一種靜電紡絲制膜裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種靜電紡絲制膜裝置，是一種臺(tái)式靜電紡絲制膜裝置。安裝在料糟一側(cè)的噴頭成平面直線排列，與成膜系統(tǒng)平面平行。料糟安放在一個(gè)電絕緣性很高的托板7上，其長度與成膜系統(tǒng)平面寬度相匹配。絕緣托板安置在兩條平行滑軌上，并與噴頭組運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)相連。噴頭組的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，是通過噴頭組運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)給出的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)絕緣托板運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。噴頭組運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的主要部件是往復(fù)絲桿，或者是步進(jìn)電機(jī)。成膜系統(tǒng)由圓形鋼帶5、兩個(gè)相同直徑的上支撐圓輥3和下支撐圓輥4、支架5、調(diào)速電機(jī)和轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)組成。在兩側(cè)形成對稱平面每側(cè)設(shè)置2?3排噴頭組，提高單機(jī)噴絲產(chǎn)量。
【專利說明】
—種靜電紡絲制膜裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及將高分子溶液或熔體用靜電紡絲方法制成納米纖維膜的裝置，屬于靜電紡絲領(lǐng)域，機(jī)械制造類。
技術(shù)背景
[0002]由納米纖維形成的膜是一種新品質(zhì)的材料，具有許多有價(jià)值的性質(zhì)。這種膜應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，最典型的是作為鋰電池隔膜，能使鋰電池性能得到很大的提高。
[0003]在專利為200480056915中，描述了一種非噴頭靜電紡絲裝置。該裝置只能用于靜電紡絲，不能用于制備均勻的納米纖維膜。在專利號為200710000533.X中，采用雙噴頭組提高了靜電紡絲量，但缺乏對噴頭組運(yùn)動(dòng)的描述。在專利號201010137161.7中，只是敘述了噴頭組設(shè)置在噴頭支架上的滑糟中，缺乏對運(yùn)動(dòng)的描述。在專利CN101474105A中描述了一種刻度擺動(dòng)儀的運(yùn)動(dòng)作為噴頭滑動(dòng)動(dòng)力源，擺動(dòng)儀的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是曲線加速運(yùn)動(dòng)，非直線勻速運(yùn)動(dòng)。同樣的道理，在相關(guān)的專利201110314014.7中以圓周運(yùn)動(dòng)變直線運(yùn)動(dòng)，都不符合制膜要求。同時(shí)，在上述專利中成膜輥或者接絲輥都設(shè)計(jì)為圓形輥，加大了對整機(jī)恒溫空間的設(shè)計(jì)，能耗高。為了克服以上裝置的不足，本發(fā)明提出一種新的設(shè)計(jì)方案，以此制備出均勻的納米纖維膜，并且能降低耗。
[0004]發(fā)明的內(nèi)容
[0005]本發(fā)明提供的一種靜電紡絲制膜裝置，是一種臺(tái)式靜電紡絲制膜裝置。裝置由噴頭組、料糟、供料系統(tǒng)、直流高壓電源、噴頭組運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、成膜系統(tǒng)、膜厚度控制系統(tǒng)、收卷輥、供熱系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、溶劑處理系統(tǒng)以及臺(tái)式恒溫室組成。噴頭與料糟連接，供料系統(tǒng)中的供料泵將料液通過供料管輸送至料糟，再至各噴頭。在直流高壓電場作用下，高分子溶液形成多股細(xì)流，溶劑蒸發(fā)細(xì)流凝固形成納米纖維。安裝在料糟一側(cè)的噴頭成平面直線排列，與成膜系統(tǒng)平面平行。每個(gè)料糟一側(cè)排列的噴頭數(shù)的多少，由料糟的長度和電學(xué)要求的距離確定。料糟安放在一個(gè)電絕緣性很高的托板7上，其長度與成膜系統(tǒng)平面寬度相匹配。所有噴頭與成膜系統(tǒng)平面距離一致，在噴頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)保持不變。絕緣托板安置在兩條平行滑軌上，并與噴頭組運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)相連。平行滑軌固定在另一塊絕緣平板上，絕緣平板固定在托架8上。噴頭組的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，是通過噴頭組運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)給出的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)絕緣托板運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，由此可避免噴頭上的高壓電影響噴頭組運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。噴頭組運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的主要部件是往復(fù)絲桿，或者是步進(jìn)電機(jī)。往復(fù)絲桿運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是由調(diào)速電機(jī)和往復(fù)絲桿組成，往復(fù)絲桿上的滑塊與絕緣托板相連。復(fù)絲桿螺紋多少螺距長短，根據(jù)料糟一側(cè)的噴頭分布設(shè)計(jì)。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由絲桿、步進(jìn)電機(jī)和電源控制系統(tǒng)組成。絲桿滑塊與絕緣托板相連，絲桿滑塊運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)噴頭組運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是能用步長調(diào)節(jié)控制噴頭組往復(fù)運(yùn)動(dòng)距離；轉(zhuǎn)為返向運(yùn)動(dòng)時(shí)停留時(shí)間可調(diào)節(jié)。
[0006]靜電紡絲制膜裝置的成膜系統(tǒng)，由圓形鋼帶5、兩個(gè)相同直徑的上支撐圓輥3和下支撐圓輥4、支架6、調(diào)速電機(jī)和轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)組成。兩支撐圓輥支撐圓形鋼帶，形成兩個(gè)平面，平面面積與圓形鋼帶寬度周長有關(guān)。圓形鋼帶5寬度1000-1500，周長度2000-2500，厚度0.2-1.0 ;支撐圓輥有效長度1000-1500，直徑150-200。支撐圓輥兩端軸承平行固定在支架6上，支架6垂直固定在臺(tái)面上；上支撐圓輥3可以相對下支撐圓輥4平行移動(dòng)，以調(diào)節(jié)圓形鋼帶張力；下支撐圓輥4與調(diào)速電機(jī)相連，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)下支撐圓輥轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而圓形鋼帶轉(zhuǎn)動(dòng)。由圓形鋼帶5構(gòu)成的成膜系統(tǒng)，在兩側(cè)形成對稱平面。每個(gè)平面高760-1000，每一側(cè)能設(shè)置2-3排噴頭組，提高單機(jī)噴絲產(chǎn)量。收卷輥2安放在上支撐圓輥3的上方，收卷輥2與上支撐圓輥3支撐的鋼帶緊貼，鋼帶轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)收卷輥2轉(zhuǎn)動(dòng)。在專利申請?zhí)?013204677089中有關(guān)于收卷系統(tǒng)的詳細(xì)描述。
[0007]整個(gè)裝置放在一個(gè)恒溫室I中，恒溫室I安在一個(gè)臺(tái)子上，形成臺(tái)式裝置。靜電紡絲制膜裝置供熱系統(tǒng)分兩部份，一部分是供恒溫室用熱，用于使恒溫室I加熱恒溫。另一部分是分組局部供熱系統(tǒng)，熱風(fēng)管道安置在每排噴頭組下方，當(dāng)噴絲量大時(shí)補(bǔ)充溶劑的揮發(fā)熱量，熱量可通過控制器調(diào)節(jié)。恒溫室I中的溶劑蒸汽通過恒溫室出口 9排出，進(jìn)入溶劑處理系統(tǒng)。溶劑處理系統(tǒng)為循環(huán)水冷凝的溶劑回收裝置，結(jié)構(gòu)簡單能耗低，溶劑回收率在98%以上。
[0008]在本方案中，噴頭組中的噴頭采用兩種類型。一種為通常的，按針頭部分的長短與內(nèi)徑最佳比例設(shè)計(jì)，保證每個(gè)噴頭有最大的噴絲量。另一種噴頭在專利200710000533.X和200920152165.5中已有描述，稱之為雙層結(jié)構(gòu)圓筒噴頭，簡稱雙噴頭。
【附圖說明】
[0009]圖為靜電紡絲制膜裝置示意圖，恒溫室1，收卷輥2，上支撐輥3，下支撐輥4，圓形鋼帶5，支架6，托板7，托架8，恒溫室出口 9。
【具體實(shí)施方式】
[0010]采用本發(fā)明的靜電紡絲制膜裝置，以適當(dāng)?shù)母叻肿尤芤褐苽浼{米纖維膜。其溶液可以是水溶液，也可以是有機(jī)溶劑溶液。其過程是高分子溶液也稱電紡液從料槽流向噴頭，再由噴頭流出。當(dāng)噴頭與成膜系統(tǒng)圓形鋼帶之間形成高電場時(shí)，電紡液在噴頭頂端形成泰勒錐體。由于電場的作用，液流分裂成若干細(xì)流，流向圓形鋼帶。同時(shí)溶劑揮發(fā)高分子固化，在圓形鋼帶5上形成納米纖維。同時(shí)各排噴頭組以一定勻速往返運(yùn)動(dòng)，圓形鋼帶5也以一定速度轉(zhuǎn)動(dòng)，使納米纖維形成均勻的納米纖維膜。往復(fù)絲桿的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)或步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)噴頭組往返運(yùn)動(dòng)速度，每次往返時(shí)間與圓形鋼帶5轉(zhuǎn)動(dòng)速度相匹配，一般控制在2-3秒。圓形鋼帶5轉(zhuǎn)動(dòng)速度是根據(jù)膜厚要求調(diào)節(jié)的，當(dāng)噴頭組往返運(yùn)動(dòng)速度不匹配時(shí)，易引起成膜不均勻。納米纖維膜從圓形鋼帶5上剝離，由收卷輥2連續(xù)收卷。
[0011]進(jìn)行靜電紡絲制膜程序之前，對恒溫室I進(jìn)行加溫。溫度的控制范圍應(yīng)由靜電紡絲液的溶劑體系和靜電紡絲電場強(qiáng)度來確定。如果能控制好納米纖維在圓形鋼帶成膜之前溶劑已揮發(fā)，成膜有很好孔隙率和透氣性。如果控制好溶劑大部分揮發(fā)，但尚有適當(dāng)?shù)纳俨糠郑挥绊懤w維變形，這時(shí)由于纖維交叉點(diǎn)的緊聯(lián)接，形成的膜具有高強(qiáng)度的網(wǎng)狀膜。
[0012]實(shí)例I
[0013]上述靜電紡絲制膜裝置，設(shè)計(jì)的圓形鋼帶5寬度1000，厚度0.5，周長2500。以3F公司牌號904的聚偏氟乙烯(PVDF)為材料配成靜電紡絲液，以二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑，丙酮為調(diào)節(jié)劑。以DMF:丙酮=7: 3 (V/V)的混和溶劑，配制PVDF含量為10%的靜電紡絲液。恒溫室I溫度恒定在35°c，以針頭型噴頭安裝在每條料糟上，進(jìn)行靜電紡絲制膜。每排供料量每分鐘5ml，控制膜厚度20 μ m,每小時(shí)大約產(chǎn)膜10m2。
[0014]實(shí)例2
[0015]以實(shí)例I相同的靜電紡絲制膜裝置和料液進(jìn)行靜電紡絲制膜，恒溫室I溫度恒定在40°C，以雙噴頭安裝在每條料糟上，噴頭數(shù)與實(shí)例I相同。每排供料量15ml，控制膜厚度20 μ m0開啟分組供熱系統(tǒng)，調(diào)節(jié)至合適的熱量輸出。大約每小時(shí)能產(chǎn)膜30m2。
[0016]實(shí)例3
[0017]上述靜電紡絲制膜裝置，設(shè)計(jì)圓形鋼帶5寬度為1500，厚度0.6，長度2500。料糟長度與圓形鋼帶5寬度相匹配，雙噴頭數(shù)相應(yīng)增加，其他參數(shù)相同，以同一料液靜電紡絲制膜，每小時(shí)能產(chǎn)膜45m2。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種靜電紡絲制膜裝置，其特征在于是一種臺(tái)式靜電紡絲制膜裝置，由噴頭組、料糟、供料系統(tǒng)、直流高壓電源、噴頭組運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、成膜系統(tǒng)、膜厚度控制系統(tǒng)、收卷輥、供熱系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、溶劑處理系統(tǒng)以及臺(tái)式恒溫室組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于成膜系統(tǒng)，由圓形鋼帶(5)、兩個(gè)相同直徑的上支撐圓輥⑶和下支撐圓輥(4)、支架(6)、調(diào)速電機(jī)和轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于圓形鋼帶(5)寬度1000-1500，周長度2000-2500,厚度0.2-1.0 ;支撐圓輥有效長度1000-1500，直徑150-200 ;支撐圓輥兩端軸承平行固定在支架(6)上，支架(6)垂直固定在臺(tái)面上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于上支撐圓輥(3)可以相對下支撐圓輥(4)平行移動(dòng)，以調(diào)節(jié)圓形鋼帶張力；下支撐圓輥(4)與調(diào)速電機(jī)相連，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)下支撐圓輥轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而圓形鋼帶(5)轉(zhuǎn)動(dòng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于噴頭安裝在料糟一側(cè)，料糟安放在一個(gè)電絕緣性很高的托板(7)上，其長度與成膜系統(tǒng)平面寬度相匹配，托板(7)安置在兩條平行滑軌上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于圓形鋼帶(5)構(gòu)成的成膜系統(tǒng)，在兩側(cè)形成對稱平面，每個(gè)平面高760-1000，每一側(cè)能設(shè)置2-3排噴頭組，提高單機(jī)噴絲產(chǎn)量。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于噴頭組的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，是通過噴頭組運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)給出的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)絕緣托板(7)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，噴頭組運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的主要部件是往復(fù)絲桿，或者是步進(jìn)電機(jī)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于供熱系統(tǒng)分兩部份，一部分是供恒溫室用熱，用于使恒溫室(I)加熱恒溫，另一部分是分組局部供熱系統(tǒng)，熱風(fēng)管道安置在每排噴頭組下方，當(dāng)噴絲量大時(shí)補(bǔ)充溶劑的揮發(fā)熱量，熱量可通過控制器調(diào)節(jié)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于溶劑處理系統(tǒng)為循環(huán)水冷凝的溶劑回收裝置。
【文檔編號】D01D5/00GK105887214SQ201410419425
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年8月25日
【發(fā)明人】劉昌炎, 劉鋼, 劉冉
【申請人】劉鋼, 劉冉