[发明专利]一种离心同轴静电纺丝机

说明书

技术领域

本发明涉及一种离心同轴静电纺丝机，属于静电纺丝领域和机械领域。

背景技术

静电纺丝是利用静电力对聚合物射流产生的牵伸作用来制备微纳米纤维的方法。根据纺丝介质的不同，静电纺丝分为溶液静电纺丝和熔体静电纺丝。传统的熔体或溶液静电纺丝，纺丝效率比较低。离心纺丝是利用离心力将聚合物射流甩出，从而制备微纳米纤维的方法，离心纺丝虽然在一定程度上提高了纤维的产量，但是由于所制备的纤维较粗，直径分布不均匀，从而影响纳米纤维的应用。通过与静电纺丝相结合，对离心纺丝进行改进，得到了一种离心静电纺丝技术，在一定程度上克服了二者所存在的缺陷，能够高效制备力学性能优异的纳米纤维。

同轴静电纺丝技术，是在传统静电纺丝的基础上改进了纺丝针头的结构，能够制备中空或核壳结构的复合纤维。利用同轴静电纺丝技术所制备的纤维在生物医药、能源储存、微纳电子等领域有着广泛的应用前景和发展潜力。而采用了传统静电纺丝工艺的同轴静电纺丝技术在产量上仍不能满足高效生产的要求，本发明在离心静电纺丝的基础上，结合了同轴静电纺丝法，能够利用不同的聚合物熔体或溶液进行复合纳米纤维的高效制备。

发明内容

本发明提出了一种离心同轴静电纺丝机。主要包括离心同轴旋转装置、静电发生器、温控装置和接收装置。离心同轴旋转装置包括内旋转盘、外旋转盘、喷丝盘、壳纺丝针头、核纺丝针头、盖板和电机，其中，内旋转盘固定在外旋转盘内设置的环形凹槽中，外旋转盘的底部连接到电机，喷丝盘分别地安装到内旋转盘和外旋转盘的周向侧壁，壳纺丝针头安装到外旋转盘的喷丝盘喷嘴上，核纺丝针头安装到内旋转盘的喷丝盘喷嘴上，其中，壳纺丝针头和核纺丝针头在同一水平轴线上并朝向同一方向，壳纺丝针头和核纺丝针头成对安装，数量为单数或双数，对称布置或等间距布置，盖板位于内旋转盘和外旋转盘上方，盖板设有加料孔。内旋转盘与外旋转盘之间采用环形凹槽紧密配合，并且由三个定位销限制内旋转盘的转动，用以保证纺丝针头的同轴配合。通过改变壳纺丝针头与核纺丝针头的直径配合能够满足制备不同直径需求的核壳结构复合纳米纤维的需求。由于离心同轴旋转装置中的各个部件之间采用可分离式设计，能够较为便捷的对残留的纺丝溶液或固化后的熔体进行清理。当熔融聚合物的粘度比较大时，需要加入调节分子量的添加剂进行降低粘度处理，或者采用增大壳纺丝针头与核纺丝针头直径的方法避免堵塞。位于内旋转盘和外旋转盘顶部的盖板，通过螺钉固定在内旋转盘和外旋转盘顶部，分别在内旋转盘与外旋转盘上部开有加料孔，便于在纺丝过程中添加物料，加料孔分为内旋转盘加料孔和外旋转盘加料孔，内旋转盘加料孔位于盖板的中心位置，外旋转盘加料孔位于盖板的对应于内旋转盘和外旋转盘之间的环形区域，外旋转盘加料孔的数量为双数，并相对于内旋转盘加料孔中心对称分布，能够有效的平衡离心力，盖板的设置不仅能够避免纺丝液在纺丝过程中的溢出、相互污染，还能阻碍内旋转盘的飞出。

本发明提出了一种离心同轴静电纺丝机。其中温控装置主要包括加热元件、温度传感器、温度传感器支架、测温环槽和温控仪，加热元件安装在外旋转盘的下方，在加热元件和外旋转盘之间设置隔热板，由温度传感器与温控仪协同控制，隔热板的设置有效的避免了加热元件在加热过程中对纤维制备环境造成的不利影响，隔热板使用非导电材料制成，测温环槽位于外旋转盘的外侧周向下部，温度传感器通过温度传感器支架对准测温环槽，温度传感器支架固定到隔热板上，温度传感器是接触式温度传感器或非接触式温度传感器。本发明不启用温控装置能进行常温溶液离心同轴静电纺丝。

本发明提出了一种离心同轴静电纺丝机。其中，静电发生器的高压端连接在接收装置上，离心同轴静电纺丝机的其它部分接地，接收装置为环形金属网或环形金属片，放置在隔热板上，在核纺丝针头与壳纺丝针头与接收装置间产生静电力。通过对内旋转盘和外旋转盘中添加不同的聚合物，聚合物射流在离心力与静电力的共同作用下，能够制得不同类型的核壳结构复合纳米纤维。

本发明提出了一种离心同轴静电纺丝机。与传统同轴静电纺丝相比，本发明有两个优点：一、能够实现溶液或熔体的离心同轴静电纺丝；二、能够实现同轴复合纳米纤维的高效生产。

附图说明

图1是一种离心同轴静电纺丝机的结构示意图

图2是盖板的结构示意图

图3是离心同轴旋转装置的结构示意图

图4是内旋转盘的结构示意图

图5是内旋转盘的剖视图

图6是外旋转盘的结构示意图

图7是外旋转盘的剖视图

图8是喷丝盘的结构示意图