静电纺丝装置及其收集机构的制作方法

1.本实用新型属于微纳米纤维膜生产技术领域，具体涉及静电纺丝装置及其收集机构。


背景技术：

2.静电纺丝法是一种简单而通用的制备纳米材料的技术，其依赖于表面电荷之间的静电排斥力，以从粘弹性流体中得到连续的纳米纤维。用于规模化生产的静电纺丝装置，多采用连接负高压电源的金属板作为收集机构，装置作业时，柔性基材在传送装置作用下通过金属板下方的纺丝区域，电纺纳米纤维沉积于基材表面形成纳米纤维膜，以实现微纳米纤维膜的规模化生产。
3.然而，这种装置在作业过程中，基材由于电场的吸附作用，加大了基材与金属板之间的摩擦，使传送装置不易拉动基材或因施力过大破坏基材，不利于连续生产。为了解决这一问题，研究人员尝试在收集机构上加设减少基材与金属板间减小摩擦的辅助结构，例如，发明人曾尝试采用较小间距的无动力辊组作为辅助结构，从而减小基材与收集装置的摩擦，同时，希望通过减小辊间间距减小基材受电场力作用吸入无动力辊间引起基材褶皱的问题。但是，在后续的实验中发明人发现，即便是采用较小间距的无动力辊组仍不能完全避免基材在电场力作用下进入辊间空隙中，仍然会出现基材褶皱的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术不足，本实用新型要解决的技术问题是，提供静电纺丝装置及其收集机构，该装置通过对收集机构的改进，既能减小基材与收集机构的金属板间的摩擦力，避免损坏基材，又不会影响纺丝区域的电场均匀分布，能确保生产所得的电纺纤维膜的厚度均匀。
5.为了达到上述目的，本实用新型一方面公开了一种静电纺丝装置的收集机构，包括位于纺丝发射极上方的无动力辊组，所述无动力辊组包括多个平行设置的无动力辊，所述无动力辊的辊筒下表面与基材接触，所述无动力辊的辊轴平行于所述基材且垂直于所述基材的传送方向设置，多个所述无动力辊沿基材传送方向均匀排列；所述无动力辊的直径为10-20mm，且相邻两个所述无动力辊间的间距小于或等于所述无动力辊的直径。
6.在其中一些实施方案中，该收集机构还包括连接负高压电源的金属板，所述金属板平行于其下方的基材设置，且所述无动力辊组设于所述基材和所述金属板之间。
7.在其中一些实施方案中，所述无动力辊为绝缘无动力辊。
8.在其中一些实施方案中，该收集机构还包括安装架，所述金属板固定连接所述安装架，所述无动力辊的辊轴的两端通过轴承转动连接所述安装架。
9.在其中一些实施方案中，所述无动力辊的直径为13-19mm。
10.在其中一些实施方案中，所述无动力辊为导电辊，且所述无动力辊连接所述负高压电源，以在所述收集机构和所述纺丝发射极间产生纺丝电场。
11.本实用新型另一方面公开了一种静电纺丝装置，包括所述的收集机构，还包括用于基材传送的传送装置，用于发射电纺纤维的纺丝发射极，用于向纺丝发射极供给纺丝液的供液机构，用于产生纺丝电场的高压电源。
12.在其中一些实施方案中，所述高压电源为与发射电极相反的高压电源，所述收集机构连接所述高压电源，以在所述收集机构和所述纺丝发射极间产生纺丝电场。
13.在其中一些实施方案中，所述高压电源为负高压电源。
14.与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：提供了静电纺丝装置及其收集机构，该装置通过对收集机构的改进，能减小基材与收集机构间的摩擦力减少基材破损概率，同时确保纺丝区域的电场均匀分布，确保产品质量。具体而言：
15.1)无动力辊组的设置能够减小金属板和基材间的摩擦力，避免由传送装置拉力过大造成基材破损，同时，通过对收集机构的无动力辊组的辊筒直径和辊间间距的特殊设计，能够减小加设辅助润滑结构对纺丝区域电场的影响，从而使收集机构附近的高压电场均匀分布，避免由电场分布不均引起的纺丝膜厚度变化，保证电纺纤维膜的厚度均匀，确保产品质量。
16.2)优选方案中，无动力辊组采用绝缘无动力辊，能够进一步减小其对纺丝区域的电场分布影响，更好的保证收集机构附近高压电场的均匀分布，确保电纺纤维膜的厚度均匀。
附图说明
17.图1为实施例1的静电纺丝装置的结构示意图；
18.图2为本实用新型的相邻两个无动力辊的设置间距状态示意图；
19.以上个图中：1-无动力辊，2-金属板，3-基材，4-安装架,5-纺丝发射极，6-供液机构，7-负高压电源；
20.图1中箭头方向为基材传送方向，图2中，r表示无动力辊的辊筒半径，d表示相邻两个无动力辊间的间距。
具体实施方式
21.下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
22.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
23.实施例1
24.如图1和图2所示，一种静电纺丝装置的收集机构，包括位于纺丝发射极6上方的无动力辊组，无动力辊组包括多个平行设置的无动力辊1，无动力辊1的辊筒下表面与基材3接触，无动力辊1的辊轴平行于基材3且垂直于基材3的传送方向(图1中箭头方向)设置，多个无动力辊1沿基材的传送方向均匀排列；无动力辊1的直径2r为10-20cm，且相邻两个无动力
辊间的间距小于或等于所述无动力辊的直径。
25.如图1所示，采用上述收集机构的静电纺丝装置的结构还包括用于基材3传送的传送装置(未在附图中显示，可为任意现有的能实现基材传送的结构，如收卷装置和放卷装置等)，用于发射电纺纤维的纺丝发射极5，用于向纺丝发射极5供给纺丝液的供液机构6，用于产生纺丝电场的高压电源；具体的，高压电源为负高压电源7，收集机构连接高压电源，以在收集机构和纺丝发射极5间产生纺丝所需的高压电场。
26.具体的，该收集机构还包括连接负高压电源7的金属板2和安装架4，金属板2平行于其下方的基材3设置，且无动力辊组设于基材3和金属板2之间。金属板2固定连接安装架4，无动力辊1的辊轴的两端通过轴承转动连接安装架4，安装架4可固定连接地面或屋顶，以实现收集机构的固定安装。
27.上述的静电纺丝装置收集机构，通过无动力辊组的设置能够减小金属板2和基材3间的摩擦力，避免由传送装置拉力过大造成基材3破损，影响生产和产品质量。同时，通过对收集机构的无动力辊组的辊筒直径2r和辊间间距d的特殊设计，能够减小加设辅助润滑结构对纺丝区域电场的影响，从而使收集机构附近的高压电场均匀分布，避免由电场分布不均引起的纺丝膜厚度变化，保证电纺纤维膜的厚度均匀，确保产品质量。
28.实施例2
29.采用实施例1的静电纺丝装置结构，测试导电的无动力辊的辊筒直径对纺丝效果的影响。实验中，将辊筒直径2r和辊间间距d的尺寸比例固定为1:1，基材初始厚度为530μm，纺丝发射极5与基材3间间距设为25cm，纺丝电压固定为30kv，纺丝时间为2min，纺丝液配方为：纺丝溶质:聚丙烯腈,纺丝溶剂:dmf,纺丝液浓度为10wt％。在实验样品上均匀选取10个点测量其厚度，以计算静电纺丝所得的微纳米纤维膜的平均厚度(样品总厚度-基材原始厚度)和样品的厚度方差，所得实验结果如表1所示。
30.表1
[0031][0032][0033]
由表1的实验结果可以看出，辊筒直径2r和辊间间距d的尺寸比例固定为1:1时，辊
筒直径在10-20mm范围内，所得微纳米纤维膜的厚度更加均匀，质量更好，且收集极的电场力不会影响基材传输，基材传输更为顺畅；辊筒直径为13-19mm范围内，微纳米纤维膜的厚度最为均匀。
[0034]
实施例3
[0035]
采用实施例1的静电纺丝装置结构，测试导电的无动力辊的辊间间距d对纺丝效果的影响。实验中，将辊筒直径2r设为15mm，基材初始厚度为530μm，纺丝发射极5与基材3间间距设为25cm，纺丝电压固定为30kv，纺丝时间为2min，纺丝液配方为：纺丝溶质:聚丙烯腈,纺丝溶剂:dmf,纺丝液浓度为10wt％。在实验样品上均匀选取10个点测量其厚度，以计算静电纺丝所得的微纳米纤维膜的平均厚度(样品总厚度-基材原始厚度)和样品的厚度方差，所得实验结果如表2所示。
[0036]
表2
[0037][0038][0039]
由表2的实验结果可以看出，当辊筒直径2r固定时，无动力辊间的间距小于或等于所述无动力辊的直径，所得微纳米纤维膜的厚度更加均匀，质量更好，且收集极的电场力不会影响基材传输，基材传输更为顺畅。
[0040]
实施例4
[0041]
实施例4采用与实施例3相似的静电纺丝装置和相同的实验方法，区别在于，实施例4采用绝缘无动力辊，所得实验结果如表3所示。
[0042]
表3
[0043][0044]
实施例4采用绝缘无动力辊筒，能够起到更好的减小电场力对基材传输的影响，可适当放宽对辊筒间间距与辊筒直径之间的关系的要求，在相同电场下，相较于导电无动力辊，采用绝缘无动力辊基材传输更加顺畅。
[0045]
实施例5
[0046]
本实施的静电纺丝装置的收集机构结构与实施例1相似，区别在于：实施例5的收集机构不设置金属板2，负高压电源7直接连接导电的无动力辊1。实验比较采用实施例5的收集机构与是实施例1的收集机构的静电纺丝装置的方式效率。实验中，将辊筒直径2r设为19mm，基材初始厚度为530μm，纺丝发射极5与基材3间间距设为25cm，纺丝电压固定为30kv，纺丝时间为2min，纺丝液配方为：纺丝溶质:聚丙烯腈,纺丝溶剂:dmf,纺丝液浓度为10wt％。所得实验结果如表4所示。
[0047]
表4
[0048][0049]
上述实验结果可知，在相同纺丝电压下，无动力辊的基材对侧增设导电的金属板可以增强电场，使静电纺丝装置具有更高的纺丝效率。
[0050]
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。