一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置，屬于靜電紡絲領(lǐng)域。主要包括電機(jī)、聯(lián)軸器、上料筒、下料筒、接收裝置、高壓靜電發(fā)生器、噴頭、加熱裝置、螺桿、銅環(huán)滑動(dòng)軸承和溫度傳感器，電機(jī)與上料筒通過長螺栓支撐，上料筒和下料筒通過短螺栓連接，中間配合有銅環(huán)滑動(dòng)軸承，銅環(huán)滑動(dòng)軸承中設(shè)置有分流流道，與噴頭雙層圓弧連接配合，形成雙層射流，電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿通過銅環(huán)滑動(dòng)軸承與料筒相配合，下端通過螺紋連接與噴頭連接并帶動(dòng)噴頭轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)可有效控制紡絲輸料量，多級分流和噴頭旋轉(zhuǎn)，還可獲得更細(xì)更均勻的纖維，而圓弧連接形噴頭可提高紡絲效率。
【專利說明】—種雙層噴頭的靜電紡絲裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置，屬于靜電紡絲領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著納米技術(shù)的研究和發(fā)展，靜電紡絲已經(jīng)成為目前比較熱門和更有效制造超細(xì)纖維的方法。制備時(shí)，溶液或熔體在電壓的作用下形成泰勒錐，隨著電壓不斷增大，泰勒錐克服自身表面張力形成噴射細(xì)流，飛向接收裝置，并不斷固化形成纖維。目前，通過靜電紡絲方法成功制得了幾十種聚合物纖維，制得的纖維直徑一般在幾微米之間，甚至達(dá)到納米級。靜電紡絲的設(shè)備簡單、操作容易、工藝過程不破壞材料本體，所制備的纖維在過濾、醫(yī)學(xué)、航空等領(lǐng)域有很廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]目前已有的靜電紡絲裝置普遍或多或少的存在生產(chǎn)效率相對較低、流量不均勻等問題，而且大多數(shù)研究都集中在單個(gè)裝置的研究，例如噴頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝過程等，本實(shí)用新型則針對熔體靜電紡絲存在的缺陷，對整個(gè)靜電紡絲裝置進(jìn)行改進(jìn)，包括進(jìn)料系統(tǒng)、加熱裝置、噴頭等，對總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高靜電紡絲生產(chǎn)效率，獲得均勻纖維。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型提出一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置，可針對上述問題，克服靜電紡絲裝置生產(chǎn)效率相對較低、流量不均勻等缺陷，同時(shí)還可以使纖維更均勻、更纖細(xì)。
[0005]實(shí)現(xiàn)上述目的的方案是:一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置，主要包括電機(jī)、聯(lián)軸器、上料筒、下料筒、接收裝置、高壓靜電發(fā)生器、噴頭、加熱裝置、螺桿、銅環(huán)滑動(dòng)軸承和溫度傳感器。電機(jī)和上料筒通過長螺栓連接，將電機(jī)支撐于上料筒上方；上料筒和下料筒通過四個(gè)均布的短螺栓連接，以方便拆裝；螺桿上端通過聯(lián)軸器和電機(jī)連接，螺桿下端置于上料筒和下料筒的內(nèi)腔中，在上料筒和下料筒之間安裝銅環(huán)滑動(dòng)軸承，銅環(huán)滑動(dòng)軸承的下端與下軸承孔過盈配合，銅環(huán)滑動(dòng)軸承的上端和上軸承孔過盈配合，多面配合使得銅環(huán)滑動(dòng)軸承精確定位，銅環(huán)滑動(dòng)軸承的內(nèi)接觸面和螺桿間隙配合，形成一個(gè)滑動(dòng)副，聚合物熔體對其還有一定的潤滑作用；噴頭和螺桿為螺紋連接，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一部分起輸料作用，一部分帶動(dòng)噴頭旋轉(zhuǎn)，使流量分布均勻；加熱裝置采用加熱圈，分三級加熱，保證預(yù)熱、熔融充分到位；高壓靜電發(fā)生器與接收裝置連接，溫度傳感器傳遞溫度，外置溫控箱控制溫度。
[0006]本實(shí)用新型一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置，其電機(jī)為可調(diào)速的步進(jìn)電機(jī)，可以達(dá)到很小轉(zhuǎn)速，電機(jī)通過聯(lián)軸器和螺桿相連，通過調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以改變螺桿轉(zhuǎn)速，從而改變擠出熔體的流量，達(dá)到調(diào)節(jié)熔體流量的效果，同時(shí)螺桿帶動(dòng)噴頭轉(zhuǎn)動(dòng)，均布熔融聚合物，使射流均勻，從而紡得均勻纖維。
[0007]本實(shí)用新型一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置，在上料筒和下料筒連接處配置有通過上軸承孔和下軸承孔定位的銅環(huán)滑動(dòng)軸承，銅環(huán)滑動(dòng)軸承對螺桿有定位對中作用，保證螺桿在下端不會(huì)偏心，從而保證螺桿和料筒之間的間隙均勻，使聚合物均勻輸運(yùn)；銅環(huán)滑動(dòng)軸承上有分流道，具有分流作用，配合噴頭形成雙層射流；銅環(huán)滑動(dòng)軸承配合螺桿在料筒中旋轉(zhuǎn)，也帶動(dòng)噴頭旋轉(zhuǎn)，使熔融聚合物沿噴頭均勻分布。
[0008]本實(shí)用新型一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置，設(shè)置有分流料道，減小了流量，加料口豎直進(jìn)料，通過料筒外壁的三級加熱圈，將聚合物加熱熔融，熔融聚合物在料筒內(nèi)腔中流動(dòng)，熔融聚合物通過銅環(huán)滑動(dòng)軸承分為十六股，銅環(huán)滑動(dòng)軸承內(nèi)均布八個(gè)一級流道，八個(gè)一級流道又分成十六個(gè)二級流道，十六個(gè)二級流道分為兩組，各有八個(gè)流道，一組為內(nèi)圈流道，另一組為外圈流道，熔體通過內(nèi)外圈流道分別流向噴頭內(nèi)外層錐面。噴頭緊接銅環(huán)滑動(dòng)軸承下端，為該裝置的核心部分，分為內(nèi)外兩層，經(jīng)外圈流道流下的熔體在噴頭外層錐面上均勻分布，不斷沿錐面下落減薄，噴頭上端有下環(huán)形流道，在下環(huán)形流道上均布八個(gè)豎直流道，這八個(gè)豎直流道通向噴頭內(nèi)層錐面。噴頭上的下環(huán)形流道和銅環(huán)滑動(dòng)軸承上的上環(huán)形流道相配合組成一個(gè)完整的環(huán)形流道，連通整個(gè)內(nèi)層熔體流道。
[0009]本實(shí)用新型一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置，其噴頭的底端面采用車銑法銑為圓弧連接的光滑過渡，防止尖端造成泰勒錐聚集而導(dǎo)致紡絲效率降低。通過雙層的噴頭，將單層紡絲轉(zhuǎn)化為雙層紡絲，擴(kuò)大形成泰勒錐的面積，不僅提高了紡絲效率，而且在相同流量下，分成多個(gè)出口，使流量進(jìn)一步減小，在兩層噴頭上的熔體液膜更薄，形成的熔體纖維更纖細(xì)。
[0010]本實(shí)用新型一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置，可用于粉末狀、粒狀等聚合物顆粒的熔體紡絲，也可用于溶液紡絲。當(dāng)為熔體紡絲時(shí)，為了防止聚合物顆粒發(fā)生架橋或者黏結(jié)于A 口處無法下落，螺桿上端焊接一個(gè)刮料板，形狀為直角梯形，其斜邊與加料口內(nèi)面配合，斜度相同，使得刮料板隨螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將入口處的物料有效刮落。當(dāng)為溶液紡絲時(shí)，不需要開啟加熱裝置。
[0011]本實(shí)用新型一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置，電機(jī)帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)可有效控制紡絲輸料量，從而控制流量，同時(shí)帶動(dòng)噴頭旋轉(zhuǎn)，均勻了紡絲流量；多級分流和噴頭旋轉(zhuǎn)，不僅可有效控制流量，同時(shí)可獲得更細(xì)更均勻的纖維，而圓弧連接形噴頭可提高紡絲效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置的總裝圖的剖視圖。
[0013]圖2是本實(shí)用新型一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置中下料筒的俯視圖。
[0014]圖3是本實(shí)用新型一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置中下料筒的A-A階梯剖視圖。
[0015]圖4是本實(shí)用新型一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置中噴頭的主視圖全剖視圖。
[0016]圖5是本實(shí)用新型一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置中噴頭的俯視圖。
[0017]圖6是本實(shí)用新型一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置中銅環(huán)滑動(dòng)軸承的主視圖全剖視圖。
[0018]圖7是本實(shí)用新型一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置中銅環(huán)滑動(dòng)軸承的仰視圖。
[0019]圖8是本實(shí)用新型一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置中螺桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:1-電機(jī)，2-聯(lián)軸器，3-長螺栓，4-上料筒，5-螺桿，6-加熱圈，7_銅環(huán)滑動(dòng)軸承，8-下料筒，9-噴頭，10-溫度傳感器，11-短螺栓，12-上軸承孔，13-料筒內(nèi)腔，14-加料口，15-下軸承孔，16-噴頭螺紋，17-噴頭外層錐面，18-噴頭內(nèi)層錐面，19-豎直流道，20-上環(huán)形流道，21-下環(huán)形流道，22-內(nèi)圈流道，23-外圈流道，24- 一級流道，25-內(nèi)接觸面，26-刮料板，27-螺桿螺紋?！揪唧w實(shí)施方式】
[0021]本實(shí)用新型一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置，如圖1所示，該裝置主要包括電機(jī)1、聯(lián)軸器2、上料筒4、螺桿5、加熱圈6、銅環(huán)滑動(dòng)軸承7、下料筒8、噴頭9、接收裝置28和高壓靜電發(fā)生器29。其工作過程為電機(jī)I帶動(dòng)螺桿5在料筒中旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)噴頭9轉(zhuǎn)動(dòng)，使熔融聚合物均勻分布于噴頭9兩層壁面上，開啟高壓靜電發(fā)生器29，在電壓作用下，熔融聚合物在圓弧連接的邊緣上形成泰勒錐，增大電壓，泰勒錐噴射形成射流，落到接收裝置28形成纖維。
[0022]本實(shí)用新型一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置，首先，將三個(gè)加熱圈6分別設(shè)定在低、中、高三個(gè)溫度檔，可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)溫度，保證上料筒4和下料筒8加熱到預(yù)設(shè)溫度，上料筒4和下料筒8通過四個(gè)均布的短螺栓11連接，如圖2和圖3所示。溫度傳感器10與溫控箱直接相連，將溫度傳遞給溫控箱，溫控箱用于對加熱溫度進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)。當(dāng)溫度加熱到預(yù)設(shè)溫度后，開啟電機(jī)1，電機(jī)I與上料筒4通過長螺栓3相連接，螺桿5通過聯(lián)軸器2與電機(jī)I相連，高分子聚合物通過加料口 14加到上料筒4中，螺桿5上的刮料板26可以將高分子聚合物刮離加料口 14，防止產(chǎn)生架橋和粘結(jié)現(xiàn)象。接著熔融的聚合物通過螺桿5轉(zhuǎn)動(dòng)輸運(yùn)，從料筒內(nèi)腔13向下進(jìn)料，聚合物熔體進(jìn)一步熔融，流動(dòng)性增強(qiáng)。當(dāng)聚合物熔體運(yùn)動(dòng)到上料筒4和下料筒8之間時(shí)，將通過銅環(huán)滑動(dòng)軸承7的一級流道24向下流動(dòng)，聚合物熔體流過一級流道24后分流，流向內(nèi)圈流道22和外圈流道23，如圖6和圖7所示。上料筒4和下料筒8通過短螺栓11相連接，使得整個(gè)裝置的密封性良好，在上料筒4和下料筒8之間安裝銅環(huán)滑動(dòng)軸承7，銅環(huán)滑動(dòng)軸承7的下端與下軸承孔15過盈配合，銅環(huán)滑動(dòng)軸承7的上端和上軸承孔12過盈配合，多面配合使得銅環(huán)滑動(dòng)軸承7精確定位。銅環(huán)滑動(dòng)軸承7的內(nèi)接觸面25和螺桿5間隙配合，形成一個(gè)滑動(dòng)副，聚合物熔體對其還有一定的潤滑作用。外圈流道23內(nèi)的熔體繼續(xù)往下流到噴頭9時(shí)，通過噴頭9上的噴頭外層錐面17漸漸拉伸形成第一層液膜，內(nèi)圈流道22內(nèi)的熔體經(jīng)過噴頭9的上環(huán)形流道20和銅環(huán)滑動(dòng)軸承7的下環(huán)形流道21組成的環(huán)形流道重新分布，流向8個(gè)豎直流道19。豎直流道19內(nèi)的熔體流向噴頭內(nèi)層錐面18，再次均勻拉伸減薄，在噴頭內(nèi)層錐面18上形成第二層液膜，噴頭9內(nèi)外兩層的端面用銑刀銑出圓弧連接的形狀，圓弧連接的圓弧過渡圓滑，沒有尖角，從而增大形成泰勒錐的環(huán)向面積，可產(chǎn)生更多束纖維，噴頭9的形狀和流道分布如圖4和圖5所示。待流道充滿熔融聚合物，打開高壓靜電發(fā)生器29，高壓電加在接收裝置28，不斷增大電壓，待雙層圓弧連接噴頭邊緣液膜形成泰勒錐，繼續(xù)增大電壓，泰勒錐形成射流，噴射向接收裝置28，并不斷固化形成纖維。在此過程中由于螺桿5的螺桿螺紋27和噴頭螺紋16相配合固定，當(dāng)螺桿5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),帶動(dòng)噴頭9 一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，有利于熔體的均勻分布和減薄，從而使紡制的纖維更加均勻、更加纖細(xì)。在不加熱的情況下，也可用于溶液等其他物料的靜電紡絲。
【權(quán)利要求】
1.一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置，其特征在于:主要包括電機(jī)、聯(lián)軸器、上料筒、下料筒、接收裝置、高壓靜電發(fā)生器、噴頭、加熱裝置、螺桿、銅環(huán)滑動(dòng)軸承和溫度傳感器，電機(jī)和上料筒通過長螺栓連接，將電機(jī)支撐于上料筒上方；上料筒和下料筒通過四個(gè)均布的短螺栓連接；螺桿上端通過聯(lián)軸器和電機(jī)連接，螺桿下端置于上料筒和下料筒的內(nèi)腔中，在上料筒和下料筒之間安裝銅環(huán)滑動(dòng)軸承，銅環(huán)滑動(dòng)軸承的下端與下軸承孔過盈配合，銅環(huán)滑動(dòng)軸承的上端和上軸承孔過盈配合；銅環(huán)滑動(dòng)軸承的內(nèi)接觸面和螺桿間隙配合；噴頭和螺桿為螺紋連接；加熱裝置采用加熱圈，分三級加熱；高壓靜電發(fā)生器與接收裝置連接，溫度傳感器傳遞溫度，外置溫控箱控制溫度；銅環(huán)滑動(dòng)軸承上有分流道，配合噴頭形成雙層射流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置，其特征在于:電機(jī)為可調(diào)速的步進(jìn)電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置，其特征在于:熔融聚合物通過銅環(huán)滑動(dòng)軸承分為十六股，銅環(huán)滑動(dòng)軸承內(nèi)均布八個(gè)一級流道，八個(gè)一級流道又分成十六個(gè)二級流道，十六個(gè)二級流道分為兩組，各有八個(gè)流道，一組為內(nèi)圈流道，另一組為外圈流道，熔體通過內(nèi)外圈流道分別流向噴頭內(nèi)外層錐面；噴頭緊接銅環(huán)滑動(dòng)軸承下端，分為內(nèi)外兩層，經(jīng)外圈流道流下的熔體在噴頭外層錐面上均勻分布，不斷沿錐面下落減薄，噴頭上端有下環(huán)形流道，在下環(huán)形流道上均布八個(gè)豎直流道，這八個(gè)豎直流道通向噴頭內(nèi)層錐面；噴頭上的下環(huán)形流道和銅環(huán)滑動(dòng)軸承上的上環(huán)形流道相配合組成一個(gè)完整的環(huán)形流道，連通整個(gè)內(nèi)層熔體流道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層噴頭的靜電紡絲裝置，其特征在于:螺桿上端焊接一個(gè)刮料板，形狀為直角梯形，其斜邊與加料口內(nèi)面配合，斜度相同。
【文檔編號(hào)】D01D5/00GK203474968SQ201320471245
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】楊衛(wèi)民, 劉兆香, 劉曉鳳, 李好義, 丁玉梅 申請人:北京化工大學(xué)