一種轉輪式熔融電紡裝置制造方法
【專利摘要】一種轉輪式熔融電紡裝置，涉及一種紡絲裝置。設有轉輪、旋轉軸、貯料池、轉輪加熱件、轉輪溫度傳感器、驅動電機、升降臺、電刷、小型擠出機、熔體輸送裝置、高壓管、貯料池加熱件、貯料池溫度傳感器、收集裝置、高壓電源、恒溫室、恒溫室加熱件、恒溫室溫度傳感器、真空泵、溫度控制器。采用轉輪進行靜電紡絲喂液，可避免傳統熔融靜電紡絲技術中噴頭容易堵塞、紡絲效率較低的弊端。通過改變轉輪的材料、直徑、厚度、表面形狀，控制纖維的形貌和產量。還可控制轉輪的浸沒面積、轉輪的轉速、轉輪的表面溫度、貯料池的溫度、轉輪與收集裝置之間的距離、電場強度、恒溫室的溫度、恒溫室的真空度等工藝條件，提高產品的生產效率和纖維品質的穩定性。
【專利說明】 一種轉輪式熔融電紡裝置
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種紡絲裝置，尤其是涉及一種轉輪式熔融電紡裝置。
【背景技術】
[0002]靜電紡絲技術是目前制備納米纖維最直接的方法之一，以其設備簡單、操作容易等優良特性成為當前納米纖維制造研究的熱點。靜電紡絲技術的原理是，聚合物液滴或熔滴在高壓電場的作用下在噴絲頭處形成泰勒錐，如果電壓足夠大，聚合物液滴或熔滴就會克服表面張力形成噴射射流,射流在噴射過程中在靜電場力、粘滯阻力、表面張力等作用力下不斷被拉伸細化，經溶劑揮發或熔體冷卻，最終落在收集裝置上形成無紡布形式的納米纖維。
[0003]熔融靜電紡絲技術因不使用溶劑而經濟、環保，且纖維的力學性能好。但是熔體粘度大，使用針頭作為噴絲頭在電紡過程中極易堵塞，嚴重影響紡絲過程。另外，為了保持穩定的泰勒錐，供液速度和針頭的直徑不能太大。由于溶液推進速度緩慢、針頭直徑過小，采用傳統的針頭式熔融靜電紡絲技術的產量不高，無法滿足靜電紡絲技術工業化的要求。
[0004]很多學者對熔融靜電紡絲技術進行了研究，如中國專利CN102071477A，但是關于無針頭的熔融靜電紡絲的研究目前較少。無針頭式靜電紡絲技術由于不存在針頭直徑小、溶液推進速度緩慢等問題，具有噴絲頭表面容易清理、紡絲效率高、能夠快速均勻地制備納米纖維等特點。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的在于提供可通過控制多區域溫度、紡絲空間真空度等工藝參數提高熔融靜電紡絲效率和質量的一種轉輪式熔融電紡裝置。
[0006]本實用新型設有轉輪、旋轉軸、貯料池、轉輪加熱件、轉輪溫度傳感器、驅動電機、升降臺、電刷、小型擠出機、熔體輸送裝置、高壓管、貯料池加熱件、貯料池溫度傳感器、收集裝置、高壓電源、恒溫室、恒溫室加熱件、恒溫室溫度傳感器、真空泵、溫度控制器；
[0007]所述轉輪和旋轉軸位于貯料池的正上方，轉輪所在的平面與熔融液面所在的平面垂直，轉輪加熱件和轉輪溫度傳感器設置在轉輪的側對面；轉輪與旋轉軸傳動連接并以旋轉軸為旋轉中心；旋轉軸與驅動電機傳動連接且由升降臺固定；轉輪由電機帶動旋轉時，能夠部分浸沒于熔體中；旋轉軸上設有電刷；貯料池的側面設有小孔，該小孔通過高壓管與熔體輸送裝置、擠出機連接，貯料池底部設有貯料池加熱件和貯料池溫度傳感器；收集裝置位于轉輪的正上方；電刷接地，收集裝置與高壓電源電連接，電刷與高壓電源電連接；恒溫室內設有恒溫室加熱件和恒溫室溫度傳感器，并通過氣管與真空泵連接。
[0008]所述轉輪，根據不同的工藝要求選擇不同的材料、直徑、厚度、表面形狀的轉輪。分布在旋轉軸上的轉輪，可以為單個，也可以陣列多個轉輪，提高紡絲效率。轉輪的側對面設有轉輪加熱件、轉輪溫度傳感器，受溫度控制器控制可以對轉輪進行加熱和溫度檢測。所述轉輪加熱件最好為非接觸式加熱件。所述轉輪溫度傳感器最好為非接觸式溫度傳感器。[0009]所述旋轉軸由導電性較好的材料制成，所述旋轉軸可設有I根，也可以在同一高度并排分布多根旋轉軸，實現陣列式轉輪的多股射流同時噴射。
[0010]所述驅動電機的轉速范圍最好為10?lOOOrpm。
[0011]所述貯料池用于儲存從小型擠出機提供的達到熔融狀態的紡絲原料，最好由耐高溫、耐腐蝕和與有機溶劑不反應的材料制成。貯料池內側設有貯料池加熱件和溫度傳感器，受溫度控制器控制可以對貯料池中的熔體進行加熱和溫度檢測。所述貯料池加熱件最好為加熱板。
[0012]所述升降臺，起到固定旋轉軸、調節轉輪與貯料池相對位置的作用，最好為精密升降臺。
[0013]所述電刷由導電性較好的材料制成，電刷通過旋轉軸與轉輪電連接，例如將電刷接地，即相當于轉輪接地。
[0014]所述熔體輸送裝置最好選用可以實現精確供液的計量泵或紡絲泵。
[0015]所述高壓管最好選用耐高溫耐高壓的輸送管。
[0016]所述收集裝置可采用平板收集器、滾筒收集器等。收集裝置設有高度調節裝置。
[0017]所述高壓電源的工作范圍最好〉0V，< lOOkV。
[0018]所述恒溫室設有恒溫室加熱件、恒溫室溫度傳感器，通過氣管與真空泵連接，可以控制紡絲空間的溫度、真空度，使紡絲環境具有人為可控性，從而減少外部壞境對電紡的影響。所述恒溫室加熱件，受到溫度控制器的控制，對恒溫室的壞境進行調控，最好為空氣加熱部件。所述恒溫室溫度傳感器，與溫度控制器信號連接，最好為非接觸式溫度傳感器。所述真空泵，對恒溫室進行抽氣，使恒溫室形成需要的真空度。
[0019]本實用新型提供了 一種轉輪式熔融靜電紡絲裝置，可以在一定程度上提高熔融靜電紡絲的效率和質量，具有以下技術效果:
[0020]本實用新型采用轉輪進行靜電紡絲喂液，可以避免傳統熔融靜電紡絲技術中噴頭容易堵塞、紡絲效率較低的弊端。通過改變轉輪的材料、直徑、厚度、表面形狀，控制纖維的形貌和產量。本實用新型還可以控制轉輪的浸沒面積、轉輪的轉速、轉輪的表面溫度、貯料池的溫度、轉輪與收集裝置之間的距離、電場強度、恒溫室的溫度、恒溫室的真空度等工藝條件，進一步提聞廣品的生廣效率和纖維品質的穩定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型實施例1的結構示意圖。
[0022]圖中各標號為:1、恒溫室；2、貯料池加熱板；3、貯料池熱電偶；4、恒溫室環境溫度探頭；5、恒溫室加熱管；6、升降臺；7、電刷；8、高壓管；9、紡絲泵；10、小型擠出機；11、收集板；12、真空泵；13、高壓電源；14、轉輪紅外溫度傳感器；15、紅外加熱燈；16、旋轉軸；17、減速箱；18、驅動電機；19、轉輪；20、貯料池；21、溫度控制器。
【具體實施方式】
[0023]下面結合具體實施例，進一步闡述本實用新型。
[0024]如圖1所示，本實用新型實施例包括轉輪19、旋轉軸16、貯料池20、紅外加熱燈15、轉輪紅外溫度傳感器14、升降臺6、減速箱17、驅動電機18、電刷7、高壓管8、紡絲泵9、擠出機10、貯料池加熱板2、貯料池熱電偶3、收集板11、高壓電源13、恒溫室1、恒溫室加熱管5、恒溫室環境溫度探頭4、真空泵12、溫度控制器21。
[0025]轉輪19和旋轉軸16位于貯料池20的正上方，轉輪19所在的平面與熔融液面所在的平面垂直，紅外加熱燈15和轉輪紅外溫度傳感器14設置在轉輪19的側對面(非接觸)，兩者都與溫度控制器21信號連接并受其控制，實現對轉輪19表面的溫度調控；轉輪19與旋轉軸16傳動連接并以旋轉軸16為旋轉中心，旋轉軸16由升降臺6固定，通過升降臺6可以調整轉輪19在貯料池20中的浸沒面積；旋轉軸16通過減速箱17與驅動電機18傳動連接，通過調速器(圖中未畫出)設定驅動電機18的轉動速度，實現轉輪19的平穩旋轉；旋轉軸16上設有電刷7，本實施例中電刷7接地；貯料池20的側面設有小孔，擠出機10、紡絲泵9通過高壓管8與貯料池20相連通，為貯料池20連續提供紡絲熔體，保持熔融液面不會因為電紡的熔體消耗而降低；貯料池20底部設有貯料池加熱板2和貯料池熱電偶3，兩者與溫度控制器21信號連接并受其控制，實現對貯料池20的溫度調控；收集板11位于轉輪19的正上方，設有高度調節裝置(圖中未畫出)，可以調節與轉輪19的相對高度；本實施例中收集板11與高壓電源13電連接，可以避免高壓電場對驅動電機18以及相關電路的電干擾；本實施例除了紡絲泵9、擠出機10、高壓電源13外，均處于恒溫室I中，恒溫室I內設有恒溫室加熱管5和恒溫室環境溫度探頭4，兩者與溫度控制器21信號連接并受其控制，實現對恒溫室I的溫度調控；恒溫室I通過氣管與真空泵12連接，可以達到設定的真空度。
[0026]本實施例用于制備納米纖維的方法，包括下列步驟:
[0027]I)將紡絲原料放入擠出機10，并啟動擠出機10，開始加熱紡絲原料；
[0028]2)開啟紡絲泵9，將熔體注入貯料池20 ；
[0029]3)設定驅動電機18的轉速，帶動轉輪19以旋轉軸16為中心進行旋轉；
[0030]4)通過溫度控制器21分別設定恒溫室1、貯料池20、轉輪19表面的溫度；
[0031]5)開啟真空泵12，使恒溫室I達到設定的真空度；
[0032]6)調節升降臺6，確保轉輪19能夠以設定的面積浸入熔體中；
[0033]7)設定收集板11與轉輪19的相對高度，并設定高壓電源13的輸出電壓；
[0034]8)轉輪19上的熔體形成射流，并被拉伸細化，最終在收集板11上生成納米纖維。
【權利要求】
1.一種轉輪式熔融電紡裝置，其特征在于設有轉輪、旋轉軸、貯料池、轉輪加熱件、轉輪溫度傳感器、驅動電機、升降臺、電刷、小型擠出機、熔體輸送裝置、高壓管、貯料池加熱件、貯料池溫度傳感器、收集裝置、高壓電源、恒溫室、恒溫室加熱件、恒溫室溫度傳感器、真空泵、溫度控制器； 所述轉輪和旋轉軸位于貯料池的正上方，轉輪所在的平面與熔融液面所在的平面垂直，轉輪加熱件和轉輪溫度傳感器設置在轉輪的側對面；轉輪與旋轉軸傳動連接并以旋轉軸為旋轉中心；旋轉軸與驅動電機傳動連接且由升降臺固定；旋轉軸上設有電刷；貯料池的側面設有小孔，該小孔通過高壓管與熔體輸送裝置、擠出機連接，貯料池底部設有貯料池加熱件和貯料池溫度傳感器；收集裝置位于轉輪的正上方；電刷接地，收集裝置與高壓電源電連接，電刷與高壓電源電連接；所述恒溫室內設有恒溫室加熱件和恒溫室溫度傳感器，并通過氣管與真空泵連接。
2.如權利要求I所述一種轉輪式熔融電紡裝置，其特征在于所述轉輪設有至少I個，轉輪的側對面設有轉輪加熱件、轉輪溫度傳感器；所述轉輪加熱件為非接觸式加熱件，所述轉輪溫度傳感器為非接觸式溫度傳感器。
3.如權利要求I所述一種轉輪式熔融電紡裝置，其特征在于所述旋轉軸設有至少I根。
4.如權利要求I所述一種轉輪式熔融電紡裝置，其特征在于所述驅動電機的轉速范圍為 10 ?lOOOrpm。
5.如權利要求I所述一種轉輪式熔融電紡裝置，其特征在于所述貯料池內側設有貯料池加熱件和溫度傳感器；所述貯料池加熱件為加熱板。
6.如權利要求I所述一種轉輪式熔融電紡裝置，其特征在于所述電刷通過旋轉軸與轉輪電連接。
7.如權利要求I所述一種轉輪式熔融電紡裝置，其特征在于所述熔體輸送裝置采用計量泵或紡絲泵。
8.如權利要求I所述一種轉輪式熔融電紡裝置，其特征在于所述收集裝置采用平板收集器或滾筒收集器，收集裝置設有高度調節裝置。
9.如權利要求I所述一種轉輪式熔融電紡裝置，其特征在于所述高壓電源的工作范圍為 > 0V，< 100kV。
10.如權利要求I所述一種轉輪式熔融電紡裝置，其特征在于所述恒溫室設有恒溫室加熱件、恒溫室溫度傳感器，恒溫室加熱件和恒溫室溫度傳感器通過氣管與真空泵連接，所述恒溫室溫度傳感器與溫度控制器信號連接。
【文檔編號】D01D5/00GK203583026SQ201320797190
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】鄭高峰, 王偉, 白鵬, 王霖潔, 王翔, 鄭躍焜, 孫道恒 申請人:廈門大學