本實(shí)用新型涉及靜電紡絲領(lǐng)域，特別是涉及一種高效制備納米纖維的裝置。

背景技術(shù)：

靜電紡絲技術(shù)是一種利用靜電場力生產(chǎn)納米纖維的技術(shù)，其原理是：在高壓靜電場中，帶電聚合物溶液在電場力的作用下形成泰勒錐，當(dāng)電場力足夠大，使得帶電液滴克服自身表面張力形成帶電射流，最后在收集機(jī)構(gòu)上沉積固化成納米纖維結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)的針頭式靜電紡絲裝置容易出現(xiàn)的噴頭阻塞、難清理，陣列噴頭在紡絲過程中容易出現(xiàn)“邊緣效應(yīng)”現(xiàn)象等缺點(diǎn)都影響了纖維質(zhì)量，紡絲效率及產(chǎn)量較低。相比于噴頭式靜電紡，無針式靜電紡具有產(chǎn)量高，紡絲設(shè)備簡單，生產(chǎn)成本較低等特點(diǎn)，但無針靜電紡絲仍存在紡絲電壓過高，能耗大，紡絲區(qū)域電場分布不均等問題。

專利CN204779952U及CN104032383A提出了一種螺旋狀紡絲電極，該電極所具有的尖端或類尖端結(jié)構(gòu)，在尖端處具有電荷聚集效應(yīng)，能夠促進(jìn)誘導(dǎo)紡絲,降低紡絲電壓，提高產(chǎn)量，但其輥軸狀結(jié)構(gòu)又在一定程度上提高了紡絲電壓，造成不必要的能耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種高效制備納米纖維的裝置，能夠降低紡絲電壓，減少能耗。

本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：

一種高效制備納米纖維的裝置，包括紡絲系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、涂覆機(jī)構(gòu)、收集系統(tǒng)和高壓電源，所述紡絲系統(tǒng)包括紡絲電極，所述動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)紡絲電極運(yùn)動(dòng)，所述涂覆機(jī)構(gòu)為紡絲系統(tǒng)提供紡絲液，所述收集系統(tǒng)包括位于紡絲系統(tǒng)上方的接收電極，所述紡絲電極為中空螺旋環(huán)狀的旋轉(zhuǎn)體，動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)體繞水平軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)體的周向邊緣設(shè)有沿徑向延伸的尖端結(jié)構(gòu)，尖端結(jié)構(gòu)的頂部尖端朝向接收電極，所述高壓電源的兩極分別為接收電極和紡絲電極供電。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述旋轉(zhuǎn)體中相鄰螺旋環(huán)的間隙相等。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述旋轉(zhuǎn)體上接有轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸的軸線與旋轉(zhuǎn)體的軸線重合。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，轉(zhuǎn)軸分為水平同軸線的兩段結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)軸的兩段結(jié)構(gòu)分別連接旋轉(zhuǎn)體的兩端。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，轉(zhuǎn)軸連接旋轉(zhuǎn)體的端部并從旋轉(zhuǎn)體的中空部分穿過。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述旋轉(zhuǎn)體的尖端結(jié)構(gòu)為三角形結(jié)構(gòu)、圓錐曲線形結(jié)構(gòu)、曳物線形結(jié)構(gòu)、拋物線結(jié)構(gòu)或梯形結(jié)構(gòu)。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述涂覆機(jī)構(gòu)包括具有儲(chǔ)液腔的液槽和覆蓋在液槽上端開口的槽蓋，槽蓋上設(shè)有槽口，旋轉(zhuǎn)體的至少一段螺旋環(huán)的底部尖端從槽口進(jìn)入并浸沒在儲(chǔ)液腔內(nèi)。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述槽蓋設(shè)有一道槽口，旋轉(zhuǎn)體的一段螺旋環(huán)的底部尖端從槽口進(jìn)入，所述涂覆機(jī)構(gòu)設(shè)有隨著涂覆結(jié)構(gòu)，所述跟隨涂覆結(jié)構(gòu)跟隨旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而在水平方向沿旋轉(zhuǎn)體的軸向平移，從而到達(dá)旋轉(zhuǎn)體的不同水平位置。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述槽口為斜槽，槽口的兩側(cè)側(cè)壁所在的平面相互平行且均與旋轉(zhuǎn)體的軸線成一夾角，槽口的至少一側(cè)側(cè)壁抵接旋轉(zhuǎn)體螺旋環(huán)的邊緣從而被螺旋環(huán)推動(dòng)沿水平方向平移。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述液槽外接有循環(huán)供液系統(tǒng)，所述液槽設(shè)有進(jìn)液口和出液口，所述循環(huán)供液系統(tǒng)包括液箱和液泵，所述液泵的出口連接液槽的進(jìn)液口，液泵的入口連接液箱出口，液箱的入口連接液槽的出液口。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述動(dòng)力系統(tǒng)包括電機(jī)和傳動(dòng)件，所述電機(jī)的輸出端連接傳動(dòng)件，傳動(dòng)件的輸出端連接旋轉(zhuǎn)體，電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)體的正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的紡絲電極具有尖端結(jié)構(gòu)，尖端結(jié)構(gòu)在尖端處具有電荷聚集效應(yīng)，能夠促進(jìn)誘導(dǎo)紡絲，降低紡絲電壓，另外尖端結(jié)構(gòu)設(shè)置在中空螺旋環(huán)狀的紡絲電極上，相對(duì)于將尖端結(jié)構(gòu)設(shè)置在實(shí)心輥軸上的螺旋紡絲結(jié)構(gòu)來說，進(jìn)一步降低了紡絲電壓和能耗，解決無針靜電紡絲技術(shù)中存在的紡絲電壓較高的問題并進(jìn)一步提高纖維的生產(chǎn)質(zhì)量及產(chǎn)量。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的主視圖；

圖3是紡絲電極與轉(zhuǎn)軸裝配的示意圖；

圖4是紡絲電極與轉(zhuǎn)軸裝配另一實(shí)施例的示意圖；

圖5（a）是三角形尖端結(jié)構(gòu)的示意圖，圖5（b）是圓錐曲線形尖端結(jié)構(gòu)的示意圖，圖5（c）是曳物線形尖端結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖6是涂覆機(jī)構(gòu)的示意圖；

圖7是涂覆機(jī)構(gòu)的軸測(cè)剖視圖。

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示的高效制備納米纖維的裝置，包括紡絲系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、涂覆機(jī)構(gòu)、收集系統(tǒng)和高壓電源1。

紡絲系統(tǒng)包括紡絲電極，紡絲電極為中空螺旋環(huán)狀的旋轉(zhuǎn)體3，由導(dǎo)電材質(zhì)制成。所述的旋轉(zhuǎn)體3可以是由一根金屬條或者金屬絲沿軸向繞制成多個(gè)半開口的環(huán)狀，進(jìn)而多個(gè)半開口的環(huán)狀連接成螺旋狀，最后形成類似于彈簧的形狀。旋轉(zhuǎn)體3在動(dòng)力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下是能夠繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)的，而其自身的軸線也即旋轉(zhuǎn)體3的轉(zhuǎn)軸4為一水平軸。

所述的收集系統(tǒng)包括一片狀或者板狀的接收電極2，其位于紡絲電極旋轉(zhuǎn)體3上方。高壓電源1的兩極分別為接收電極2和旋轉(zhuǎn)體3供電，通過在接收電極2與紡絲電極之間形成高壓電場以及誘導(dǎo)紡絲的方式進(jìn)行靜電紡絲。

實(shí)施例中，在旋轉(zhuǎn)體3周向邊緣設(shè)有沿徑向延伸的尖端結(jié)構(gòu)，這些尖端結(jié)構(gòu)形成了紡絲電極的發(fā)射端。由于旋轉(zhuǎn)體3為中空螺旋環(huán)狀，因此尖端結(jié)構(gòu)同樣構(gòu)成中空螺旋環(huán)狀，無論旋轉(zhuǎn)體3如何旋轉(zhuǎn)，均會(huì)形成朝向接收電極2的頂部尖端，以及背向接收電極2的底部尖端。

所述的涂覆機(jī)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)體3配套，從而為旋轉(zhuǎn)體3的尖端結(jié)構(gòu)提供紡絲液。

相對(duì)于將尖端結(jié)構(gòu)設(shè)置在實(shí)心輥軸上的螺旋紡絲結(jié)構(gòu)來說，實(shí)施例中的紡絲電極旋轉(zhuǎn)體3為空心的螺旋環(huán)狀，所需的紡絲電壓相對(duì)較低，進(jìn)一步降低了紡絲電壓和能耗。

優(yōu)選的，旋轉(zhuǎn)體3中相鄰螺旋環(huán)的間隙相等，即可以將旋轉(zhuǎn)體3看成是螺距相等的彈簧結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)因?yàn)樾D(zhuǎn)體3每個(gè)螺旋環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)后其最高點(diǎn)都不會(huì)發(fā)生軸向的位移，從而更有利于保證穩(wěn)定的紡絲質(zhì)量。

參考圖3和圖4，旋轉(zhuǎn)體3上接有轉(zhuǎn)軸4，轉(zhuǎn)軸4的軸線與旋轉(zhuǎn)體3的軸線重合，動(dòng)力系統(tǒng)通過連接轉(zhuǎn)軸4和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸4旋轉(zhuǎn)來帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)體3的繞軸旋轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)軸4與旋轉(zhuǎn)體3可以具有兩種連接方式，例如圖3中，轉(zhuǎn)軸4分為水平同軸線的兩段結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)軸4的兩段結(jié)構(gòu)分別連接旋轉(zhuǎn)體3的兩端；或者參考圖4，轉(zhuǎn)軸4連接旋轉(zhuǎn)體3的端部并從旋轉(zhuǎn)體3的中空部分穿過。

參考圖5，旋轉(zhuǎn)體3的尖端結(jié)構(gòu)可以為圖5（a）中的三角形結(jié)構(gòu)、圖5（b）中的圓錐曲線形結(jié)構(gòu)、圖5（c）中的曳物線形結(jié)構(gòu)，尖端結(jié)構(gòu)也可以為并未圖示的拋物線結(jié)構(gòu)或梯形結(jié)構(gòu)。

轉(zhuǎn)軸4以及旋轉(zhuǎn)體3可以采用以下的結(jié)構(gòu)去驅(qū)動(dòng)。參考圖1和圖2，所述的動(dòng)力系統(tǒng)包括電機(jī)91和傳動(dòng)件92，電機(jī)91固定在底座93上，傳動(dòng)件92將電機(jī)91的輸出端以及轉(zhuǎn)軸4連接起來，傳動(dòng)件可以為鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、皮帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)或者齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)軸4的端部安裝有軸承94，軸承94安裝在軸承座95上。實(shí)施例中的電機(jī)91可以通過外部的控制器或者控制裝置控制其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向等參數(shù)。

進(jìn)一步，實(shí)施例中的涂覆機(jī)構(gòu)采用被動(dòng)涂覆的方式。具體來說參考圖6和圖7，涂覆機(jī)構(gòu)包括具有儲(chǔ)液腔51的液槽5和覆蓋在液槽5上端開口的槽蓋6，槽蓋6上設(shè)有槽口61。結(jié)合圖1和圖2，旋轉(zhuǎn)體3的一段螺旋環(huán)的底部尖端從槽口61進(jìn)入并浸沒在儲(chǔ)液腔51內(nèi)。儲(chǔ)液腔51內(nèi)的紡絲液可以附著在旋轉(zhuǎn)體3表面，當(dāng)旋轉(zhuǎn)體3旋轉(zhuǎn)后可以將附著的紡絲液帶出并運(yùn)動(dòng)至頂部尖端位置，在電場力的作用下旋轉(zhuǎn)體3表面上的紡絲液形成泰勒錐，當(dāng)電場力增大到一定程度時(shí)，形成帶電射流，最終沉積在接收電極2上。

上述的液槽5可以看成一個(gè)密封的容器，紡絲液放置在液槽5內(nèi)并通過附著的方式涂覆在旋轉(zhuǎn)體3中，可以避免紡絲液接觸空氣而產(chǎn)生變質(zhì)。

優(yōu)選的實(shí)施例中，參考圖1、圖2、圖6和圖7，槽蓋6僅設(shè)有一道槽口61，旋轉(zhuǎn)體3的一段螺旋環(huán)的底部尖端從該槽口61進(jìn)入。而涂覆機(jī)構(gòu)設(shè)有跟隨涂覆結(jié)構(gòu)，跟隨涂覆結(jié)構(gòu)隨著旋轉(zhuǎn)體3的旋轉(zhuǎn)而在水平方向沿旋轉(zhuǎn)體3的軸向平移，從而到達(dá)旋轉(zhuǎn)體3的不同水平位置。跟隨涂覆結(jié)構(gòu)無需額外的驅(qū)動(dòng)即能對(duì)旋轉(zhuǎn)體3的所有位置涂覆紡絲液，極大的簡化了裝置整體的構(gòu)造。

跟隨涂覆結(jié)構(gòu)可以通過以下結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)：

將槽口61設(shè)置為水平的斜槽，槽口61的兩側(cè)側(cè)壁62、63所在的平面相互平行且均與旋轉(zhuǎn)體3的軸線成一夾角，槽口61的至少一側(cè)側(cè)壁抵接旋轉(zhuǎn)體3螺旋環(huán)的邊緣從而被螺旋環(huán)推動(dòng)沿水平方向平移。參考圖1、圖2、圖6和圖7，當(dāng)螺旋環(huán)的正轉(zhuǎn)推動(dòng)槽口61一側(cè)側(cè)壁63和液槽5向右側(cè)平移到盡頭后，可以自動(dòng)控制改變電機(jī)91的轉(zhuǎn)向，旋轉(zhuǎn)體3的旋轉(zhuǎn)方向也改變?yōu)榉崔D(zhuǎn)，那么，槽口61的另一側(cè)側(cè)壁62被螺旋環(huán)推動(dòng)使得液槽5向左側(cè)平移，如此循環(huán)來實(shí)現(xiàn)將紡絲液涂覆到旋轉(zhuǎn)體3的每一個(gè)水平位置。

涂覆結(jié)構(gòu)還包括沿旋轉(zhuǎn)體3軸向設(shè)置的導(dǎo)向板10，所述導(dǎo)向板10位于液槽5的正下方，導(dǎo)向板10上滑動(dòng)連接有滑塊11，該所述滑塊11固定連接液槽5。

當(dāng)然將整個(gè)旋轉(zhuǎn)體的底部尖端或者將兩段、三段甚至更多段螺旋環(huán)的底部尖端浸沒在儲(chǔ)液腔內(nèi)也是可以的，然而此時(shí)需要設(shè)置大量的槽口或者將槽口設(shè)置得很大，不利于紡絲液的密封。

進(jìn)一步優(yōu)選的，參考圖1和圖2，液槽5還外接有循環(huán)供液系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)供液的持續(xù)及穩(wěn)定，解決了紡絲溶液前后性質(zhì)變化的問題。

具體參考圖1和圖2和圖6，液槽5設(shè)有進(jìn)液口52和出液口53，循環(huán)供液系統(tǒng)包括液箱7和液泵8，液泵8的出口連接液槽5的進(jìn)液口52，液泵8的入口連接液箱7出口，液箱7的入口連接液槽5的出液口53。

為了能夠比較方便的對(duì)紡絲電極供高壓電，軸承座95上接有一高壓接頭96，高壓接頭96與軸承座95、旋轉(zhuǎn)體3均電導(dǎo)通，高壓接頭的一端通過導(dǎo)線連接高壓電源1，因此旋轉(zhuǎn)體3的旋轉(zhuǎn)并不會(huì)妨礙高壓電源1的供電，使得紡絲電極安裝較為簡便。實(shí)施例中的接收電極2也通過導(dǎo)線連接高壓電源1。

以上所述只是本實(shí)用新型優(yōu)選的實(shí)施方式，其并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制。