CN103757719B - 一种纤维毡制备装置 - Google Patents

Abstract

一种纤维毡制备装置，涉及纤维毡。设有纺丝箱、振动发生装置、振动传导系统、供液系统、收集装置、高压电源、诱导片和固定片；纺丝箱内分隔为振动传导室和溶液槽，所述振动传导系统设在振动传导室内，振动传导系统设有振动输出轴、连接座、振动传导块；所述供液系统设有储液箱和计量泵；振动输出轴通过连接座与纺丝箱固定，振动输出轴的轴端与振动传导块一端连接，振动传导块另一端面与诱导片铰接；诱导片顶部设有诱导片凸起，固定片顶部设有固定片凸起；溶液槽内设有凹形固定块，固定片固定于凹形固定块的凹槽内；计量泵通过供液管与溶液槽相通并通过计量泵对溶液槽供液，收集装置设在溶液槽正上方，收集装置与高压电源输出端电性连接。

Description

一种纤维毡制备装置

技术领域

本发明涉及纤维毡制备装置，尤其是涉及一种无针头式批量化纤维毡制备装置。

背景技术

静电纺丝批量化已成为学者们的研究热点。传统静电纺丝装置的喷丝头选用针头，其产量一般为0.1～1.0g/h，在静电纺丝过程中针头还容易堵塞。若采用多针头阵列进行批量化电纺，因为针头之间的电场互相干扰，会出现“边缘效应"现象，所以也无法达到预期的纺丝效率。

很多学者对无针头式批量化静电纺丝技术进行了研究，如中国专利CN102191573A。这些技术方案与针头式静电纺丝技术相比，较好地解决了喷丝头容易堵塞、多针头阵列存在的“边缘效应”等问题，同时提高了纺丝效率，能够快速、均匀地制备纳米纤维。

发明内容

本发明的目的是提供可有效解决静电纺丝技术中纤维制造产量低、喷丝头容易堵塞、启动电压高等问题的一种纤维毡制备装置。

本发明设有纺丝箱、振动发生装置、振动传导系统、供液系统、收集装置、高压电源、诱导片和固定片；

所述纺丝箱内分隔为振动传导室和溶液槽两个槽体，振动传导室用于避免振动传导块在工作时对溶液产生搅动干扰；所述振动传导系统设在振动传导室内，振动传导系统设有振动输出轴、连接座、振动传导块；所述供液系统设有储液箱和计量泵；所述振动输出轴通过连接座与纺丝箱固定，振动输出轴的轴端与振动传导块一端连接，振动传导块的另一端面与诱导片铰接；供液系统与溶液槽连通，对溶液槽连续供液；振动发生装置通过振动传导系统传导给诱导片，使诱导片产生横向振动；所述诱导片与固定片平行紧靠，诱导片顶部设有诱导片凸起，固定片顶部设有固定片凸起；在溶液槽内设有凹形固定块，固定片固定于凹形固定块的凹槽内；储存在储液箱中的纺丝溶液通过供液管与计量泵连通，计量泵再通过供液管与溶液槽相通并通过计量泵对溶液槽供液，确保溶液槽中的液面在电纺过程中保持不变；所述收集装置设在溶液槽正上方，用于收集形成的纤维，收集装置与高压电源输出端电性连接，纺丝溶液通过设在溶液槽底部的导电条接地。

所述诱导片和固定片可采用长条形铜薄片，所述诱导片和固定片可采用多组，一般可采用4组。

所述诱导片凸起和固定片凸起的形状可为三角形，诱导片凸起和固定片凸起的间距可为1～5cm。

所述收集装置可采用用旋转收集板，所述收集装置具有高度调节组件，可以调整与纺丝溶液的距离以改变纺丝距离。

所述溶液槽可由绝缘材料制成，以避免干扰电场。

所述振动发生装置可采用激振器或机械振动发生器，其振动频率在1～500kHz连续可调，振幅范围为0.01～50mm。

所述供液系统，实现对溶液槽供液，确保在电纺过程中液面不变，供液系统中最好设有计量泵或纺丝泵。

所述凹形固定块可设有左凹形固定块和右凹形固定块，左凹形固定块和右凹形固定块分别设于溶液槽内左右两侧，当左凹形固定块和右凹形固定块在溶液槽中的高度一致时，诱导片、固定片上的凸起对溶液表面的诱导效果一致，其制备的纤维毡纤维直径均一。

本发明的诱导片与固定片平行紧靠，诱导片通过振动传导系统与振动发生装置传动连接，固定片设在溶液槽中的凹形固定块；振动发生装置使诱导片产生横向振动；供液系统与溶液槽连通，对溶液槽连续供液；收集装置设在溶液槽正上方，用于收集纤维；高压电源与收集装置或纺丝溶液电性连接，产生强电场。

诱导片在振动发生装置的作用下不断横向振动，而固定片固定在溶液槽不动。诱导片与固定片两者的凸点相遇时，将诱导溶液克服自身表面张力形成射流。不同形状的诱导凸点，其诱导效果不同，诱导片、固定片上的凸点的间距范围为1～5cm。为提高纺丝效率，本发明最好是多组诱导片和固定片阵列在溶液槽内，并处于溶液槽相同的高度，且诱导片与固定片的形状（包括凸点形状）最好相同。诱导片位于纺丝溶液中的部分最好要小，避免对溶液造成不必要的扰动。

所述凹形固定块，在溶液槽内左右设有两个，当两个凹形固定块在溶液槽中的高度一致时，诱导片、固定片上的凸起对溶液表面的诱导效果一致，其制备的纤维毡纤维直径均一；调节丝杆，改变其中一个凹形固定块在溶液槽中的相对高度，进而改变诱导片、固定片与溶液液面的斜度时，因为每个诱导凸点与纺丝溶液的接触情况有差异，所以每个诱导凸点上形成的纤维直径不一致，故采用此方案可以一次性制备纤维直径分布范围较大的纤维毡。

本发明产生电场有两种方式：纺丝溶液接地，收集装置与高压电源输出端电性连接；或者纺丝溶液与高压电源输出端电性连接，收集装置接地。

本发明采用横向振动的诱导片，诱导片与固定片的凸点相遇，使溶液表面产生波动，随后克服溶液自身的表面张力形成高速射流，并在高压电场、重力等作用下被拉伸细化，形成纳米纤维毡。本发明可以有效解决静电纺丝技术中纤维制造产量低、喷丝头容易堵塞、启动电压高等问题。

本发明采用的静电纺丝法是一种制备纳米纤维的重要方法，其工艺原理可归纳为：置于静电场中的聚合物液滴会克服表面张力，在溶液表面产生射流，射流受到静电场力、粘滞阻力、表面张力等作用不断被拉伸细化，最终落在收集装置上获得纳米纤维毡。

本发明具有以下技术效果：

本发明设有周期性横向往返振动的诱导片，诱导片与固定片两者的凸点相遇时，使溶液槽内的溶液表面产生波动，随后溶液克服自身的表面张力，在高压电场、重力等作用力的共同作用下形成纳米纤维毡。本发明通过改变诱导片横向的振动频率和振幅，达到最佳的诱导效果，还能改变诱导片、固定片与液面的接触角度，得到直径分布范围较大的纤维毡。控制纺丝距离、电场强度、溶液槽供液速度等电纺工艺参数，进一步提高静电纺丝的效率和纤维品质。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例1的诱导片、固定片在溶液中的位置示意图。

图3为本发明实施例2的诱导片、固定片在溶液中的位置示意图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图进一步阐述本发明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1：

采用本实施例的技术方案，可以制备纤维直径均一的纤维毡。

如图1和2所示，本发明实施例1设有纺丝箱1、振动发生装置3、振动传导系统、供液系统、收集装置、高压电源9、诱导片13和固定片18。所述纺丝箱1内分隔为振动传导室2和溶液槽7两个槽体，振动传导室2用于避免振动传导块6在工作时对溶液产生搅动干扰；所述振动传导系统设在振动传导室2内，振动传导系统设有振动输出轴4、连接座5、振动传导块6；所述供液系统设有储液箱10和计量泵11；所述振动输出轴4通过连接座5与纺丝箱1固定，振动输出轴4的轴端与振动传导块6一端连接，振动传导块6的另一端面与诱导片13铰接；供液系统与溶液槽7连通，对溶液槽7连续供液；振动发生装置3通过振动传导系统传导给诱导片13，使诱导片13产生横向振动；所述诱导片13与固定片18平行紧靠，诱导片13顶部设有诱导片凸起16，固定片18顶部设有固定片凸起17；在溶液槽7内设有凹形固定块15，固定片18固定于凹形固定块15的凹槽内；储存在储液箱10中的纺丝溶液通过供液管12与计量泵11连通，计量泵11再通过供液管12与溶液槽7相通并通过计量泵11对溶液槽7供液，确保溶液槽7中的液面在电纺过程中保持不变；所述收集装置设在溶液槽7正上方，用于收集形成的纤维，收集装置与高压电源9输出端电性连接，纺丝溶液通过设在溶液槽7底部的导电条14接地。

所述诱导片13和固定片18采用长条形铜薄片，所述诱导片13和固定片18采用4组。

所述诱导片凸起16和固定片凸起17的形状为三角形，诱导片凸起16和固定片凸起17的间距为1～5cm。

所述收集装置采用旋转收集板8，所述收集装置具有高度调节组件，可以调整与纺丝溶液的距离以改变纺丝距离。

所述溶液槽可由绝缘材料制成，以避免干扰电场。

所述振动发生装置可采用激振器或机械振动发生器，其振动频率在1～500kHz连续可调，振幅范围为0.01～50mm。

所述供液系统，实现对溶液槽供液，确保在电纺过程中液面不变，供液系统中最好设有计量泵或纺丝泵。

电纺过程中，位于诱导片13、固定片18上端的诱导片凸起16和固定片凸起17高于溶面，以达到有效的诱导作用。启动振动发生装置3，产生的振动通过振动传导系统传导给诱导片13，使诱导片13产生横向振动。当诱导片凸起16、固定片凸起17相遇时，就能激发溶液产生射流。设定振动发生装置3的振动频率和振幅，可以改变诱导片13的振动效果。

本实施例中，制备纤维毡的方法包括以下步骤：

1）将配制好的纺丝溶液存入储液箱10；

2）设定计量泵11的供液速度，溶液注入溶液槽7，当溶液达到诱导片凸起16、固定片凸起17时，暂停供液；

3）设定振动发生装置3的振动频率和振幅；

4）设定旋转收集板8与纺丝溶液的相对距离；

5）设定高压电源9的输出电压，纺丝溶液的液面和旋转收集板8之间产生电场，此时纺丝溶液在诱导片13、固定片18的诱导作用下形成射流，并在旋转收集板8上形成纳米纤维毡；

6）再次设定计量泵11的供液速度，使计量泵11对溶液槽7的供给速度与电纺喷射所消耗原液的速度保持一致，不断补充溶液保持其液面不变，确保纺丝喷射过程的稳定性。

实施例2：

采用本实施例的技术方案，可以制备纤维直径分布范围较大的纤维毡。

如图3所示，一个诱导组合中，每个诱导片凸起16、固定片凸起17与纺丝溶液的接触情况均有差异，导致各个凸点的诱导效果都不一样，采用旋转收集板8可以一次性收集到纤维直径分布范围较大的纤维毡。

在制备纤维毡之前，调节右边的凹形固定块15（右凹形固定块）的高度，使诱导片13、固定片18与纺丝溶液成一定的接触角度，其余的制备步骤见实施例1。

所述凹形固定块设有左凹形固定块和右凹形固定块，左凹形固定块和右凹形固定块分别设于溶液槽内左右两侧，当左凹形固定块和右凹形固定块在溶液槽中的高度一致时，诱导片、固定片上的凸起对溶液表面的诱导效果一致，其制备的纤维毡纤维直径均一；调节丝杆19，改变左凹形固定块或右凹形固定块在溶液槽中的相对高度，进而改变诱导片、固定片与溶液液面的斜度时，因为每个诱导凸点与纺丝溶液的接触情况有差异，所以每个诱导凸点上形成的纤维直径不一致，故采用此方案可以一次性制备纤维直径分布范围较大的纤维毡。

Claims (10)

1.一种纤维毡制备装置，其特征在于设有纺丝箱、振动发生装置、振动传导系统、供液系统、收集装置、高压电源、诱导片和固定片；

所述纺丝箱内分隔为振动传导室和溶液槽两个槽体，所述振动传导系统设在振动传导室内，振动传导系统设有振动输出轴、连接座、振动传导块；所述供液系统设有储液箱和计量泵；所述振动输出轴通过连接座与纺丝箱固定，振动输出轴的轴端与振动传导块一端连接，振动传导块的另一端面与诱导片铰接；供液系统与溶液槽连通，对溶液槽连续供液；振动发生装置通过振动传导系统传导给诱导片，使诱导片产生横向振动；所述诱导片与固定片平行紧靠，诱导片顶部设有诱导片凸起，固定片顶部设有固定片凸起；在溶液槽内设有凹形固定块，固定片固定于凹形固定块的凹槽内；储存在储液箱中的纺丝溶液通过供液管与计量泵连通，计量泵再通过供液管与溶液槽相通并通过计量泵对溶液槽供液，确保溶液槽中的液面在电纺过程中保持不变；所述收集装置设在溶液槽正上方，用于收集形成的纤维，收集装置与高压电源输出端电性连接，纺丝溶液通过设在溶液槽底部的导电条接地。

2.如权利要求1所述一种纤维毡制备装置，其特征在于所述诱导片和固定片采用长条形铜薄片。

3.如权利要求1所述一种纤维毡制备装置，其特征在于所述诱导片和固定片采用多组。

4.如权利要求3所述一种纤维毡制备装置，其特征在于所述诱导片和固定片采用4组。

5.如权利要求1所述一种纤维毡制备装置，其特征在于所述诱导片凸起和固定片凸起的形状为三角形。

6.如权利要求1或5所述一种纤维毡制备装置，其特征在于所述诱导片凸起和固定片凸起的间距为1～5cm。

7.如权利要求1所述一种纤维毡制备装置，其特征在于所述收集装置采用旋转收集板。

8.如权利要求1所述一种纤维毡制备装置，其特征在于所述振动发生装置采用激振器或机械振动发生器。

9.如权利要求1或8所述一种纤维毡制备装置，其特征在于所述振动发生装置的振动频率在1～500kHz连续可调，振幅范围为0.01～50mm。

10.如权利要求1所述一种纤维毡制备装置，其特征在于所述凹形固定块设有左凹形固定块和右凹形固定块，左凹形固定块和右凹形固定块分别设于溶液槽内左右两侧。