一種交流靜電紡絲裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型用于靜電紡絲技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種交流靜電紡絲裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電紡絲是制造連續(xù)納米纖維最有效和最直接的方法之一，所得納米纖維具有優(yōu)良的特性，應(yīng)用廣泛，得到了大量研宄。然而傳統(tǒng)單針頭靜電紡絲的生產(chǎn)效率很低，多針頭靜電紡絲的產(chǎn)量雖有所提高，但設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電場(chǎng)干擾影響很大。
[0003]并且傳統(tǒng)方法均采用直流靜電場(chǎng)拉伸紡絲的原理，在直流電場(chǎng)的作用下，由于受到靜電場(chǎng)力的作用，靜電場(chǎng)將電荷引到液體表面，相反電荷的積累產(chǎn)生出表面張力的反作用力。隨著直流電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的不斷增加，在針頭處形成的半球形的溶液漸漸地被拉長(zhǎng)，最終形成錐形，被稱為泰勒錐，當(dāng)電場(chǎng)力超過(guò)特定閥值，溶液將克服表面張力時(shí)，形成射流。然而，隨著紡絲時(shí)間的積累，收集器表面的纖維薄膜變厚，將對(duì)電場(chǎng)分布產(chǎn)生影響，從而影響泰勒錐的形成和紡絲的持續(xù)時(shí)間，降低了紡絲效率。
[0004]另一方面，傳統(tǒng)靜電紡絲，當(dāng)針頭直徑過(guò)大時(shí)，會(huì)造成液滴自由表面面積大，形成泰勒錐和射流困難，故多采用毛細(xì)管等小直徑噴頭作為紡絲針頭，從而都有嚴(yán)重的針頭堵塞問(wèn)題，且生產(chǎn)效率低下，很大程度上制約了靜電紡絲的快速發(fā)展和工業(yè)化應(yīng)用。
[0005]無(wú)針頭靜電紡絲不使用任何針頭，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)臨界值時(shí)，大量射流直接從開(kāi)放的自由液面形成，避免了針頭堵塞的缺陷，極大地提高了紡絲效率和纖維產(chǎn)量，為靜電紡絲產(chǎn)業(yè)化提供了可行的途徑。但是，普通自由液面無(wú)針頭電紡要求高電壓，形成紡絲射流的電壓閥值高，現(xiàn)有技術(shù)多采用加入附加擾動(dòng)的方式降低電壓閥值，如氣泡電紡、磁流體擾動(dòng)、針尖誘導(dǎo)等。但是，上述方法往往需要附加裝置，設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且生產(chǎn)效率仍然有待提高。且直流無(wú)針頭電紡由于溶液帶同種電荷，內(nèi)部產(chǎn)生的排斥庫(kù)侖力導(dǎo)致液面在短時(shí)間破裂，但是射流不可控地從多個(gè)方向噴射而出，給收集帶來(lái)一定困難。
[0006]目前，世界上有些研宄者的結(jié)果已經(jīng)使靜電紡絲初步從實(shí)驗(yàn)室走向了應(yīng)用的階段，比較有代表性的是捷克利貝雷茨技術(shù)大學(xué)與愛(ài)勒馬可(ELMARC0)公司合作生產(chǎn)的納米纖維紡絲機(jī)“納米蜘蛛”，其制備的納米纖維氈已經(jīng)初步進(jìn)入了商業(yè)應(yīng)用階段，該紡絲機(jī)消除了噴絲頭的限制，提高了靜電紡絲的生產(chǎn)效率；但是該技術(shù)還沒(méi)有十分完善，它對(duì)紡絲液的要求苛刻，靜電紡絲所需要的電場(chǎng)強(qiáng)度很大；它還需要有真空裝置和吹風(fēng)裝置等輔助系統(tǒng)來(lái)完成紡絲過(guò)程；該紡絲裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，紡絲工藝要求高，而且圓筒上的薄膜極易越來(lái)越厚，從而影響電場(chǎng)分布，不易于泰勒錐的形成，影響了紡絲的連續(xù)性和紡絲效率。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種既不容易堵塞，又可降低紡絲電壓閥值，還可以極大地提高生產(chǎn)效率的交流靜電紡絲裝置。
[0008]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種交流靜電紡絲裝置，包括收集裝置、交流高壓發(fā)生器、供液裝置、供液導(dǎo)管和導(dǎo)體管，所述導(dǎo)體管包括空心圓管和裝在所述空心圓管內(nèi)的導(dǎo)電內(nèi)芯，所述交流高壓發(fā)生器通過(guò)導(dǎo)線和導(dǎo)體管相連，并使所述導(dǎo)體管與收集裝置間形成靜電紡絲電場(chǎng)，所述供液裝置通過(guò)供液導(dǎo)管與所述空心圓管相連，溶液在供液裝置的作用下，通過(guò)供液導(dǎo)管輸送給空心圓管。
[0009]進(jìn)一步作為本實(shí)用新型技術(shù)方案的改進(jìn)，所述空心圓管的管口形成逐漸收攏的尖嘴，所述導(dǎo)電內(nèi)芯位于所述空心圓管的軸線上，且導(dǎo)電內(nèi)芯的外端與所述尖嘴的端面平齊。
[0010]進(jìn)一步作為本實(shí)用新型技術(shù)方案的改進(jìn)，所述尖嘴的口徑為2mm-8mm。
[0011]進(jìn)一步作為本實(shí)用新型技術(shù)方案的改進(jìn)，所述導(dǎo)體管設(shè)置多個(gè)。
[0012]進(jìn)一步作為本實(shí)用新型技術(shù)方案的改進(jìn)，所述導(dǎo)體管為銅制件或不銹鋼制件或鐵制件或鋁制件。
[0013]進(jìn)一步作為本實(shí)用新型技術(shù)方案的改進(jìn)，所述收集裝置為接地的滾筒式收集裝置。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果:溶液在供液裝置的作用下，通過(guò)供液導(dǎo)管輸送給導(dǎo)體管，在高壓交變電場(chǎng)的作用下，導(dǎo)體管尖嘴處的溶液表面將產(chǎn)生起伏波動(dòng)(瑞利不穩(wěn)定)，加上的交流高電壓超過(guò)一定閥值后，表面張力不足以維持平衡狀態(tài)，從而在高壓交變電場(chǎng)作用下破裂自發(fā)形成多股射流，在交變高壓電場(chǎng)尖端放電產(chǎn)生的電暈放電作用下，進(jìn)一步劈裂，在短距離內(nèi)，射流在庫(kù)侖力作用下加速，后又因空氣阻力和電荷自身中和等原因，射流(或纖維)的速度變慢，在經(jīng)過(guò)一段特定距離后，在交變高壓電場(chǎng)產(chǎn)生的電子風(fēng)和收集裝置機(jī)械拉力的共同作用下被拉伸，最終被收集裝置收集。
[0015]傳統(tǒng)交流靜電紡絲裝置的設(shè)計(jì)，多認(rèn)為電暈放電為有害因素而加以避免，而本裝置通過(guò)適當(dāng)改進(jìn)，通過(guò)電暈放電和促進(jìn)電子風(fēng)的形成，獲得了諸多有益效果:
[0016]1.本裝置結(jié)合無(wú)針電紡不易堵塞和有針電紡的紡絲電壓閥值較低的優(yōu)點(diǎn)，以帶有導(dǎo)電內(nèi)芯的大內(nèi)徑導(dǎo)體管代替?zhèn)鹘y(tǒng)毛細(xì)管作為紡絲噴頭，管內(nèi)空心部分具有同軸導(dǎo)電的導(dǎo)電內(nèi)芯，使得空心圓管管口處電場(chǎng)強(qiáng)度加強(qiáng)，而且噴絲孔徑大，從而既不容易堵塞，又可降低紡絲電壓閥值，還可以極大地提高生產(chǎn)效率；
[0017]2.以交流高壓發(fā)生器代替直流電源提供紡絲電場(chǎng)，使紡絲射流的電荷極性以一個(gè)特定的頻率變化，從而可以使射流所帶電荷在離電極較短的一段距離內(nèi)自身中和，從而避免了直流電紡中因?yàn)樯淞鲙N電荷，對(duì)后續(xù)射流和纖維收集帶來(lái)的影響；
[0018]3.利用交流電場(chǎng)進(jìn)行紡絲，交替變化的電場(chǎng)和尖端電極放電、交變電場(chǎng)產(chǎn)生的電子風(fēng)加劇了對(duì)自由液面的擾動(dòng)，更有利于多射流的快速形成，可降低紡絲電壓閥值，還可以提尚生廣效率，
[0019]4.尖端電極放電有助于纖維的進(jìn)一步劈裂，從而減小纖維的直徑；
[0020]5.交變電場(chǎng)產(chǎn)生的電子風(fēng)有助于納米纖維脫離電極并被收集裝置收集；
[0021]6.電場(chǎng)交替變化，射流電性交替變化，后續(xù)射流與先噴射的射流電性不同，形成虛擬電極相互吸引，然后在電子風(fēng)和收集裝置機(jī)械拉力共同作用下實(shí)現(xiàn)可控收集，從而克服了直流無(wú)針頭電紡由于溶液帶同種電荷，射流不可控地從多個(gè)方向噴射而出，給收集帶來(lái)的困難。
【附圖說(shuō)明】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0023]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例導(dǎo)體管結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]參照?qǐng)D1、圖2，其顯示出了本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)。以下將詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型各元件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，而如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)時(shí)，是以圖1是所示的結(jié)構(gòu)為參考描述，但本實(shí)用新型的實(shí)際使用方向并不局限如此。
[0026]本實(shí)用新型提供了一種交流靜電紡絲裝置，包括收集裝置1、交流高壓發(fā)生器5、供液裝置7、供液導(dǎo)管4和導(dǎo)體管，所述導(dǎo)體管包括空心圓管2和裝在所述空心圓管2內(nèi)的導(dǎo)電內(nèi)芯3，所述收集裝置I為接地的滾筒式收集裝置。所述交流高壓發(fā)生器5通過(guò)導(dǎo)線6和導(dǎo)體管相連，并使所述導(dǎo)體管與收集裝置I間形成靜電紡絲電場(chǎng)，所述供液裝置7通過(guò)供液導(dǎo)管4與所述空心圓管2相連，溶液在供液裝置7的作用下，通過(guò)供液導(dǎo)管4輸送給空心圓管2。所述空心圓管2的管口形成逐漸收攏的尖嘴，所述尖嘴的口徑為2mm-8mm。所述導(dǎo)電內(nèi)芯3位于所述空心圓管2的軸線上，且導(dǎo)電內(nèi)芯3的外端與所述尖嘴的端面平齊。
[0027]本裝置導(dǎo)體管同時(shí)設(shè)置多個(gè)，采用陣列噴頭形式以進(jìn)一步提高效率，導(dǎo)體管排布方式可以是現(xiàn)有技術(shù)中的任何規(guī)格類型，但最好是等邊三角形齒形，且縱橫向密度適中。導(dǎo)體管材質(zhì)可以是任何耐腐蝕又導(dǎo)電的金屬材料，如銅制件或不銹鋼制件或鐵制件或鋁制件。
[0028]溶液在供液裝置7的作用下，通過(guò)供液導(dǎo)管4輸送給導(dǎo)體管，在高壓交變電場(chǎng)的作用下，導(dǎo)體管尖嘴產(chǎn)生電暈放電，并產(chǎn)生電子風(fēng)，導(dǎo)體管尖嘴處的溶液表面將產(chǎn)生起伏波動(dòng)(瑞利不穩(wěn)定)，加上的交流高電壓超過(guò)一定閥值后，表面張力不足以維持平衡狀態(tài)，從而在高壓交變電場(chǎng)作用下破裂自發(fā)形成多股射流，在交變高壓電場(chǎng)尖端放電產(chǎn)生的電暈放電作用下，進(jìn)一步劈裂，在短距離內(nèi)，射流在庫(kù)侖力作用下加速，后又因空氣阻力和電荷自身中和等原因，射流(或纖維)的速度變慢，在經(jīng)過(guò)一段特定距離后，在交變高壓電場(chǎng)產(chǎn)生的電子風(fēng)和收集裝置I機(jī)械拉力的共同作用下被拉伸，最終被收集裝置I收集。
[0029]本裝置可通過(guò)更換溶液材料、濃度，調(diào)節(jié)交流高壓發(fā)生器的輸出電壓頻率、幅值、波形，調(diào)節(jié)供液裝置7流量、調(diào)節(jié)收集裝置I轉(zhuǎn)速等，來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整工藝參數(shù)，達(dá)到調(diào)整所制造纖維的功能、性能。
[0030]當(dāng)然，本發(fā)明創(chuàng)造并不局限于上述實(shí)施方式，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本實(shí)用新型精神的前提下還可作出等同變形或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種交流靜電紡絲裝置，其特征在于:包括收集裝置、交流高壓發(fā)生器、供液裝置、供液導(dǎo)管和導(dǎo)體管，所述導(dǎo)體管包括空心圓管和裝在所述空心圓管內(nèi)的導(dǎo)電內(nèi)芯，所述交流高壓發(fā)生器通過(guò)導(dǎo)線和導(dǎo)體管相連，并使所述導(dǎo)體管與收集裝置間形成靜電紡絲電場(chǎng)，所述供液裝置通過(guò)供液導(dǎo)管與所述空心圓管相連，溶液在供液裝置的作用下，通過(guò)供液導(dǎo)管輸送給空心圓管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流靜電紡絲裝置，其特征在于:所述空心圓管的管口形成逐漸收攏的尖嘴，所述導(dǎo)電內(nèi)芯位于所述空心圓管的軸線上，且導(dǎo)電內(nèi)芯的外端與所述尖嘴的端面平齊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流靜電紡絲裝置，其特征在于:所述尖嘴的口徑為2mm-8mm0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流靜電紡絲裝置，其特征在于:所述導(dǎo)體管設(shè)置多個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流靜電紡絲裝置，其特征在于:所述導(dǎo)體管為銅制件或不銹鋼制件或鐵制件或鋁制件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流靜電紡絲裝置，其特征在于:所述收集裝置為接地的滾筒式收集裝置。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種交流靜電紡絲裝置，包括收集裝置、交流高壓發(fā)生器、供液裝置、供液導(dǎo)管和導(dǎo)體管，導(dǎo)體管包括空心圓管和裝在所述空心圓管內(nèi)的導(dǎo)電內(nèi)芯，所述交流高壓發(fā)生器通過(guò)導(dǎo)線和導(dǎo)體管相連，并使所述導(dǎo)體管與收集裝置間形成靜電紡絲電場(chǎng)，所述供液裝置通過(guò)供液導(dǎo)管與所述空心圓管相連，溶液在供液裝置的作用下，通過(guò)供液導(dǎo)管輸送給空心圓管。本裝置結(jié)合無(wú)針電紡不易堵塞和有針電紡的紡絲電壓閥值較低的優(yōu)點(diǎn)，以帶有導(dǎo)電內(nèi)芯的大內(nèi)徑導(dǎo)體管代替?zhèn)鹘y(tǒng)毛細(xì)管作為紡絲噴頭，管內(nèi)空心部分具有同軸導(dǎo)電的導(dǎo)電內(nèi)芯，使得空心圓管管口處電場(chǎng)強(qiáng)度加強(qiáng)，而且噴絲孔徑大，從而既不容易堵塞，又可降低紡絲電壓閥值，還可以極大地提高生產(chǎn)效率。
【IPC分類】D01D7-00, D01D5-00
【公開(kāi)號(hào)】CN204570100
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520156086
【發(fā)明人】房飛宇, 陳新, 曾俊, 梁烽, 廖偉揚(yáng), 杜澤峰, 王晗, 陳新度, 呂元俊
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年3月19日