一种静电纺丝用立体型多喷头喷丝板的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种静电纺丝用立体型多喷头喷丝板，包括进料口、上盖板、下盖板、支撑架和多孔分配板，进料口位于上盖板的顶端，上盖板与下盖板通过螺丝紧固件相连，上、下盖板内部与多孔分配板通过密封圈连接，多孔分配板上下两侧至上、下盖板之间为纺丝液腔，下盖板底端通过绝缘面板与支撑架连接，支撑架内的绝缘面板上设置有若干喷丝头，支撑架上设有包围若干喷丝头的金属线圈。本实用新型通过调整喷丝板上喷丝头的三维空间分布结构，改善喷丝口处的电场强度，使每个喷丝头中的纺丝液体都能在高压电场力的作用下，形成纺丝射流，再经过高速拉伸、鞭动及固化，可同时形成多根纳/微米纤维沉积于接收面上。
【专利说明】—种静电纺丝用立体型多喷头喷丝板
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及静电纺丝装置及其工业应用，具体是一种通过调节喷丝板上各个喷丝头在空间立体结构中分布位置改善多喷头静电纺丝工艺，并将其应用于批量生产的装置。
【背景技术】
[0002]静电纺丝是一种非常有效的制备超细纤维的方法，其原理是非牛顿流体在高压静电场作用下形成泰勒锥结构并进一步产生射流，形成直径在微米级乃至纳米级的纤维。现有的实验室中的静电纺丝设备大多使用单个喷丝头，喷射效率为0.1?1.0g/h，而采用传统的静电纺丝法制备的所得超细纤维以类似无纺布的方式无规沉积在接收面上，获得的纤维毡因为面积小、厚度薄，限制了其工业化应用的进程。
[0003]采用多喷头的纺丝装置进行纺丝已有报导，喷丝头轴向平行排列(CN200720103321.X)或者喷丝口都在一个水平面上(CN100455705C)，但由于相邻喷丝头之间的静电场干扰，使得喷丝头的数量和间距受到限制，也限制了将静电纺丝法应用于工业生产制备大面积的纳米纤维膜。
【发明内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种静电纺丝用立体型多喷头喷丝板，以解决相邻喷丝头之间的静电场干扰等问题，可以安装拆卸喷丝头、调节喷丝头数量、改善静电场分布和调节喷丝口三维立体空间分布。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种静电纺丝用立体型多喷头喷丝板，包括进料口、上盖板、下盖板、可调整支撑架和纺丝液多孔分配板，所述进料口位于上盖板的顶端，所述上盖板与下盖板通过螺丝紧固件相连，所述上、下盖板内部与纺丝液多孔分配板通过密封圈连接，所述纺丝液多孔分配板上下两侧至上、下盖板之间为纺丝液腔，所述下盖板底面覆盖绝缘面板，并通过若干喷丝头或绝缘堵头固定且连通纺丝液腔，所述绝缘面板与可调整支撑架连接，所述可调整支撑架上设有包围若干喷丝头的金属线圈。
[0006]所述进料口通过导管与纺丝液料筒相连。
[0007]所述下盖板和金属线圈直接与静电发生器的高压输出端相连。
[0008]所述上盖板与下盖板的横截面大体为U型且开口端部相互对应形成内部空腔。
[0009]所述上盖板、绝缘面板、密封圈和绝缘堵头采用聚四氟乙烯材质，所述下盖板、螺丝紧固件、纺丝液多孔分配板和喷丝头均为金属材质。
[0010]所述若干喷丝头和绝缘堵头安装在绝缘面板上，可调整喷丝头的水平分布密度。
[0011]所述喷丝头由固定基座和金属喷管组成，所述金属喷管竖直紧固于固定基座的底端，所述金属喷管的喷口处为圆锥体且锥角为30?180度，所述金属喷管内部设有毛细管，所述若干喷丝头的喷丝口位置按照三维空间点阵结构呈球面、曲面或平面分布。[0012]所述金属线圈与可调整支撑架同轴线安装，所述金属线圈的安装高度与若干喷丝头中最长金属喷管的喷丝口处等高或略低。
[0013]有益效果
[0014]本实用新型具有以下的优点和积极效果:
[0015]静电纺丝用立体型多喷头喷丝板可以通过安装拆卸喷丝头和绝缘堵头改变喷丝板上各个喷丝头的水平分布密度，同时可以更换喷丝头中的金属喷管改变喷丝口在三维空间立体结构中的分布位置，改善多喷头静电纺丝工艺，并使用限位电场改善纺丝射流的拉伸方向，可将其应用于批量生产的装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为立体型多喷头喷丝板的结构示意图；
[0017]图2为喷丝头固定基座和金属喷管的结构示意图；
[0018]图3为绝缘堵头的结构示意图。
[0019]图中:进料口 1，上盖板2，下盖板3，螺丝紧固件4，绝缘面板5，可调整支撑架6，纺丝液腔7，纺丝液多孔分配板8，密封圈9，喷丝头10，绝缘堵头11，金属线圈61，固定基座101，金属喷管102。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0021]如图1-2所示，一种静电纺丝用立体型多喷头喷丝板，包括进料口 1、上盖板2、下盖板3、可调整支撑架6和纺丝液多孔分配板8，所述进料口 I位于上盖板2的顶端，所述上盖板2与下盖板3通过螺丝紧固件4相连，所述上、下盖板2，3内部与纺丝液多孔分配板8通过密封圈9连接，所述纺丝液多孔分配板8上下两侧至上、下盖板2，3之间为纺丝液腔7，所述下盖板3底面覆盖绝缘面板(5 )，并通过若干喷丝头(10 )或绝缘堵头(11)固定且连通纺丝液腔7，所述绝缘面板5与可调整支撑架6连接，所述可调整支撑架6上设有包围若干喷丝头10的金属线圈61。
[0022]所述进料口 I通过导管与纺丝液料筒相连。
[0023]所述下盖板3和金属线圈61直接与静电发生器的高压输出端相连。
[0024]所述上盖板2与下盖板3的横截面大体为U型且开口端部相互对应形成内部空腔。
[0025]所述上盖板2、绝缘面板5和密封圈9采用聚四氟乙烯材质，所述下盖板3、螺丝紧固件4、纺丝液多孔分配板8和喷丝头10均为金属材质。
[0026]所述若干喷丝头10和绝缘堵头11安装在绝缘面板上，调整喷丝头的水平分布密度。
[0027]所述喷丝头10由固定基座101和金属喷管102组成，所述金属喷管102竖直紧固于固定基座101的底端，所述金属喷管102的喷口处为圆锥体且锥角为30?180度，所述金属喷管102内部设有毛细管，所述若干喷丝头10按照三维空间结构呈球面、曲面或平面分布。
[0028]所述金属线圈61与可调整支撑架6同轴线安装，所述金属线圈61的安装高度与若干喷丝头10中最长金属喷管102的喷丝口处等高或略低。
[0029]实施例1
[0030]值得一提的是，本实用新型进行水相聚合物溶液的静电纺丝，其纺丝条件为:纺丝环境温度为25°C ;纺丝环境湿度为45%RH ;纺丝液推进速度为16.0y L/min ;喷丝头数量为50个，喷丝头毛细孔的孔径为0.2mm,金属喷管的高度为5?15mm，喷丝头间距为1cm，呈五纵列分布，与接收面垂直；施加的静电电压为45?75kV ;喷丝板与接受面的间距为150mm ；接收面为铝箔。
[0031]纺丝过程为:将重量浓度为10wt%的聚氧乙烯(PEO)水溶液经导管推压进入立体型多喷头喷丝板，设定纺丝液的推进速度为16.0yL/min ;纺丝箱体内部的环境温度和湿度通过恒温恒湿系统分别调整为25°C和45%RH ;在接受面上覆盖铝箔，调节喷丝板与接收面之间的距离为150mm，喷丝板和金属线圈与静电发生器相连，开启静电发生器调节电压为45?75kV，使喷丝头毛细孔中流出的纺丝溶液在静电里的作用下，形成泰勒锥，拉伸出溶液细流，在空气中受电场力偏转控制垂直拉伸一定距离后，再发生鞭动，最终收集到接受面上。
[0032]纺丝结果如下:获得宽度为120mm的PEO纳米纤维膜，纤维的平均直径为130nm。
[0033]实施例2
[0034]值得一提的是:本实用新型进行有机相聚合物溶液的静电纺丝，其纺丝条件为:纺丝环境温度为45°C ;纺丝环境湿度为50%RH ;纺丝液推进速度为16.0μ L/min ;喷丝头数量为50个，喷丝头毛细孔的孔径为0.2mm,金属喷管的高度为5?25mm，喷丝头间距为1cm，呈5纵列分布，每一列之间距离2cm，并与接收履带移动方向垂直；施加的静电电压为55?85kV ;喷丝板与接受面的间距为200mm ;接收面为铝箔。
[0035]纺丝过程为:将重量浓度为10%的聚丙烯腈(PAN)的N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)溶液推压进入立体型多喷头喷丝板，设定纺丝液的推进速度为20.0 μ L/min ;纺丝箱体内部的环境温度和湿度通过恒温恒湿系统分别调整为45°C和50%RH ;在接受面上覆盖铝箔，调节喷丝板与接收面之间的距离为200mm，喷丝板和金属线圈与静电发生器相连，开启静电发生器调节电压为55?85kV，使喷丝头毛细孔中流出的纺丝溶液在静电里的作用下，形成泰勒锥，拉伸出溶液细流，在空气中受电场力偏转控制垂直拉伸一定距离后，再发生鞭动，最终收集到接受面上。
[0036]纺丝结果如下:获得宽度为300_的PAN纳米纤维膜，纤维的平均直径为300nm。
【权利要求】
1.一种静电纺丝用立体型多喷头喷丝板，包括进料口(I)、上盖板(2)、下盖板(3)、可调整支撑架(6)和纺丝液多孔分配板(8)，其特征在于:所述进料口(I)位于上盖板(2)的顶端，所述上盖板(2)与下盖板(3)通过螺丝紧固件(4)相连，所述上、下盖板(2，3)内部与纺丝液多孔分配板(8)通过密封圈(9)连接，所述纺丝液多孔分配板(8)上下两侧至上、下盖板(2，3)之间为纺丝液腔(7)，所述下盖板(3)底面覆盖绝缘面板(5)，并通过若干喷丝头(10)或绝缘堵头(11)固定且连通纺丝液腔(7)，所述绝缘面板(5)与可调整支撑架(6)连接，所述可调整支撑架(6)上设有包围若干喷丝头(10)或堵头(11)的金属线圈(61)。
2.根据权利要求1所述的一种静电纺丝用立体型多喷头喷丝板，其特征在于:所述进料口(I)通过导管与纺丝液料筒相连。
3.根据权利要求1所述的一种静电纺丝用立体型多喷头喷丝板，其特征在于:所述下盖板(3)和金属线圈(61)直接与静电发生器的高压输出端相连。
4.根据权利要求1所述的一种静电纺丝用立体型多喷头喷丝板，其特征在于:所述上盖板(2)与下盖板(3)的横截面大体为U型且开口端部相互对应形成内部空腔。
5.根据权利要求1所述的一种静电纺丝用立体型多喷头喷丝板，其特征在于:所述上盖板(2)、绝缘面板(5)、密封圈(9)和绝缘堵头(11)采用聚四氟乙烯材质，所述下盖板(3)、螺丝紧固件(4)、纺丝液多孔分配板(8)和喷丝头(10)均为金属材质。
6.根据权利要求1所述的一种静电纺丝用立体型多喷头喷丝板，其特征在于:所述若干喷丝头(10)和绝缘堵头(11)安装在绝缘面板上，以便调整喷丝头的水平分布密度。
7.根据权利要求1所述的一种静电纺丝用立体型多喷头喷丝板，其特征在于:所述喷丝头(10)由固定基座(101)和金属喷管(102)组成，所述金属喷管(102)竖直紧固于固定基座(101)的底端，所述金属喷管(102 )的喷口处为圆锥体且锥角为30?180度，所述金属喷管(102)内部设有毛细管，所述若干喷丝头(10)的喷丝口位置按照三维空间点阵结构呈球面、曲面或平面分布。
8.根据权利要求7所述的一种静电纺丝用立体型多喷头喷丝板，其特征在于:所述金属线圈(61)与可调整支撑架(6)同轴线安装，所述金属线圈(61)的安装高度与若干喷丝头(10)中最长金属喷管(102)的喷丝口处等高或略低。
【文档编号】D01D5/00GK203451652SQ201320423672
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年7月16日 优先权日:2013年7月16日
【发明者】王雪芬, 陈彦模, 周哲, 杨寅, 李雄 申请人:东华大学