的产量，但是针头之间的电场会互相干扰，严重影响射流稳定性和纤维品质。

发明内容

本发明的目的是提供利用喷嘴盖相对于喷嘴的“开—闭—开”循环动作和喷嘴盖的旋转动作对纺丝物料表面进行射流诱导，同时采用转动中心轴对喷嘴进行纺丝物料输送，能有效解决静电纺丝技术中启动电压高、产量低等问题，可实现多射流喷射并保证纤维品质的一种开闭诱导式批量化电纺装置。

本发明包括储料箱、供液装置、加热件、温度传感器、温控箱、喷嘴阵列、喷嘴盖、驱动电机、多轴输出箱、振动发生器、导电金属条、收集装置及高压电源；

储料箱与供液装置连通，加热件和温度传感器设于储料箱内腔壁，加热件和温度传感器均与温控箱电连接，喷嘴阵列设于储料箱底部，各喷嘴内设有中心轴，各中心轴竖直贯穿储料箱，各中心轴下端均连接1个喷嘴盖，喷嘴盖位于喷嘴出口外部，各中心轴上端伸出储料箱上端面，并通过密封件与储料箱密封配合；储料箱上方设有驱动电机和多轴输出箱，驱动电机设于多轴输出箱上，驱动电机的输出轴与多轴输出箱的输入端连接，多轴输出箱的输出端与各中心轴上端连接，振动发生器的振动输出端与多轴输出箱刚性连接，导电金属条横纵间隔设于储料箱内底面，导电金属条接地或与高压电源电连接，收集装置设于储料箱下方，收集装置与高压电源电连接或接地。

所述导电金属条最好是横纵等间距间隔设于储料箱内底面。

所述储料箱，用于储存纺丝物料。最好由绝缘材料制成，以免干扰电场。

所述供液装置，用于储存纺丝物料，并对储料箱供料。所述纺丝物料，可以是熔体，也可以是溶液，当纺丝物料选用熔体时，供液装置应具有加热功能。进行熔融静电纺丝，选用熔体挤出机作为供液装置；进行溶液静电纺丝，选用溶液注射泵、蠕动泵及恒流泵等作为供液装置。

所述喷嘴，可选用空心锥形喷嘴、空心柱状喷嘴等，喷嘴出口内径范围为0.3～10mm。

所述中心轴上端(露出喷嘴的部分)的直径可为0.3～10mm；中心轴下端(伸入喷嘴的部分)最好具有锥度，锥度可为1∶5～1∶30，且最好具有较大表面粗糙度，便于韦森堡效应旋转供液。所述的韦森堡效应，是指当旋转轴(什么的旋转轴)插入聚合物溶液或熔体时，聚合物溶液或熔体受到旋转剪切的作用产生法向应力差，从而沿轴爬升的现象。

所述喷嘴盖所处平面最好与中心轴轴心线垂直，喷嘴盖最好为圆柱状，喷嘴盖与喷嘴口两者相接触部分的形状最好相同，喷嘴盖厚度范围可为0.2～2mm。

所述驱动电机的输出转速可为60～2000rpm，驱动电机带动喷嘴盖的方式可以是定向定速旋转，可以是间歇式定向旋转，也可以是以设定频率变换旋转方向的旋转，还可以是变速旋转等旋转方式。

所述的振动发生器，可选用激振器、机械振动发生器或超声波振动发生器等，振动频率可为10Hz～500kHz连续可调，振幅范围可为0.1～20mm。

所述收集装置，最好具有高度调节功能，即可调整收集装置与喷嘴之间的距离，以改变纺丝间距。

与现有技术比较，本发明的工作原理及有益效果如下：