[发明专利]一种便携式熔体静电纺丝装置

说明书

本发明属于熔体静电纺丝设备技术领域，涉及一种便携式熔体静电纺丝装置，主体结构由喷丝部分、手柄部分、低压导线和高压导线组成，喷丝部分的主体结构包括套筒、顶丝、纺丝喷头、加热棒、导柱、导线槽、内隔离保护套、外隔离保护套和高压电极，手柄部分的主体结构包括外壳、电源模块、电源线、高压静电模块、电机、扇叶、进气孔、加热丝、调节开关、滚轮支架、上滚轮和下滚轮，采用提前制备的便于储存、携带和安装的管状料棒作为纺丝原料，利用电加热方式使其端部附近成为熔体，圆锥形结构的纺丝喷头尖端能够同时产生数十根射流，实现超细纤维的实时批量化制备；其结构简单，操作简便，安全可靠，便于携带和手持，集成化程度和纺丝效率高。

技术领域：

本发明属于熔体静电纺丝设备技术领域，具体涉及一种便携式熔体静电纺丝装置，能够批量制备超细纤维。

背景技术：

静电纺丝是利用高压静电将聚合物熔体或者溶液制备成超细纤维的工艺，具有设备简单和操作容易的特点，受到了广泛的关注，是目前制备聚合物连续纳米纤维最重要的方法之一。随着纳米材料技术的不断发展，静电纺丝作为一种简便有效的可生产纳米纤维的新型加工技术，在生物医用材料、过滤及防护、催化、能源、光电和食品工程方面发挥着巨大作用。静电纺丝技术简单高效，科研人员在设备上进行了大量的创新，但是大多都体积较大，操作较复杂，无法实现便携化，严重限制了静电纺丝技术的发展。在医疗、军事、家用和教学演示等领域迫切需要便携式的静电纺丝设备。中国专利201720057770.9公开的一种新型便携式静电纺丝装置包括主机和手持喷枪，所述主机包括主机外壳，主机外壳内设置有电源、气体发生机构和高压电源机构，所述手持喷枪包括枪体外壳、喷丝头和为喷丝头提供纺丝前驱液的供液机构，所述枪体外壳上设置有进气口和出气口，所述进气口连接气体发生机构的导气管，所述喷丝头自出气口伸出枪体外壳，喷丝头的喷射端口与出气口的中心轴线相重合；所述电源电连接高压电源机构、气体发生机构和供液机构，高压电源机构的电压输出端的正极通过导线连接喷丝头；以及中国专利201210229010.3公开的一种便携式手持静电纺丝装置包括金属箔、压接开关、医用注射器、方形电池、高压直流逆变器、高压直流逆变器负极、纺丝溶液、高压直流逆变器正极和不锈钢针头；医用注射器的推杆顶端制有压接开关，平板式压接开关的顶部的面上固定制有金属箔，医用注射器的前端内腔中置有纺丝溶液，医用注射器的侧壁上对接式固定制有方形电池和高压直流逆变器，医用注射器的底端上插接式制有用于喷丝的不锈钢针头，不锈钢针头采用常规医用的注射针头结构并与医用注射器组合配套；制有不锈钢针头的医用注射器内腔中存放纺丝溶液；方形电池为高压直流逆变器提供电源，直流电压逆变之后电压达数千伏级，压接开关用于控制电源的开关，在受到外部轻微压力时开关接通，压力消失后开关断开；高压直流逆变器正极与不锈钢针头电连通，高压直流逆变器负极与金属箔电连通；实现了静电纺丝设备的小型便携化，但是都只针对溶液静电纺丝技术进行了改进，不能进行熔体静电纺丝；中国专利201810216431.X公开的一种手持式熔体静电纺丝制备装置包括安全罩、端盖、紧固螺钉、外壳、支撑板、滚筒、保温棉、隔板、加热腔外壳、风扇、电阻加热丝、通气孔、通气管、滚轮、微型高压静电发生器、通线孔、电极接头、送料管、针头、排气孔和金属垫片等，外壳上部放置滚筒，丝料缠绕在滚筒上；风扇、加热腔外壳、隔板及电阻加热丝从右到左同轴布置构成加热腔，通气管一端连接加热腔，一端连接金属垫片与端盖之间的空腔，且通气管外加保温棉隔热保温，通气管有多根并沿周向均布；两个由电机驱动转速可调的滚轮相反运动构成滚轮对，滚轮对缝隙中心线与送料管同轴布置，送料管位于滚轮对的左侧，丝料穿过外壳和保温棉经由滚轮对输送入送料管，送料管与针头螺纹连接，所述送料管的内径略大于丝料直径；通气管和送料管由支撑板进行环向固定，外壳底部和隔板的阶梯孔对其轴向固定；安全罩安装在端盖处，端盖中心处有孔，微型高压静电发生器通过电极接头、端盖、金属垫片及导线与针头连接，使针头携带高压静电，与接地的接受板在安全罩内部形成电场，所述端盖、金属垫片与外壳通过紧固螺钉连接；端盖、金属垫片及针头为导电导热材料，外壳、料管和通气管材料为绝缘材料；其利用高温高压气体对聚合物丝料进行加热熔融纺丝，但是其使用单针作为纺丝喷头，一次只能出一根丝，效率较低；中国专利201410510110.2公开的一种可移动式风枪加热熔体静电纺丝装置，其特征在于主体结构包括温度调节器、风枪手柄、出风口、散热孔、运料筒、绝缘筒、环形托盘、金属网、锥形喷丝头、收集极、高压电源和热风枪；热风枪的一侧连接制有风枪手柄，热风枪的上端设有温度调节器，通过转动温度调节器调节纺丝温度；热风枪的下端设有出风口，出风口下端与绝缘筒固定连接；绝缘筒的上端设置有均匀分布的散热孔；运料筒伸入绝缘筒的内腔中，运料筒的底部与金属网接触，原料通过运料筒均匀分布在金属网上；环形托盘内嵌式水平放置在绝缘筒的底端；金属网水平放置在锥形喷丝头上部分的圆筒中；直径为0.8～1.5毫米的锥形喷丝头固定安装在环形托盘内，并与环形托盘接触；收集极放置在锥形喷丝头的正下方；高压电源的正极与锥形喷丝头电连接，负极与收集极相连；其收集极置于锥形喷丝头正下方，移动热风枪实现移动纺丝，但是其只能实现熔体的垂直方向纺丝，并且只能将纤维纺于收集极上，无法实现纤维在任意表面任意方向的沉积。为了克服以上专利产品存在的问题，研发设计一种便携式溶体静电纺丝装置。