一种无针式静电纺丝设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于静电纺丝装置技术领域，具体涉及一种无针式静电纺丝设备。
【背景技术】
[0002] 随着纳米纤维应用领域的扩展，静电纺丝技术由于制备微纳米纤维的便捷性而备 受关注。另外，适用于静电纺丝的聚合物体系广泛。目前，静电纺丝方法已是公认的制备微 纳米纤维的最简单有效的重要手段之一，但自从1934年Formalas发明静电纺丝技术以来， 静电纺丝法批量化制造纳米纤维一直没有得到大范围的推广和应用，主要原因一是静电纺 丝工艺的影响因素复杂；二是在规模应用中受到一些因素的限制，如用纺丝过程中针头堵 塞、针头之间电场相互排斥导致针电场分布不均和针头滴液、纺丝效率低下等。
[0003] 为提高静电纺丝的效率，首先是多喷头静电纺丝装置被发明，如Tomaszewski分 别采用直线、椭圆和圆形分布的喷头进行纺丝实验；Theron则试验了单针、七针和9针方型 排布的方式。在多针头的方式下，当每个针的输液量大小分布不均导致某些针头的输液量 大于纺丝所需的量时，喷头末端的纺丝料液会形成液滴滴下，为了保证纺丝料液以恒定的 压力或流量输送到每个喷头上，电子化控制的多栗多喷头静电纺丝机被研制，此设备采用 多个微量注射器精确控制每个喷头的输液量，但这种方法产业化的可操作性差，成本高。故 此，多喷头的方式对喷涂效率有一定的提高，但无法避免喷头间的静电排斥干扰和堵针的 问题。而且，无论是单针还是多针模式，如果采用自上而下的喷涂方式，随机性的滴液是无 法避免的。近年来，为提高效率，产生了辊式无针头或者是其它的旋转式的静电纺丝方式， 但在旋转的过程中敞开的料槽导致溶剂的快速挥发，从而纺丝过程中料液的粘度变化对纺 丝状态的稳定性和纳米纤维的质量造成了不良影响，或者是由于非连续性的供液方式导致 生产被迫中断。
【发明内容】
[0004] 针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可避免出现上述技 术缺陷的无针式静电纺丝设备。
[0005] 为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
[0006] -种无针式静电纺丝设备，包括纺丝盒100、供料系统200、接收对电极300、高压 电源400和驱动系统500,其中：
[0007] 所述供料系统200与所述纺丝盒100相连接；
[0008] 所述接收对电极300位于所述纺丝盒100的上方，并接地；
[0009] 所述高压电源400的正电极与所述纺丝盒100相连，其负电极接地；
[0010] 所述驱动系统500设置在所述纺丝盒100的一端。
[0011] 进一步地，所述纺丝盒100包括纺丝喷头110、传动轴120、储料槽130、回流板 140、恒温槽A150、密封盖160和电极接线柱180,其中：
[0012] 所述纺丝盒100为双层夹套箱体结构，内层为弧形的所述储料槽130,外层为长方 体形的所述恒温槽A150 ;
[0013] 所述传动轴120的主体设置在所述储料槽130内，所述传动轴120穿过所述纺 丝喷头110,两端伸出所述储料槽130和所述恒温槽A150外，其中一端连接所述驱动系统 500 ；
[0014] 所述电极接线柱180穿过所述恒温槽A150和所述储料槽130固定于所述储料槽 130的底部，并与所述高压电源400的正电极相连；
[0015] 所述回流板140固定在所述储料槽130上，所述纺丝喷头110可转动地插入所述 回流板140上开设的槽内；
[0016] 所述密封盖160罩在所述纺丝喷头110的上方。
[0017] 进一步地，所述纺丝喷头110为圆盘状组合体，包括圆形的支撑架111和螺旋环 112,其中：
[0018] 所述支撑架111位于所述纺丝喷头110的中心；
[0019] 所述螺旋环112位于所述支撑架111的外缘；
[0020] 所述支撑架111与所述螺旋环112之间的连接方式为嵌套连接或非永久性焊接或 导电性粘接；
[0021] 所述支撑架111的直径为20mm-1000mm，优选为50mm-200mm。
[0022] 进一步地，所述螺旋环112是由一条尺寸均匀的丝线首尾相接构成的闭合螺旋环 状结构，构成所述螺旋环112的所述丝线的直径0 1为0.lmm-5mm，优选为0. ;所述 螺旋环112的外径尺寸为201-5001，优选为401-2Q01;所述螺旋环112的螺距P为 0卜-100001，优选为50卜丨0001。
[0023] 进一步地，所述纺丝喷头110的数目为1-100个，所述纺丝喷头110沿传动轴120 的轴向平行排列，所述纺丝喷头110的数目大于1时，所述纺丝喷头的间距Dl为5-30cm。
[0024] 进一步地，所述回流板140为板状，从其一端的中间开设有间隙槽141，另一端为 结合端143,所述间隙槽141的两边形成两个翼板142,所述两个翼板142在所述结合端143 结合为一体，形成所述两个翼板142平行的叉状结构。
[0025] 进一步地，所述密封盖160可拆卸，对应于所述纺丝喷头110的位置开设有纺丝孔 161〇
[0026] 本发明提供的无针式静电纺丝设备，纺丝喷头的主要组成部件螺旋环取代了针 头，解决了针式纺丝喷头的堵针、针头间的电场排斥和纺丝效率低下问题；准闭合供料回路 有效地抑制了纺丝过程中储料槽内的溶剂挥发，储料槽与储料罐的恒温槽避免了环境温度 变化导致的料液粘度变化；纺丝喷头结构简单，独立可拆卸，易于拆分、组合及清洗，解决了 大量纺丝针头的装卸和清洗等不便，降低维护及维修成本，提高了纺丝效率，便于规模化生 产，可以很好地满足实际应用的需要。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明的立体结构示意图；
[0028] 图2为本发明的内部结构示意图；
[0029] 图3为本发明的支撑架和螺旋环的结构示意图；
[0030] 图4为图3的侧视图；
[0031] 图5为回流板、纺丝喷头和传动轴的结构示意图；
[0032] 图6为图5的侧视图；
[0033] 图中，100-纺丝盒；200-供液系统；300-接收对电极；400-高压电源；500-驱动系 统；110-纺丝喷头；120-传动轴；130-储料槽；140-回流板；150-恒温槽A;160_密封盖； 180-电极接线柱；111-支撑架；112-螺旋环；141-间隙槽；142-翼板；143-结合端；161-纺 丝孔；210-储料罐；220-计量栗；230-恒温槽B;240_输料管；250-进料口；260-出料口； 270-搅拌器；280-进水口；290-出水口。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
[0035] 以下实施例均采用本发明的纺丝设备，纺丝料液为15%w/v的PVDF，其分子量 500000,纺丝料液的粘度范围为1600±50cP;纺丝料液是通过将PVDF的粉末加入丙酮和 DMF的混合溶剂中，恒温28°C，充分搅拌12h制得；接收对电极300为不锈钢辊，接收装置为 包裹于不锈钢辊表面的铝箱纸。
[0036] 实施例1
[0037] 如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，一种无针式静电纺丝设备，包括纺丝盒 100、供料系统200、接收对电极300、高压电源400和驱动系统500,其中：所述纺丝盒100为 可拆卸式，包括纺丝喷头110、传动轴120、储料槽130、回流板140、恒温槽A150、密封盖160 和电极接线柱180 ;所述供料系统200与所述纺丝盒100相连接；所述接收对电极300位于 所述纺丝盒100的上方，并接地；所述高压电源400的正电极与所述电极接线柱180的下端 相连，其负电极接地；所述驱动系统500设置在所述传动轴120的一端，驱动系统500由互 相连接的电机驱动器和电机组成，电机与传动轴120相连接，电机驱动器控制电机的转动。
[0038] 环状纺丝喷头110的制作方法如下：首先，取粗细均匀直径为0. 3mm 的一卷铜丝线，将丝线卷绕成外径02为200! =20*0.3=6mm的螺旋，螺距P为l_0:1=lOO*O.3=3Omm，支撑架ill的直径为50mm，截取一段与支撑架111周长一致的 螺旋，长度为157mm，将此段螺旋的首尾焊接构成一个闭合的螺旋环112,支撑架111的厚度 为6mm，在支撑架111的外缘的中心处开一道深2mm的圆弧形槽，圆弧半径为3mm，然后将螺 旋环112嵌套于支撑架111的外缘便构成一个环状的纺丝喷头110。以同样的方法制作10 个尺寸相同的纺丝喷头110。