一种可实现精密控湿及均匀收集的静电纺丝收集装置的制作方法

本发明属于纳米纤维收集，具体涉及一种可实现精密控湿及均匀收集的静电纺丝收集装置。

背景技术：

1、静电纺丝是指高分子溶液在高压静电的作用下，形成射流，然后在静电力场的作用下，逐步被拉伸。由于小尺寸效应的作用，射流中的水或有机溶剂瞬间挥发，而拉伸到纳米形态的高分子纤维沉积到收集器上，形成高分子纳米纤维膜。静电纺丝制备的纳米纤维膜，能应用于防护过滤、工业催化、能源电池、生物医疗等领域。然而，这些应用的基础在于，纳米纤维形态的有效优化和膜均匀度的有效调控，这就对静电纺丝收集装置提出了更高的要求。

2、目前，静电纺丝收集装置包括平板收集器、滚筒收集器、链条收集器、柔性钢板收集器、网带收集器等。平板收集器、滚筒收集器和柔性钢板收集器，存在溶剂挥发不均导致的膜形变问题。链条收集器存在收集平整度不够的问题。网带收集器存在边缘效应的问题。在大规模工业生产中，挥发溶剂的吸附，也会引起纳米纤维膜宏观形态的褶皱，影响其应用。

3、面对上述问题，研究人员进行了许多尝试，例如，为了实现纤维的均匀收集，进行边缘暖风气流的辅助；为了实现射流中溶剂和纤维上溶剂的脱附，进行红外灯的加热烘烤；为了实现纳米纤维的高速沉积，进行密集排风装置的安装。然而，这样的尝试亦存在着相应的问题，边缘暖风气流辅助，增加了静电射流在空气中的宏观扰动，容易造成纤维结节，同时也不易调控纤维膜的整体均匀；一定距离的远红外加热炙烤，本身烘烤不均匀性；密集排风装置，还是存在边缘效应，纤维膜不易均匀平整。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种可实现精密控湿及均匀收集的静电纺丝收集装置，包括收集传送带、排风单元、加热单元和传热单元，收集传送带的上下两层网带之间设有加热单元的加热盘管、传热单元的传热腔室和隔离软板，加热盘管和传热腔室均设在隔离软板的上方，隔离软板将传热腔室的底面与下层网带之间的空间分割成若干个控制空间；加热单元通过传热单元为所有控制空间和下层网带均匀供热，促进溶剂均匀脱附及挥发；

2、排风单元包括若干组排风装置，排风装置与控制空间一一对应，排风装置包括依次连接的排风口、排风管和排风机，排风口连通对应的控制空间，排风管设在隔离软板上方，排风机设在收集传送带的外侧，为对应的控制空间抽气，使得控制空间内形成负压，有利于气态溶剂通过控制空间而被排风机抽走。

3、可选的，所述收集传送带包括收集网带、两个滚动轴和电机，收集网带上均匀密布通孔，收集网带绕设在两个相互平行的滚动轴上，滚动轴连接电机，用于驱动滚动轴转动，进而带动收集网带移动；

4、收集网带的内侧面上均匀设有若干道第一轨道，用于连接传热单元，实现接触式传热，提高传热效率；第一轨道向着收集网带外侧的方向凹陷，第一轨道相互平行且垂直于滚动轴。

5、进一步可选的，所述收集网带为不锈钢材质，收集网带上的通孔横纵有序排列，呈矩阵式分布。

6、进一步可选的，所述滚动轴为张紧轴，张紧轴为高分子绝缘材料，两个张紧轴用于拉伸收集网带，使得下层网带能保持水平，从而保证纳米纤维的均匀收集。

7、可选的，所述加热单元包括若干道加热盘管、连接管和加热装置，加热盘管为蛇形曲折分布方式，且均匀盘绕在传热腔室的内部，加热盘管的两端分别靠近两个滚动轴，加热盘管的两端分别通过连接管连接加热装置的进口和出口；

8、若干道加热盘管上下叠放，增加供热；加热盘管内装有导热硅油，加热装置能够加热硅油，并驱动硅油在加热盘管内循环。

9、可选的，所述隔离软板包括若干个横纵交叉的隔离板，隔离板均竖直设置，隔离板的顶部连接传热腔室的下表面，横向的隔离板平行于第一轨道，纵向的隔离板垂直于第一轨道；

10、若干个横纵交叉的隔离板在传热腔室的下方均匀布设，且呈矩阵式设置，将传热腔室的底面与下层网带之间的空间均匀分割成若干个相同大小的控制空间。

11、可选的，所述传热单元包括传热腔室、传热组件和传热杆组，传热腔室内部充有硅油，传热组件设在传热腔室的下表面，传热组件包括若干条相互平行的传热条，传热条为实心的金属条，传热条的下表面设有一条第二轨道，第二轨道平行于第一轨道，第二轨道与第一轨道上下对应；

12、传热杆组包括若干排传热杆，每排传热杆对应一条第二轨道，传热杆的顶端连接第二轨道，底端连接第一轨道。

13、进一步可选的，所述传热条为长方体且平行于第一轨道，传热条贯穿所有纵向的隔离板；第二轨道向上凹陷，且第二轨道处于传热条的中央。

14、进一步可选的，所述传热腔室为扁平的长方体形状，且为水平设置的封闭腔室，传热腔室的四个侧面分别靠近两个滚动轴和收集网带的两侧，为收集网带充分传热；传热腔室对应收集网带两侧的两个侧面分别设有支架，支架底部连接支撑架或地面，以支撑传热腔室；

15、传热腔室内设有液位测量装置与硅油膨胀缓冲器，用于检测传热腔室中硅油的填充情况，避免硅油热涨而导致部件受压。

16、进一步任选的，所述传热腔室的内部预设若干个竖直风道，竖直风道的上下两端分别连接传热腔室的顶面和底面，竖直风道的上下两端都敞开且连通传热腔室的外部空间；

17、竖直风道的底端为排风口且对应一个控制空间的中心位置，排风管的进口通过风口底座连接竖直风道的顶端，排风管的出口连接排风机；排风管平行于滚动轴，排风机设在收集网带的外侧面，不影响收集网带移动，且不占用收集网带内部的空间。

18、进一步可选的，一排传热杆包括若干个排成一排的传热杆，传热杆的顶端和底端分别设有圆球形的向外凸出的卡接部，分别用于卡入第二轨道和第一轨道，使得传热条通过传热杆将热量传递给下层网带，实现接触式传热，提高传热效率；

19、传热条和传热杆的材质均为金属，例如不锈钢。

20、加热装置(例如模温机)将导热硅油加热，然后泵送至对应的连接管，再输入对应的加热盘管，导热硅油在蛇形的加热盘管内循环流动，将热量传递给传热条，传热条为封闭腔室，其内部封存的硅油被均匀加热，被加热的硅油经传热条的金属壁将热量传递给接触式传热杆。传热杆被加热后，进而通过接触传导，将热量传递给下层网带，从而在收集网带的网面区域形成温度梯度带。这样，既有利于高分子射流中溶剂的挥发，也有利于网带上纳米纤维吸附溶剂的有效解析，从而达到优化纳米纤维沉积形态，提高纳米纤维成型效果的目的。加热装置与对应的泵可设置在一起，便于安装。

21、传热杆的球形两端分别卡入第二轨道和第一轨道内，形成嵌入式结构，从而保证收集网带停止或运动时，传热杆的两端均不脱轨，保持良好的接触状态。一排传热杆密集排布，若干排传热杆均匀排列，且每排传热杆连接对应的第一轨道，形成密集排布的导热矩阵，从而保证高效的传热效率。非导电的导热硅胶与绝缘的连接管一起，切断了高压静电放电导致的电流击穿的风险，从而实现了高压静电下接触式均匀传热。

22、另外，虽然两个滚动轴能够拉伸收集网带，但收集网带在移动时，其下层网带在自身重力作用下，不会完全平直，总要有一定程度的下坠，导致下层网带与传热条底面之间的距离并不完全一致。本发明的传热杆的顶端为球形，使得传热杆能以自身顶端为支点、底端为自由端而在一定范围内转动，传热杆的底端嵌入第一轨道，传热杆的底端随着收集网带的移动，使得传热杆倾斜，当倾斜至极限程度时，传热杆顶端被卡住而不再倾斜，以适应下层网带高度位置的变化。

23、本发明中，通过各个控制空间内精确有效的排风调控，保证纤维膜的均匀沉积，避免边缘效应带来的不均匀影响，避免气体溶剂整体过饱和/局部过饱和带来的膜形变。同时配合加热单元和传热单元的设计，进行均匀的温度调控，从而保证整个纤维膜中溶剂的有效去除，避免因溶剂积累导致的纤维膜形变。通过以上两点，有效提高纤维的沉积效率，实现纳米纤维膜的均匀收集及宏观形态的有效优化。