[发明专利]一种转鼓式静电纺丝装置

说明书

技术领域

本发明属于静电纺丝设备技术领域，特别涉及一种转鼓式静电纺丝装置。

背景技术

纳米纤维制造与应用技术是近年来前沿科技领域的焦点。在信息、生物、环境等领域，纳米纤维技术给产业带来的影响非常大。随着纳米技术的发展,静电纺丝技术（简称电纺）作为一种有效、实用的纳米纤维的制备方法，在纳米材料研究领域日益受到广泛的关注。早在1934年，Formhals发明了用静电场产生高分子超细纤维的装置。但是，直到近年来随着现代科学技术的发展和纳米技术的兴起，静电纺丝技术才得到更为深入的研究并取得了巨大发展。许多研究小组对静电纺丝产生极大兴趣，并报道了一系列由此项技术制备的有机高分子纤维。由静电纺丝工艺制备的纳米纤维具有与人类组织相近的纳米级结构，有望成为理想的组织仿生材料。

目前，已有近百种天然和人工高分子材料被成功地通过电纺方法制备成纳米纤维。电纺方法一般有两种方式，一是溶液电纺，即选择适当的溶剂将聚合物溶解成具有一定浓度、粘度的溶液后再进行静电纺丝，另一种是熔融电纺，即直接将聚合物熔融后进行电纺。

传统的静电纺丝装置主要由三部分组成：高压电源、喷头（金属毛细管针头）及收集屏；高压电源通常使用直流电源；喷头可以垂直或水平放置，并与注射泵连接以便于定量地供液；接收屏可以是金属板、网或滚筒等，可以根据具体情况进行特殊设计。在强电场的作用下，被输送到喷丝头顶端的聚合物溶液被极化；此时，聚合物溶液在库仑力、表面张力及同性电荷相互排斥三种力作用下在毛细管末端形成Taylor锥，当库仑力与电荷相斥的力大于表面张力时，聚合物溶液将克服其本身的表面张力和粘滞力而形成喷射细流，溶剂很快挥发、聚合物固化并被收集在接收屏上。应用这种单喷头的静电纺丝装置可以有效地制备出各种均匀的纳米纤维，但是制备效率较低，喷涂量一般是几十微升每分钟，不具备批量生产纳米纤维的应用前景。因此，研制出高效的多喷头静电纺丝装置已经成为制约纳米纤维实际应用的关键问题。

多喷头静电纺丝设备有助于大幅度提高纺丝效率、降低纳米纤维制造成本和推动其实际应用与市场化。但是，在多喷头装置中，喷头之间相互影响、每个喷头所处的电场环境不同导致各个喷头的喷涂状况各不相同，喷射出的细流表面携带同种电荷相互排斥、干扰非常严重，难以得到均匀的纳米纤维薄膜。目前市场上已有商品化的基于针头式设计的小型仪器，其纺丝效率极低，一般只能达到几毫升每小时的加工量，基本上不具备规模化生产制备的前景。针对静电纺丝设备效率提高的改进方法，很多相关研究主要是采用增加针头的方式来实现，其效果并不理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种转鼓式静电纺丝装置。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种转鼓式静电纺丝装置，包括高分子溶液储罐、输送管、输送泵、转鼓系统、储液槽、高压静电发生器、收集系统及热风系统，所述的高分子溶液储罐、输送泵及储液槽通过输送管依次连接，转鼓系统、高压静电发生器及收集系统依次连接，转鼓系统固定在储液槽正上方，热风系统设置于收集系统的左边；

所述的高分子溶液储罐优选为半圆柱型不锈钢容器；

所述的半圆柱型不锈钢容器的长度优选为150～1500mm，半径优选为20～500mm；

所述的输送管优选为PTFE管；

所述的输送泵优选通过接地电源线接地；

所述的转鼓系统包括转鼓和转轴，转轴设置于转鼓的正中央，转鼓与所述的高压静电发生器的正极连接；转鼓由变频电机驱动以不同转速围绕转轴旋转，用于输送高分子溶液；

所述的转鼓优选为圆柱形不锈钢体；

所述的圆柱形不锈钢体的直径优选为15～450mm，长度优选为150～1500mm；

所述的变频电机的功率优选为100～1000W，转速优选为20～200rpm；

所述的转鼓的外表面具有表面突起，表面突起呈圆锥形，锥高2～15mm，锥形突起呈等边三角形规则排列，两两间隔相等，间距为5～50mm；转鼓的表面突起浸没在储液槽内；

所述的转鼓的表面突起优选为不锈钢材料；

所述的储液槽优选为弧形不锈钢容器；

所述的高压静电发生器优选采用数字显示直流高压电源；

所述的数字显示直流高压电源的输入电压优选为220VAC、50Hz，输出电压优选为0～30KV，输出电流优选为1mA，当过流及短路时，系统自动保护；