一種環形往復無針式靜電紡絲裝置及其使用方法與流程

本發明屬于紡織，具體地說是一種環形往復無針式靜電紡絲裝置及其使用方法。

背景技術：

1、納米纖維材料憑借獨特的小孔徑、高孔隙率、高比表面積、輕質等優點被廣泛應用于能源、環境、醫療等領域。靜電紡絲技術利用電場對高聚物溶液的作用使聚合物被拉伸成為納米纖維，是被廣泛應用于制取納米纖維材料的方法。

2、實現連續批量化制備是納米纖維材料產業化過程中的難題。傳統的單針式靜電紡絲裝置制備納米纖維的產量與效率較低，為了實現宏量制備納米纖維，多個針頭組合而成的多針式靜電紡絲裝置被研究出來。然而多針式裝置雖然在一定程度上能提高納米纖維產量，但是也遇到了針頭堵塞和電場干擾等問題。

3、在此背景下，無針式靜電紡絲裝置成為研究人員關注的熱點。無針式設計從源頭徹底避免了噴頭堵塞問題，并且不受針頭數量限制，可以產生大量射流，使宏量納米纖維快速堆積在接收裝置上。當前有許多無針式靜電紡絲裝置被開發出來，中國專利202110355602.9公開了一種曲邊碟形靜電紡絲裝置，曲邊蝶形噴頭進一步提升了納米纖維的單位時間產量，但是這種類似容器的盛斂式設計噴頭只有靠近金屬邊緣的溶液才產生射流，大量遠離射流發生區域的紡絲溶液暴露在空氣中，極易造成溶劑揮發，引起紡絲溶液參數變化。

4、中國專利202211076277.3公開了一種凸輪驅動線網型靜電紡絲裝置，該裝置也能宏量制備納米纖維材料，但是敞開的儲液槽設計也使大量紡絲液大面積暴露在空氣中，造成溶劑揮發，甚至產生固化，而且浸漬式設計，大范圍的涂覆使許多紡絲溶液來不及被電場牽伸成納米纖維，大面積鋪展開的留在原處的溶液將發生溶劑揮發并很快固化，導致后續紡絲過程受影響。紡絲溶液涂覆過多，大面積暴露在空氣中都會產生溶劑過度揮發從而加速固化的情況，固化較為嚴重以后，不得不暫停紡絲過程對噴頭進行清理。這將降低生產效率，對紡絲液也是極大的浪費。

技術實現思路

1、為解決宏量制備納米纖維過程中的溶劑揮發、溶液固化是尤為重要的問題，本發明提供一種環形往復無針式靜電紡絲裝置及其使用方法。

2、本發明一方面是通過下述技術方案來實現的：

3、一種環形往復無針式靜電紡絲裝置及其使用方法，包括環形噴頭，所述環形噴頭的下方設有與高壓發生器連接的金屬支架；所述環形噴頭的一側設有涂液懸臂，所述涂液懸臂通過第一電機繞該環形噴頭轉動；所述涂液懸臂靠近環形噴頭的一端設有涂液噴頭，所述涂液噴頭朝向環形噴頭的一面與環形噴頭相適配。涂液懸臂往復運轉使涂液噴頭在環形噴頭上表面做圓周運動，反復涂覆紡絲溶液，在高壓靜電作用下，環形噴頭上能形成一圈環形射流，提高納米纖維產量。涂液懸臂反復涂覆式設計，使紡絲溶液能以合適的速率鋪展在環形噴頭上，生產為納米纖維，避免大量紡絲液長時間暴露產生固化。

4、本發明的進一步改進還有，上述涂液噴頭間隔設置于環形噴頭的上方。涂液噴頭與環形噴頭之間的合適距離有助于控制涂覆紡絲溶液的厚度。

5、本發明的進一步改進還有，上述環形噴頭的縱截面為頂角在上的等腰銳角三角形；所述涂液噴頭整體呈與環形噴頭相配合的倒三角形。該設計使環形噴頭頂部涂覆的紡絲溶液具有較大的液面曲率，從而能在電場力作用下產生更多的射流，進一步提升納米纖維產量，達到宏量制備納米纖維的效果。

6、本發明的進一步改進還有，上述第一電機設置于環形噴頭的圓心處；所述涂液懸臂內部中空，且涂液懸臂內部設有導管，所述導管的一端與涂液噴頭連通，另一端連接有供液裝置。

7、本發明的進一步改進還有，上述涂液懸臂材質為聚四氟乙烯。該材質為絕緣體，能夠保護輸送過程的紡絲液不受電場影響。

8、本發明的進一步改進還有，上述環形噴頭上方設有滾筒收集裝置，所述滾筒收集裝置通過第二電機控制滾筒收集裝置的轉速。

9、本發明的進一步改進還有，上述金屬支架下方連接有能夠控制金屬支架沿滾筒收集裝置軸心線方向橫向移動和升降移動的移動平臺。通過調節平臺，可以控制環形噴頭與接收裝置之間達到合適的距離，以便制造出具有良好形貌特征的納米纖維，調節平臺左右橫移可以使納米纖維分布均勻，并使納米纖維材料具有合適的寬度。

10、本發明另一方面是通過下述方案實現的：

11、一種環形往復無針式靜電紡絲裝置的使用方法，

12、s1：調節移動平臺，使環形噴頭與滾筒收集裝置達到合適的工作距離；

13、s2：向供液裝置內添加紡絲溶液；

14、s3：開啟第二電機，設置適當的滾筒收集裝置轉速；

15、s4：開啟第一電機，設置適當的涂液旋臂轉速；

16、s5：調節移動平臺并設定橫移速率與橫移距離范圍；

17、s6：開啟并設定供液裝置的供液速率；

18、s7：開啟高壓發生器，調節電壓至紡絲所需電壓數值，涂液噴頭涂覆紡絲溶液后，環形噴頭頂部會產生一圈射流，經電場拉伸成納米纖維后沉積在滾筒收集裝置上；

19、s8：關機操作，首先關閉高壓發生器，然后依次關閉供液裝置、調節平臺、第一電機及第二電機；

20、s9：獲得納米纖維材料。

21、從以上技術方案可以看出，本發明的有益效果是：可宏量制備納米纖維材料，并有效防止因大量溶劑長時間暴露于空氣中產生固化造成的紡絲不連續和紡絲液浪費問題。

技術特征：

1.一種環形往復無針式靜電紡絲裝置，其特征在于，包括環形噴頭(2)，環形噴頭(2)的下方設有與高壓發生器(8)連接的金屬支架(9)；環形噴頭(2)的一側設有涂液懸臂，涂液懸臂通過第一電機(1)繞該環形噴頭(2)轉動；涂液懸臂靠近環形噴頭(2)的一端設有涂液噴頭，涂液噴頭朝向環形噴頭(2)的一面與環形噴頭(2)相適配。

2.根據權利要求1所述的一種環形往復無針式靜電紡絲裝置，其特征在于，涂液噴頭間隔設置于環形噴頭(2)的上方。

3.根據權利要求2所述的一種環形往復無針式靜電紡絲裝置，其特征在于，環形噴頭(2)的縱截面為頂角在上的等腰銳角三角形；涂液噴頭整體呈與環形噴頭(2)相配合的倒三角形。

4.根據權利要求3所述的一種環形往復無針式靜電紡絲裝置，其特征在于，第一電機(1)設置于環形噴頭(2)的圓心處；涂液懸臂內部中空，且涂液懸臂內部設有導管(6)，導管(6)的一端與涂液噴頭連通，另一端連接有供液裝置(7)。

5.根據權利要求4所述的一種環形往復無針式靜電紡絲裝置，其特征在于，涂液懸臂材質為聚四氟乙烯。

6.根據權利要求1至5任意一項所述的一種環形往復無針式靜電紡絲裝置，其特征在于，環形噴頭(2)上方設有滾筒收集裝置(4)，滾筒收集裝置(4)通過第二電機(5)控制滾筒收集裝置(4)的轉速。

7.根據權利要求6所述的一種環形往復無針式靜電紡絲裝置，其特征在于，金屬支架(9)下方連接有能夠控制金屬支架(9)沿滾筒收集裝置(4)軸心線方向橫向移動和升降移動的移動平臺。

8.一種根據權利要求7所述的環形往復無針式靜電紡絲裝置的使用方法，其特征在于：

技術總結
本發明所述的一種環形往復無針式靜電紡絲裝置及其使用方法，屬于紡織技術領域，包括環形噴頭，環形噴頭的下方設有與高壓發生器連接的金屬支架；環形噴頭的一側設有涂液懸臂，涂液懸臂通過第一電機繞該環形噴頭轉動；涂液懸臂靠近環形噴頭的一端設有涂液噴頭，涂液噴頭朝向環形噴頭的一面與環形噴頭相適配。可宏量制備納米纖維材料，并有效防止因溶劑固化造成的紡絲不連續和紡絲液浪費問題。

技術研發人員：張紅霞,張艷紅,王曉蕓,宋海英,呂治家,張玉清,高延忠
受保護的技術使用者：魏橋紡織股份有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/3/27