矩阵式多针头静电纺丝设备的制作方法

本实用新型涉及静电纺丝技术领域，具体涉及一种矩阵式多针头静电纺丝设备。

背景技术：

静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，是使聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝的技术。在电场作用下，喷头处的液滴会由球形变为圆锥形，并从圆锥尖端延展得到纤维细丝，这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。现有的静电纺丝一般采用较为小型的设备，工作效率较低，无法实现大规模连续化生产，对于一些需要在基材表面形成静电纺丝纤维膜的技术，对于基材传输的机构要求更高，要实现基材传送的连续性和稳定性，才能保证产品的质量和生产效率。在静电纺丝过程中，需要使用移动装置带动喷头往复移动，实现对基材表面进行喷丝，现有的移动装置通常带动一个喷头移动，且所用的喷头口径较大，虽然喷头的喷丝量比较大，但是喷丝效率不高，但是容易造成喷丝不均匀的现象。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种矩阵式多针头静电纺丝设备，能够实现纳米纤维膜的连续、稳定生产，保证静电纺丝产品的质量、提高生产效率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

设计一种矩阵式多针头静电纺丝设备，包括电纺室，设置在电纺室一侧外部的进料机构、收料机构，以及设置在电纺室内的传输机构和喷丝机构；

所述进料机构包括用于安装基材无纺布卷筒的进料辊，所述收料机构包括用于收卷成品料的收料辊，在收料辊的一端连接有收料电机，用于带动收料辊转动；

所述传输机构包括主动辊、从动辊以及套装在主动辊和从动辊之间的钢带，所述主动辊的一端设有驱动电机，所述驱动电机的输出端与主动辊同轴连接，用于带动主动辊转动，进而带动钢带沿主动辊和从动辊循环移动；

在电纺室对应主动辊所在一侧的侧壁上开设有过料通道，进料辊上的基材无纺布活动端穿过所述过料通道后沿着钢带的下表面、绕过从动辊，再从所述过料通道上部出来并卷绕在所述收料辊上；在靠近主动辊一侧的钢带下方设有喷丝机构，用于将静电纺丝原料喷涂在基材无纺布的表面形成纳米纤维膜层；

所述喷丝机构包括直线电机模组、固定安装在所述直线电机模组的滑块上的托盘，以及设置在所述托盘上的针头模块；所述托盘在直线电机模组的带动下沿导轨往复移动；

所述针头模块包括导电金属材质的底座，在底座的一端开设有一个以上的进料口，在底座内部沿其长度方向开设有与每个进料口一一对应相连通的进料通道，在所述底座的顶部沿每个进料通道的长度方向均开设有两个以上等距排列的出料口，所述出料口均与对应的进料通道相连通，在每个出料口处均安装有喷丝针头，所述进料口通过进料管路与微量注射泵连接；

在所述底座的一侧面沿其长度方向开设有通槽，在所述通槽的底面上开设有等距排列的连接孔，在每个连接孔内均安装有导电螺栓，位于其中一端的导电螺栓通过电线与高压静电发生器对应连接，相邻的导电螺栓之间通过导线电连接。

在上述技术方案中，作为基材的无纺布卷筒安装在进料辊上，无纺布的活动端穿过电纺室的过料通道，贴合在钢带下侧表面，然后绕过从动辊、顺着钢带的上侧表面从过料通道上部出来，然后卷绕在收料辊上，在工作时，主动辊在驱动电机的带动下转动，带动从动辊转动，使钢带在主动辊和从动辊之间循环移动，进而带动无纺布移动，同时钢带下方的喷丝机构启动，将静电纺丝原料喷涂在钢带下侧的无纺布上，在无纺布下侧面形成一层纳米纤维膜，成膜后的成品料跟随钢带的移动送出电纺室，收料辊在手里电机的带动下转动，将成品料收卷起来。

其中的喷丝机构通过直线电机模组带动托盘沿导轨往复移动，针头模块设置在托盘内，可以实现多组针头同时喷丝，使得喷丝效率更高、喷丝更均匀；在喷丝过程中掉落的原料被托盘接住，不会落在电纺室内部，更加便于清理。针头模块可以采用长方体或正方体形状的底座，在底座上设置多组呈矩阵式排列的喷丝针头，原料通过进料管路、进料口、进料通道流到针头处，导电材质的底座与高压静电发生器对应连接，使得原料通过针头处形成纤维细丝，细丝被喷涂在基材（如无纺布）表面，由此实现静电纺丝形成的纳米纤维膜。

优选的，所述进料管路包括通过料管与微量注射泵连接的进料主管，以及连接在每个进料口与进料主管之间的进料支管，在每个进料支管上均设有旋转开关；所述微量注射泵通过料管连通至盛装静电纺丝原料的料桶内。通过设置进料主管和进料支管，在进料支管上设置旋转开关，可以控制每个进料通道是否进料，有选择地根据需要控制每组针头是否喷丝。

优选的，在所述出料口处设有内沉孔，所述内沉孔的侧壁上设有内螺纹，所述喷丝针头下部通过针头座螺纹连接在所述内沉孔中；在所述内沉孔与针头座底面接触的位置设有密封垫圈。

优选的，所述托盘上固定设置有垫块，所述针头模块的底座固定在所述垫块上；所述垫块为绝缘胶木材质；所述底座为不锈钢材质。

优选的，在电纺室内还设有上张紧机构和下张紧机构，所述上张紧机构和下张紧机构均包括竖直固定在电纺室顶壁两侧的拉杆，在两个拉杆之间安装有张紧辊，所述上张紧机构的张紧辊从上侧钢带和下侧钢带之间穿过，且与上侧钢带的内侧面贴合接触；所述下张紧机构的张紧辊从上侧钢带和下侧钢带之间穿过，且与下侧钢带的内侧面贴合接触；所述上张紧机构和下张紧机构均为两组。

通过设置上、下张紧机构，能够对钢带的上下两侧进行张紧，保证钢带能够带动基材无纺布稳定移动。

优选的，在电纺室外还设有外部张紧机构，所述外部张紧机构包括两侧的竖向支撑杆、上下平行安装在支撑杆之间的出料张紧辊和进料张紧辊，所述进料张紧辊位于进料辊与过料通道之间，且与基材无纺布底面顶紧接触；所述出料张紧辊位于收料辊与过料通道之间，且与成品料底面顶紧接触。

通过设置外部张紧机构，进料张紧辊能够对进料辊和主动辊之间的基材无纺布进行张紧，出料张紧辊能够对主动辊和收料辊之间的成品料进行张紧，能够基材和成品料在进料和收料时的稳定移动。

优选的，所述支撑杆为中空结构，在两个支撑杆的内侧开设有竖向的插接槽，所述进料张紧辊和出料张紧辊的中心轴两端分别穿过所述插接槽插接在两侧的支撑杆上，在支撑杆的侧壁上开设有等距分布的固定孔，在所述固定孔内穿设有紧固螺栓，用于固定支撑进料张紧辊和出料张紧辊的中心轴。

外部张紧机构通过设置竖向的插接槽以及多个固定孔，可以调节进料张紧辊和出料张紧辊在支撑杆上的高度位置，以满足不同情况下进料辊和收料辊对于张紧程度的要求。

优选的，在所述电纺室底面上位于喷丝机构后侧的位置铺设有热风管路，所述热风管路包括与外部热风机相连的热风主管，以及与所述热风主管相连通的一个以上的热风支管，所述热风支管上开设有等距分布的散热孔。

通过设置热风管路，能够对基材表面喷丝形成的纳米纤维膜层进行烘干，使纤维膜层能够快速成型，从电纺室出来的成品料能够直接进行收卷，避免在传输过程中因为纤维膜未干而造成损坏、脱落、粘连等问题。

优选的，在所述电纺室的顶部开设有排风口，在所述排风口处安装有排风扇。在电纺室顶部设置排风口和排风扇，可以带动电纺室底部的热空气向上流动，使电纺室内的温度更加均匀，烘干效果好；当电纺室温度或湿度达到一定程度时，可以进行排风，以保证电纺室内的温湿度符合设备工作要求。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型矩阵式多针头静电纺丝设备，大幅提高了静电纺丝的生产效率和生产规模，可以实现纳米纤维膜的连续化生产，有利于建立纳米纤维膜的大型生产线。本实用新型生产出的纳米纤维膜层，采用静电纺丝的方式与无纺布结合在一起，纳米纤维膜层的纤维直径更细，孔径更小，其中的纤维是无序、随机分布的，使得具有更大的比表面积和更高的孔隙率，物理过滤能力比熔喷布更强，由于是静电纺丝制成，其同时具有良好的静电吸附过滤的能力，使该纳米纤维膜兼具物理过滤与静电吸附过滤的功能，是一种可以应用于口罩、防护服、滤芯等过滤产品中的原料，其过滤效果好、透气性好、更轻薄，且成本更低。采用本实用新型中的设备能够实现纳米纤维膜的量产，可以保证作为中间原材料的供应。

通过设置进料机构、收料机构和传输机构，能够带动基材无纺布连续、稳定传送，在传送过程中完成静电纺丝，在基材无纺布表面形成纳米纤维膜，传送机构能够保证基材和成品料的稳定连续输送，对于建立连续化生产的大型静电纺丝生产设备是极为必要的，有利于提高生产效率、保证产品质量。

喷丝机构通过直线电机模组带动托盘往复移动，托盘内设置模块化的针头装置，可以实现多组针头同时喷丝；在喷丝过程中掉落的原料可以被托盘接住，避免原料落在电纺室内部，更加便于清理。其中采用模块化的针头装置，可以实现多组针头同时进行喷丝，能够保证喷丝的均匀性，解决了现有的静电纺丝使用单独的喷头容易造成喷丝不均匀的问题；采用的喷丝针头的内径可以远远小于现有的静电纺丝使用的单独喷头，在保证喷丝均匀性的同时也能够进一步降低纤维的细度、增加纤维的密度，提高纳米纤维膜的产品质量。针头模块在使用时，可以全部针头同时喷丝，也可以通过支管上的旋转按钮控制每组针头的开启和关闭，根据需要选择开启哪几组针头，进而调整纳米纤维膜的厚度和密度。

附图说明

图1是本实用新型矩阵式多针头静电纺丝设备的结构示意图；

图2是喷丝机构的俯视结构示意图；

图3是喷丝机构的侧视结构示意图；

图4是针头模块的结构示意图；

图5是针头模块的侧视图；

图6是针头模块的剖视图；

图7是主动辊、从动辊和钢带的结构示意图；

图8是上张紧机构的结构示意图；

图9是外部张紧机构的结构示意图；

图10是支撑杆和中心轴的安装方式示意图；

图11是热风管路的结构示意图。

图中标号：1电纺室，2进料辊，3收料辊，4主动辊，5从动辊，6钢带，7驱动电机，8过料通道，9基材无纺布，10喷丝机构，11成品料，12上张紧机构，13下张紧机构，14拉杆，15张紧辊，16外部张紧机构，17支撑杆，18出料张紧辊，19进料张紧辊，20插接槽，21中心轴，22固定孔，23紧固螺栓；24热风主管，25热风支管，26散热孔；27排风口；

28直线电机模组，29导轨，30滑块，31垫块，32托盘；33底座，34进料口，35料管，36进料通道，37出料口，38喷丝针头，39针头座，40通槽，41导电螺栓，42电线，43导线，44进料主管，45进料支管，46旋转开关。

具体实施方式

下面结合实施例来说明本实用新型的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本实用新型，并不以任何方式限制本实用新型的范围。在以下实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。

实施例1：一种矩阵式多针头静电纺丝设备，参见图1，包括电纺室1，设置在电纺室1一侧外部的进料机构、收料机构，以及设置在电纺室1内的传输机构和喷丝机构10。

进料机构包括用于安装基材无纺布9卷筒的进料辊2，收料机构包括用于收卷成品料的收料辊3，在收料辊3的一端连接有收料电机，用于带动收料辊3转动。

传输机构包括主动辊4、从动辊5以及套装在主动辊4和从动辊5之间的钢带6，主动辊4的一端设有驱动电机7，驱动电机7的输出端与主动辊4同轴连接，用于带动主动辊4转动，进而带动钢带6沿主动辊4和从动辊5循环移动，参见图7。

在电纺室1对应主动辊2所在一侧的侧壁上开设有过料通道8，进料辊2上的基材无纺布9活动端穿过过料通道8后沿着钢带6的下表面、绕过从动辊5，再从过料通道8上部出来并卷绕在收料辊3上；在靠近主动辊4一侧的钢带6下方设有喷丝机构10，用于将静电纺丝原料喷涂在基材无纺布9的表面形成纳米纤维膜层。

喷丝机构包括直线电机模组28、固定安装在直线电机模组的滑块30上的托盘32，以及设置在托盘上32的针头模块；托盘32在直线电机模组28的带动下沿导轨29往复移动；参见图2、图3。其中的直线电机模组28可以根据需要的移动行程和移动速度来选用现有设备元件来实现，其电机、导轨、滑块的结构和设置方式、驱动方式在此不再赘述。

针头模块的结构参见图4、图5、图6，包括导电金属材质的底座33，在底座33的一端开设有一个以上的进料口34，在底座33内部沿其长度方向开设有与每个进料口34一一对应相连通的进料通道36，在底座33的顶部沿每个进料通道36的长度方向均开设有两个以上等距排列的出料口37，出料口37均与对应的进料通道36相连通，在每个出料口37处均安装有喷丝针头38，在出料口37处设有内沉孔，内沉孔的侧壁上设有内螺纹，喷丝针头38下部通过针头座39螺纹连接在内沉孔中；在内沉孔与针头座39底面接触的位置设有密封垫圈；进料口34通过进料管路与微量注射泵连接。在底座33的一侧面沿其长度方向开设有通槽40，在通槽40的底面上开设有等距排列的连接孔，在每个连接孔内均安装有导电螺栓41，位于其中一端的导电螺栓通过电线42与高压静电发生器对应连接，相邻的导电螺栓之间通过导线43电连接。托盘32上固定设置有垫块31，针头模块的底座固定在垫块31上；垫块31为绝缘胶木材质；底座33为不锈钢材质。

实施例2：一种矩阵式多针头静电纺丝设备，与实施例1的不同之处在于，在电纺室内还设有上张紧机构12和下张紧机构13，上张紧机构12和下张紧机构13均包括竖直固定在电纺室顶壁两侧的拉杆14，在两个拉杆14之间安装有张紧辊15，参见图8。上张紧机构12的张紧辊从上侧钢带和下侧钢带之间穿过，且与上侧钢带的内侧面贴合接触；下张紧机构13的张紧辊从上侧钢带和下侧钢带之间穿过，且与下侧钢带的内侧面贴合接触；上张紧机构12和下张紧机构13均为两组。

在电纺室外还设有外部张紧机构16，外部张紧机构16包括两侧的竖向支撑杆17、上下平行安装在支撑杆17之间的出料张紧辊18和进料张紧辊19，进料张紧辊19位于进料辊2与过料通道8之间，且与基材无纺布9底面顶紧接触；出料张紧辊18位于收料辊3与过料通道8之间，且与成品料11底面顶紧接触。

支撑杆17为中空结构，在两个支撑杆17的内侧开设有竖向的插接槽20，进料张紧辊和出料张紧辊的中心轴21两端分别穿过插接槽20插接在两侧的支撑杆17上，在支撑杆17的侧壁上开设有等距分布的固定孔22，在固定孔22内穿设有紧固螺栓23，用于固定支撑进料张紧辊和出料张紧辊的中心轴21。

实施例3：一种矩阵式多针头静电纺丝设备，与实施例2的不同之处在于，在电纺室1底面上位于喷丝机构后侧的位置铺设有热风管路，热风管路包括与外部热风机相连的热风主管24，以及与热风主管24相连通的一个以上的热风支管25，本实施例中设有3个热风支管，热风支管25上开设有等距分布的散热孔26。在电纺室1的顶部开设有排风口27，在排风口27处安装有排风扇。

本实用新型矩阵式多针头静电纺丝设备的工作方式为：首先将基材无纺布的卷筒安装在进料辊上，使基材无纺布的活动端穿过过料通道进入电纺室，并与钢带下侧面贴合，然后绕过从动辊、沿钢带上侧面从过料通道出来，卷绕在收料辊上；其中，基材无纺布可以通过静电吸附的方式贴合在钢带表面（静电吸附的方式可以采用现有技术来实现，在此不再赘述）。在工作时，驱动电机带动主动辊转动，主动辊带动钢带和从动辊转动，同时下部的喷丝机构启动，将静电纺丝原料喷涂在基材无纺布的下侧表面，形成纳米纤维膜，其中的喷丝机构通过直线电机模组带动托盘往复移动，托盘内的针头模块对基材表面进行喷丝。针头模块的进料管路与微量注射泵连接，微量注射泵连通至料桶内，通过高压静电发生器给底座施加高压静电，通过直线电机模组带动该针头模块往复移动，对上方贴合在钢带上的基材无纺布表面进行喷丝，在基材表面形成纳米纤维膜。其中，呈矩阵式排列的多组针头同时喷丝，形成的纤维更细、更密，解决了现有的静电纺丝喷头容易产生喷丝不均匀、纤维细度不够的问题。还可通过旋转开关控制每组针头是否开启，选择使用多组针头同时喷丝或者其中几组进行喷丝，以适应纳米纤维膜的不同厚度和密度的要求，形成不同厚度和密度的纳米纤维膜。

喷丝过程中掉落的原料落在托盘中，不会掉在电纺室内部，更加便于清理。通过在电纺室内设置上、下张紧机构，能够保证钢带的稳定移动；在电纺室外设置外部张紧机构，能够保证基材无纺布和成品料的稳定移动。电纺室内设置的热风管路能够起到加热烘干作用，有利于喷丝后的纳米纤维快速成膜、干燥成型，便于后续的成品料能够直接收卷，避免收卷过程中纳米纤维膜产生粘连、脱落或膜层损坏。

本实用新型矩阵式多针头静电纺丝设备集进料、喷丝、烘干、收料为一体，形成了一种一体化、能够连续生产的大型静电纺丝设备，其传输机构更加稳定，喷丝更均匀，自动化程度和生产效率更高。

上面结合实施例对本实用新型作了详细的说明，但是所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本实用新型宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本实用新型的常见变化范围，在此不再一一详述。