一種工業(yè)化批量生產(chǎn)電紡納米纖維的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型為一種工業(yè)化批量生產(chǎn)電紡納米纖維的裝置。它包括連續(xù)供液裝置、電紡拉絲裝置、纖維收集裝置、電壓加載裝置；所述電紡拉絲裝置包括呈波浪形的波浪型導(dǎo)電板，所述波浪型導(dǎo)電板上設(shè)有尖狀凸起，所述電壓加載裝置的一極與所述波浪型導(dǎo)電板相連，所述電壓加載裝置的另一極與所述纖維收集裝置相連；所述連續(xù)供液裝置包括儲液容器、能使所述儲液容器中的電紡液流向所述電紡拉絲裝置并將電紡液附著在所述尖狀凸起上的導(dǎo)液裝置。本實用新型通過所述連續(xù)供液裝置對所述電紡拉絲裝置進行連續(xù)供液，并且通過所述波浪型導(dǎo)電板上規(guī)則排列的尖狀凸起周圍形成的高壓電場來激發(fā)電紡拉絲，波浪型導(dǎo)電板處于靜止?fàn)顟B(tài)，從而能穩(wěn)定地實現(xiàn)連續(xù)高效率的工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種工業(yè)化批量生產(chǎn)電紡納米纖維的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電紡拉絲裝置，特別是公開一種工業(yè)化批量生產(chǎn)電紡納米纖維的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電紡拉絲(Electrospinning)是一項新的,用來生產(chǎn)連續(xù),直徑在納米級的纖維的高新技術(shù)。在傳統(tǒng)的單噴頭電紡裝置中，一種或多種材料溶液在高強靜電場的作用下，會在噴頭位置形成泰勒圓錐，隨著電壓的增強，在泰勒圓錐處的流體表面張力和靜電力的力平衡被打破，從而形成一束流體從泰勒圓錐頂部射出，該流束在其飛向收集裝置的過程中，由于靜電和流體粘彈性的作用，流束會被拉長，拉細幾千倍，同時流束中溶劑的揮發(fā)，流束會固化，從而生成最終的固態(tài)納米纖維。如果有多種材料從不同的噴頭中拉絲，會生產(chǎn)出混合的纖維氈。
[0003]經(jīng)過最近十幾年的科學(xué)研究，該技術(shù)基礎(chǔ)研究已基本成熟和完善，并逐步向工業(yè)化應(yīng)用方面發(fā)展。到目前為止，已有幾百種材料被電紡成納米纖維。各種納米纖維的特性也被進行了充分的研究。并且科研工作者們開發(fā)了很多生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)來控制纖維的直徑，形狀及位置。該技術(shù)的特點是生產(chǎn)成倍低，所生產(chǎn)的納米纖維具有很小的直徑，直徑大小一致，而且是連續(xù)的長纖維。該納米纖維做成的氈有非常大的表面積，纖維間的空隙非常精細，從而使其在過濾器中的應(yīng)用能提高過濾效果，和達到精密過濾水平。除此之外，該納米纖維正在被應(yīng)用于生物工程，醫(yī)療，傳感器，防彈衣等領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)在科學(xué)實驗中常用的針孔噴頭在批量生產(chǎn)電紡纖維時容易發(fā)生堵塞，造成生產(chǎn)過程不連續(xù)，并且生產(chǎn)效率非常低。
[0004]為了解決針孔噴頭容易堵塞的問題，近年來出現(xiàn)了無針頭式靜電紡絲技術(shù)，典型技術(shù)包括在專利W02005/024101及W02006/131081中公布的帶有尖端的圓柱型轉(zhuǎn)輥結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)電紡溶液的供給和電紡拉絲過程，該技術(shù)的缺點是紡絲直徑不均勻，且單絲直徑一般都偏大。同時，由于整個轉(zhuǎn)輥為金屬實體，需要較高的電壓才能激發(fā)靜電紡絲。專利申請CN103255485公開了一種基于針板的靜電紡絲裝置，若干組針板安裝在旋轉(zhuǎn)的履帶式結(jié)構(gòu)上，并勻速的旋轉(zhuǎn)，在針板經(jīng)過電紡溶液時，附著上溶液，隨著附著上溶液的針板進入高壓電場區(qū)，在針板上的每個尖端處發(fā)生靜電紡絲。由于針板的移動，整個的靜電紡絲過程會被干擾，同時，在每個針板處的靜電紡絲也不是連續(xù)進行的，從而造成最終的產(chǎn)品性能不均勻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種工業(yè)化批量生產(chǎn)電紡納米纖維的裝置，以實現(xiàn)穩(wěn)定的、連續(xù)高效率的工業(yè)化生產(chǎn)。
[0006]本實用新型是這樣實現(xiàn)的:一種工業(yè)化批量生產(chǎn)電紡納米纖維的裝置，其特征在于:包括連續(xù)供液裝置、與所述連續(xù)供液裝置相連的電紡拉絲裝置、位于所述電紡拉絲裝置上方的纖維收集裝置、分別與所述電紡拉絲裝置和所述纖維收集裝置相連的電壓加載裝置；
[0007]所述電紡拉絲裝置包括上表面設(shè)有凹槽和/或凸條的呈波浪形的波浪型導(dǎo)電板，所述波浪型導(dǎo)電板上設(shè)有尖狀凸起，所述電壓加載裝置的一極通過導(dǎo)線與所述波浪型導(dǎo)電板相連，所述電壓加載裝置的另一極與所述纖維收集裝置相連；
[0008]所述連續(xù)供液裝置包括儲液容器、能使所述儲液容器中的電紡液流向所述電紡拉絲裝置并將電紡液附著在所述尖狀凸起上的導(dǎo)液裝置。
[0009]所述波浪型導(dǎo)電板相對于水平面向下傾斜0-90度，所述尖狀凸起位于所述波浪型導(dǎo)電板的凹槽內(nèi)；所述連續(xù)供液裝置的導(dǎo)液裝置包括第一導(dǎo)流管路、第一微型泵、容腔，所述第一微型泵分別通過第一導(dǎo)流管路與所述儲液容器、容腔相連，所述容腔的一側(cè)設(shè)有出液口，且所述出液口與所述波浪型導(dǎo)電 板的上端相連，所述儲液容器位于所述波浪型導(dǎo)電板的下方；所述儲液容器中的電紡液通過所述第一微型泵流向容腔并從所述出液口流入所述波浪型導(dǎo)電板的凹槽內(nèi)、流經(jīng)所述尖狀凸起后，再次進入所述儲液容器。
[0010]所述第一微型泵中設(shè)有流速控制器。
[0011]所述波浪型導(dǎo)電板呈水平狀，所述尖狀凸起位于所述波浪型導(dǎo)電板的凸條上；所述連續(xù)供液裝置的導(dǎo)液裝置包括第二導(dǎo)流管路、第二微型泵、電紡液補給頭、伺服電機、導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌位于所述波浪型導(dǎo)電板的兩側(cè)，所述伺服電機設(shè)置于導(dǎo)軌上，所述伺服電機上設(shè)有用于固定所述電紡液補給頭的支架，所述電紡液補給頭通過軟管與所述第二微型泵相連，所述第二微型泵通過所述第二導(dǎo)流管路與所述儲液容器相連；所述第二微型泵通過所述第二導(dǎo)流管路抽取所述儲液容器中的電紡液，并通過軟管將抽取的電紡液輸向所述電紡液補給頭，所述伺服電機沿所述導(dǎo)軌在所述波浪型導(dǎo)電板的兩側(cè)往復(fù)運動并帶動所述電紡液補給頭作往復(fù)運動，以使得所述電紡液補給頭經(jīng)過所述尖狀凸起并將電紡液附著在所述尖狀凸起上。
[0012]所述第二微型泵中設(shè)有第二流速控制器。
[0013]所述電紡液補給頭的頭端為柔性溶液吸附頭。
[0014]所述尖狀凸起為圓錐體或棱錐體。
[0015]所述尖狀凸起為若干個、均勻排列在所述波浪型導(dǎo)電板上。
[0016]所述尖狀凸起2在所述波浪型導(dǎo)電板上的排列方式在以下幾種方式中任選一種:
(I)、對齊排列方式，即所述尖狀凸起在所述波浪型導(dǎo)電板的凹槽或凸條的中心線上等距排列；(2)、錯位排列方式，即所述尖狀凸起在所述凹槽或凸條的中心線兩側(cè)錯開排列；(3)、同心圓排列方式，即所述尖狀凸起從所述波浪型導(dǎo)電板的中心開始、以波浪型導(dǎo)電板的中心為圓心，向外層層擴散排列。
[0017]本實用新型的有益效果是:通過所述連續(xù)供液裝置對所述電紡拉絲裝置進行連續(xù)供液，并且通過所述波浪型導(dǎo)電板上規(guī)則排列的尖狀凸起周圍形成的高壓電場來激發(fā)電紡拉絲，波浪型導(dǎo)電板處于靜止?fàn)顟B(tài)，從而能穩(wěn)定地實現(xiàn)連續(xù)高效率的工業(yè)化生產(chǎn)；用本實用新型所生產(chǎn)的納米纖維具有粗細均勻的特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。[0019]圖2是本實用新型實施例一的尖狀凸起與波浪型導(dǎo)電板的位置關(guān)系結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3是本實用新型的尖狀凸起呈三棱錐體時的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4是本實用新型的尖狀凸起呈四棱錐體時的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖5是本實用新型的尖狀凸起呈圓錐體時的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖6是本實用新型尖狀凸起在波浪型導(dǎo)電板上的對齊排列方式。
[0024]圖7是本實用新型尖狀凸起在波浪型導(dǎo)電板上的錯位排列方式。
[0025]圖8是本實用新型尖狀凸起在波浪型導(dǎo)電板上的同心圓排列方式。
[0026]圖9是本實用新型實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖10是本實用新型實施例二的尖狀凸起與波浪型導(dǎo)電板的位置關(guān)系結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖11是本實用新型實施例二的電紡液補給頭經(jīng)過所述尖狀凸起時的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]其中:1、波浪型導(dǎo)電板；2、尖狀凸起；3、電壓加載裝置；4、纖維收集裝置；5、儲液容器；6、第一導(dǎo)流管路；7、第一微型泵；8、容腔；9、出液口 ；10、流速控制器；11、凹槽；12、凸條；13、a角；21、高壓靜電場；31、導(dǎo)線；41、第二導(dǎo)流管路；42、第二微型泵；43、電紡液補給頭；44、伺服電機；45、導(dǎo)軌；46、支架；47、軟管；48、柔性溶液吸附頭；49、第二流速控制器；51、電紡液。
【具體實施方式】
[0030]根據(jù)圖f圖11，本實用新型包括連續(xù)供液裝置、與所述連續(xù)供液裝置相連的電紡拉絲裝置、位于所述電紡拉絲裝置上方的纖維收集裝置4、分別與所述電紡拉絲裝置和所述纖維收集裝置4相連的電壓加載裝置3，所述電壓加載裝置3為直流電源，輸出電壓幅值在5千萬伏之間。
[0031]所述電紡拉絲裝置包括上表面設(shè)有凹槽11和/或凸條12的呈波浪形的波浪型導(dǎo)電板I，所述波浪型導(dǎo)電板I上設(shè)有若干個尖狀凸起2，所述尖狀凸起2為圓錐體或棱錐體，優(yōu)選圓錐體、三棱椎體、四棱錐體中的任意一種。所述尖狀凸起2均勻排列在所述波浪型導(dǎo)電板I上。所述電壓加載裝置3的一極通過導(dǎo)線31與所述波浪型導(dǎo)電板I相連，所述電壓加載裝置3的另一極與所述纖維收集裝置4相連。在所述電壓加載裝置3、纖維收集裝置4、波浪型導(dǎo)電板I的共同作用下，所述尖狀凸起2的周圍產(chǎn)生高壓靜電場21，從而觸發(fā)電紡拉絲過程。所述尖狀凸起2在波浪型導(dǎo)電板I上的排列方式可以選擇、但不限于以下幾種方式:(I)、對齊排列方式，即所述尖狀凸起2在所述凹槽11或凸條12的中心線上等距排列，如圖6 ; (2)、錯位排列方式，即所述尖狀凸起2在所述凹槽11或凸條12的中心線兩側(cè)錯開排列，如圖7 ; (3)、同心圓排列方式，即所述尖狀凸起2從所述波浪型導(dǎo)電板I的中心開始、以波浪型導(dǎo)電板I的中心為圓心，向外層層擴散排列，如圖8。
[0032]所述尖狀凸起2在排列時，兩兩之間的間距一般在2厘米?20厘米之間，優(yōu)選5厘米?10厘米，以兩兩尖狀凸起2之間不產(chǎn)生電場干擾為宜。所述尖狀凸起2的數(shù)量與波浪型導(dǎo)電板I的大小成正比，并可以根據(jù)設(shè)備的大小以及最終產(chǎn)品數(shù)量的要求進行擴展。
[0033]所述連續(xù)供液裝置包括儲液容器5、導(dǎo)液裝置，所述導(dǎo)液裝置能使所述儲液容器5中的電紡液51流向所述電紡拉絲裝置的波浪型導(dǎo)電板I并將電紡液51附著在所述尖狀凸起2上。
[0034]所述纖維收集裝置4包括由滾輪帶動的接收傳輸帶、接地板、轉(zhuǎn)接輪組成，所述轉(zhuǎn)接輪上安裝有纖維靜電吸附裝置，生產(chǎn)的纖維布(膜)由纖維靜電吸附裝置傳輸?shù)嚼w維產(chǎn)品的后期處理工藝。
[0035]下面通過具體實施例對本實用新型作進一步闡述。
[0036]實施例一:
[0037]根據(jù)圖1、圖2，所述波浪型導(dǎo)電板I相對于水平面向下傾斜成a角13，a角13的角度為0-90度，所述尖狀凸2起位于所述波浪型導(dǎo)電板I的凹槽11內(nèi)；所述連續(xù)供液裝置的導(dǎo)液裝置包括第一導(dǎo)流管路6、第一微型泵7、容腔8，所述第一微型泵7分別通過第一導(dǎo)流管路6與所述儲液容器5、容腔8相連，所述容腔8的一側(cè)設(shè)有出液口 9，且所述出液口 9與所述波浪型導(dǎo)電板I的上端相連，所述儲液容器5位于所述波浪型導(dǎo)電板I的下方；所述儲液容器5中的電紡液51通過所述第一微型泵7流向容腔8并從所述出液口 9流入所述波浪型導(dǎo)電板I的凹槽11內(nèi)，電紡液51進入凹槽11后在重力作用下自動沿著傾斜的波浪型導(dǎo)電板I的凹槽11下流、流經(jīng)所述尖狀凸2起后，所述尖狀凸起2附著電紡液51，多余的電紡液51再次進入所述儲液容器5內(nèi)回收。所述第一微型泵7中設(shè)有流速控制器10，用于控制電紡液51的流量。
[0038]所述波浪形導(dǎo)電板I的傾斜角度可根據(jù)電紡液51的粘度、電壓幅值、電紡拉絲的速率等要求來設(shè)定，通常情況下a角13在25~30度之間。所述傾斜角a角13和凹槽11使電紡液51能夠連續(xù)流下，并進一步控制電紡液51的下流速度和附著在所述尖狀凸起2上的量。由于所述尖狀凸起2的尖端形狀，會在尖狀凸起2的尖端產(chǎn)生局部高壓電場，同時，所述波浪型導(dǎo)電板I上的 凹槽11呈弧形，有利于增強尖狀凸起2處的電場強度，從而促進了尖狀凸起2周圍的靜電紡絲的發(fā)生。
[0039]實施例二:
[0040]根據(jù)圖?1圖11，所述波浪型導(dǎo)電板I呈水平狀，所述尖狀凸起2位于所述波浪型導(dǎo)電板I的凸條12上；所述連續(xù)供液裝置的導(dǎo)液裝置包括第二導(dǎo)流管路41、第二微型泵42、電紡液補給頭43、伺服電機44、導(dǎo)軌45,所述導(dǎo)軌45位于所述波浪型導(dǎo)電板I的兩側(cè)，所述伺服電機44設(shè)置于導(dǎo)軌45上，所述伺服電機44上設(shè)有用于固定所述電紡液補給頭43的支架46，所述電紡液補給頭43通過軟管47與所述第二微型泵42相連，所述第二微型泵42通過所述第二導(dǎo)流管路41與所述儲液容器5相連；所述第二微型泵42通過所述第二導(dǎo)流管路41抽取所述儲液容器5中的電紡液51，并通過軟管47將抽取的電紡液51輸向所述電紡液補給頭43，所述伺服電機44沿所述導(dǎo)軌45在所述波浪型導(dǎo)電板I的兩側(cè)往復(fù)運動并帶動所述電紡液補給頭43作往復(fù)運動，以使得所述電紡液補給頭43經(jīng)過所述尖狀凸起2并將電紡液51附著在所述尖狀凸起2上。所述第二微型泵42中設(shè)有第二流速控制器49。所述電紡液補給頭43的頭端為柔性溶液吸附頭48，所述柔性溶液吸附頭48為毛刷、海綿等具有吸附電紡液作用的柔性頭。所述電紡液補給頭43在伺服電機44的帶動下經(jīng)過每一個尖狀凸起2時，附著在所述柔性溶液吸附頭48上的電紡液51會被傳遞到所述尖狀凸起2上。
[0041]用本實用新型所生產(chǎn)的納米纖維具有粗細均勻的特點；同時本實用新型實現(xiàn)了連續(xù)高效率的工業(yè)化生產(chǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種工業(yè)化批量生產(chǎn)電紡納米纖維的裝置，其特征在于:包括連續(xù)供液裝置、與所述連續(xù)供液裝置相連的電紡拉絲裝置、位于所述電紡拉絲裝置上方的纖維收集裝置、分別與所述電紡拉絲裝置和所述纖維收集裝置相連的電壓加載裝置； 所述電紡拉絲裝置包括上表面設(shè)有凹槽和/或凸條的呈波浪形的波浪型導(dǎo)電板，所述波浪型導(dǎo)電板上設(shè)有尖狀凸起，所述電壓加載裝置的一極通過導(dǎo)線與所述波浪型導(dǎo)電板相連，所述電壓加載裝置的另一極與所述纖維收集裝置相連； 所述連續(xù)供液裝置包括儲液容器、能使所述儲液容器中的電紡液流向所述電紡拉絲裝置并將電紡液附著在所述尖狀凸起上的導(dǎo)液裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)化批量生產(chǎn)電紡納米纖維的裝置，其特征在于:所述波浪型導(dǎo)電板相對于水平面向下傾斜0-90度，所述尖狀凸起位于所述波浪型導(dǎo)電板的凹槽內(nèi)；所述連續(xù)供液裝置的導(dǎo)液裝置包括第一導(dǎo)流管路、第一微型泵、容腔，所述第一微型泵分別通過第一導(dǎo)流管路與所述儲液容器、容腔相連，所述容腔的一側(cè)設(shè)有出液口，且所述出液口與所述波浪型導(dǎo)電板的上端相連，所述儲液容器位于所述波浪型導(dǎo)電板的下方；所述儲液容器中的電紡液通過所述第一微型泵流向容腔并從所述出液口流入所述波浪型導(dǎo)電板的凹槽內(nèi)、流經(jīng)所述尖狀凸起后，再次進入所述儲液容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種工業(yè)化批量生產(chǎn)電紡納米纖維的裝置，其特征在于:所述第一微型泵中設(shè)有流速控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)化批量生產(chǎn)電紡納米纖維的裝置，其特征在于:所述波浪型導(dǎo)電板呈水平狀，所述尖狀凸起位于所述波浪型導(dǎo)電板的凸條上；所述連續(xù)供液裝置的導(dǎo)液裝置包括第二導(dǎo)流管路、第二微型泵、電紡液補給頭、伺服電機、導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌位于所述波浪型導(dǎo)電板的 兩側(cè)，所述伺服電機設(shè)置于導(dǎo)軌上，所述伺服電機上設(shè)有用于固定所述電紡液補給頭的支架，所述電紡液補給頭通過軟管與所述第二微型泵相連，所述第二微型泵通過所述第二導(dǎo)流管路與所述儲液容器相連；所述第二微型泵通過所述第二導(dǎo)流管路抽取所述儲液容器中的電紡液，并通過軟管將抽取的電紡液輸向所述電紡液補給頭，所述伺服電機沿所述導(dǎo)軌在所述波浪型導(dǎo)電板的兩側(cè)往復(fù)運動并帶動所述電紡液補給頭作往復(fù)運動，以使得所述電紡液補給頭經(jīng)過所述尖狀凸起并將電紡液附著在所述尖狀凸起上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種工業(yè)化批量生產(chǎn)電紡納米纖維的裝置，其特征在于:所述第二微型泵中設(shè)有第二流速控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種工業(yè)化批量生產(chǎn)電紡納米纖維的裝置，其特征在于:所述電紡液補給頭的頭％5為柔性溶液吸附頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的一種工業(yè)化批量生產(chǎn)電紡納米纖維的裝置，其特征在于:所述尖狀凸起為圓錐體或棱錐體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的一種工業(yè)化批量生產(chǎn)電紡納米纖維的裝置，其特征在于:所述尖狀凸起為若干個、均勻排列在所述波浪型導(dǎo)電板上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種工業(yè)化批量生產(chǎn)電紡納米纖維的裝置，其特征在于:所述尖狀凸起在所述波浪型導(dǎo)電板上的排列方式在以下幾種方式中任選一種:(I)、對齊排列方式，即所述尖狀凸起在所述波浪型導(dǎo)電板的凹槽或凸條的中心線上等距排列；(2)、錯位排列方式，即所述尖狀凸起在所述凹槽或凸條的中心線兩側(cè)錯開排列；(3)、同心圓排列方式，即所述尖狀凸起從所述波浪型導(dǎo)電板的中心開始、以波浪型導(dǎo)電板的中心為圓心，向外層層擴散排列。
【文檔編號】D01D5/00GK203795031SQ201420146082
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】劉立華 申請人:劉立華