一种静电纺丝装置及其纺丝工艺

技术领域

本发明属于静电纺丝技术领域，具体为一种静电纺丝装置及其纺丝工艺。

背景技术

静电纺丝是一种常用于制备纳米纤维的技术，通过利用静电力将高分子溶液或熔融态聚合物抽丝成纤维。这种技术具有制备高表面积、高比表面积、细小直径和纳米级尺寸的纤维的能力，因此被广泛应用于纳米材料、纳米器件、纳米复合材料等领域。在静电纺丝过程中一般会使用到静电纺丝装置来实现纺丝，静电纺丝装置是一种利用静电效应将液体或溶液转化为纤维的设备，其通常由供液装置，静电纺丝喷头以及收集装置和高压装置组成。

常规的静电纺丝装置主要有储液罐和喷头组成的喷液装置，并通过高压电极的作用在喷头处，即可将液体的溶液拉伸成纤维，但受限于溶液的浓度以及温度，容易导致溶液在喷头处出现一定的堵塞现象，现有技术中为了减少堵塞常会使用外部气体辅助的方式在喷头的内部注入气体以防止堵塞，但当喷头内部溶液含量较少时，输入的气体则会对正常纤维拉伸造成一定的影响，所以如何在溶液含量较多时自动输入气体是至关重要的。

尽管现有技术中会调整溶液的粘稠度以及控制溶液的温度，并输入一定的气体以防止喷头堵塞，但即使采用各种手段来减少堵塞的可能性，但在使用一段时间后仍然会导致喷头出现堵塞，此时必须将装置进行停机，并通过手动拆卸喷头并对其内部进行清洁方可进行疏通，整体的效率较低，亟需进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静电纺丝装置及其纺丝工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种静电纺丝装置，包括纺丝喷头，所述纺丝喷头后端的中部固定安装有压力瓣阀，所述纺丝喷头的后端固定安装有位于压力瓣阀外侧面的进液阀，所述纺丝喷头的前端镶嵌安装有喷管，所述喷管与纺丝喷头的内部相连通，所述纺丝喷头内腔的后端安装有疏通组件，所述疏通组件的后端与压力瓣阀之间相连通，所述纺丝喷头外侧面靠近喷管的位置上固定套接有电极卡环，所述纺丝喷头外侧面靠近后端的位置上固定连通有分液阀，所述纺丝喷头外侧面的中部固定安装有位于分液阀前端的固定管，所述固定管的顶端固定安装有储气管，所述分液阀和固定管均不与纺丝喷头的内部相连通。

作为本发明进一步的技术方案，所述纺丝喷头的后端固定连通有储液罐，所述储液罐的内部活动套接有第一活塞板，所述第一活塞板的后端固定连接有第二活塞杆，所述第二活塞杆的后端贯穿储液罐的后端固定连接有推进板。

作为本发明进一步的技术方案，所述第一活塞板相对储液罐前后位移，所述储液罐外侧面的中部固定套接有固定套，所述固定套的底端固定连接有底座，所述底座的后端固定连接有延长架，所述延长架内侧面的后端固定连接有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的输出端与推进板的后端相连接。

在实际使用时，可通过底座底端的固定孔将装置与至少三轴自由度的滑台进行连接确保装置的自由度，同时将高压收集装置与装置之间进行对应确保纤维的正常收集，且需将外部的电极与电极卡环之间相连接，且在储液罐的内部至少注入够单次纤维拉伸的溶液，并将外部气体输入装置与进气管之间相连通，完成纺丝前的准备，在纺丝时，可通过外部自由度装置来实现装置的位移，同时可通过开启电动伸缩杆即可对推进板施加推力，此时即可推动第二活塞杆以及第一活塞板向前位移，此时第一活塞板随之对储液罐的内部施加压力，促使溶液通过压力瓣阀进入纺丝喷头的内部，并在电极卡环外部电极的作用下，通过喷管以及外部的高压收集装置将溶液拉伸成纤维并完成收集过程。

作为本发明进一步的技术方案，所述分液阀的顶端固定连通有第一输液管，所述第一输液管的另一端与固定管外侧面后侧且靠近顶端的位置上相连通，所述固定管外侧面前侧且靠近顶端的位置上固定连通有第二输液管，所述第二输液管的另一端与纺丝喷头之间相连通，所述第二输液管的输入端位于第一输液管输出端的上方。

作为本发明进一步的技术方案，所述固定管的内部活动套接有第一活动板，所述第一活动板的顶端固定连接有活动杆，所述活动杆的顶端依次贯穿固定管的顶端以及储气管的底端且位于储气管的内部，所述活动杆的顶端固定连接有位于储气管内部的第二活动板，所述第二活动板相对储气管上下位移，所述活动杆的外侧面活动套接有第一复位弹簧，所述第一复位弹簧的上下两端分别与第二活动板的底端以及储气管内腔的底端相连接。

作为本发明进一步的技术方案，所述储气管外侧面后端的位置上固定连通有位于第二活动板下方的进气管，所述储气管外侧面前端的位置上固定连通有位于第二活动板下方的输气管，所述输气管的另一端与纺丝喷头的内部相连通。

当纺丝喷头内部的溶液增多时，部分溶液可通过分液阀进入第一输液管内部，并通过第一输液管的输送进入固定管的内部，此时溶液即可对第一活动板施加向上的压力，此时第一活动板和活动杆以及第二活动板随之上升且第一复位弹簧被压缩，当第一活动板位移至第二输液管的上方时，此时溶液即可通过第二输液管回流至纺丝喷头的内部，而当第二活动板上升时，此时第二活动板位于进气管的上方，高压气体随之通过进气管进入储气管的内部，并通过输气管导出使其进入纺丝喷头的内部辅助进行纺丝过程，避免纤维堵塞，且当溶液减少即压力下降时，此时第一复位弹簧自动复位，第一活动板和第二活动板自动下移，进气管的输入端随之被阻挡气体不再进入纺丝喷头的内部，实现溶液不足时，辅助气体输入的自动停止。

通过对自身溶液压力进行利用，通过增加的溶液所提供的压力将其转变为动力实现第一活动板的自动上升并实现第二活动板的自动上升，即可实现外部辅助气体的自动进入，而当溶液压力不足时，气体进入的通道被自动切断，整个过程自动完成，无需外部动力以及人工辅助，可有效避免传统装置因不需要输入气体时所导出的辅助气体造成对纺丝干扰的问题，实现按需自动导入辅助气体，提高了纺丝质量。

作为本发明进一步的技术方案，所述疏通组件包括暂存管，所述暂存管的后端与压力瓣阀之间相连通，所述暂存管的内部活动套接有第二活塞板，所述第二活塞板的前端固定连接有第二活塞杆，所述第二活塞杆的外侧面活动套接有第二复位弹簧，所述第二复位弹簧的前后两侧分别与暂存管内腔的前端和暂存管内腔的后端相连通。

作为本发明进一步的技术方案，所述暂存管靠近前端的上下两侧均固定连通有排液口，两个所述排液口的内部均安装有单向阀且阀门的方向均为向外导通和向内截止，所述第二活塞杆的前端固定安装有疏通板。

作为本发明进一步的技术方案，所述疏通板的外侧面开设有清洁槽，所述疏通板的直径与纺丝喷头靠近前端的内径相同，所述疏通板的前端固定连接有疏通杆，所述疏通杆的前端开设有导向锥面，所述疏通杆的直径与喷管的内径相同。

当喷管的内部出现堵塞时，此时纺丝喷头内部的溶液会随之增加，随着溶液压力的增加压力瓣阀受到压力阀门自动开启，溶液随之通过进液口进入暂存管的内部，并对第二活塞板施加压力，此时第二活塞板和第二活塞杆随之向前位移，且第二复位弹簧被压缩，此时第二活塞杆以及疏通板和疏通杆随之向前位移，当疏通杆前移时会使得疏通杆进入喷管的内部，此时即可对喷管的内部进行疏通，同时疏通板也可对纺丝喷头的前端进行疏通，且当第二活塞板位移至排液口的前端时，溶液可通过排液口导出，完成自内而外的疏通过程。

通过对自身溶液压力的进一步利用，通过堵塞时所增加的溶液压力，将过多的溶液注入暂存管的内部，并将溶液的压力转变为动力实现疏通杆的自动前移，通过疏通杆的作用实现喷管的自动疏通，整个过程自动完成，无需人工辅助，可实现喷管堵塞后的自动疏通，有效避免了传统装置在出现堵塞时需要手动拆卸并进行疏通的问题，显著提高了纺丝效率。

一种静电纺丝装置的纺丝工艺，包含以下步骤：

S1：在使用前，可将该装置与外部高压收集装置之间相互对应，并通过底座与外部三轴位移装置相连接，确保装置的自由度，同时确保储液罐内部的溶液含量满足单次生产需求，并将进气管与外部输气装置相连通，且将外部电极与电极卡环之间相连接，完成纺丝前的准备；

S2：在进行纺丝时，可通过开启电动伸缩杆此时即可推动推进板和第二活塞杆以及第一活塞板向前位移，即对储液罐内部的溶液施加压力使其进入纺丝喷头的内部，此时溶液随之进入喷管的内部，且在经过电极卡环外侧面的电极以及外部的高压电场作用下通过喷管被拉伸成纤维，完成纺丝过程；

S3：同时当溶液增加时，溶液可通过分液阀进入第一输液管的内部，并对第一活动板施加压力，使得第一活动板上升，此时溶液可通过第二输液管回流至纺丝喷头内部，且第一活动板上升时可带动活动杆以及第二活动板上升，直至第二活动板位移至进气管的上方，此时高压气体随之通过进气管进入储气管内部并通过输气管导出作用于纺丝喷头的内部完成辅助纺丝过程；

S4：当气体压力不足时，第一复位弹簧自动复位带动第一活动板以及第二活动板下移，此时进气管的输入口随之关闭，气体不再进入纺丝喷头的内部，完成气体辅助的自动关闭；

S5：当喷管的内部出现堵塞时，此时随着纺丝喷头内部压力的增加，溶液随之对压力瓣阀施加压力直至压力瓣阀的阀门被打开，溶液随之通过进液口进入暂存管内部，此时第二活塞杆以及疏通板和疏通杆随之向前位移，直至疏通杆穿过喷管即可对喷管进行自动疏通，且暂存管内部的溶液可通过排液口排出，完成装置的复位。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过对自身溶液压力进行利用，通过增加的溶液所提供的压力将其转变为动力实现第一活动板的自动上升并实现第二活动板的自动上升，即可实现外部辅助气体的自动进入，而当溶液压力不足时，气体进入的通道被自动切断，整个过程自动完成，无需外部动力以及人工辅助，可有效避免传统装置因不需要输入气体时所导出的辅助气体造成对纺丝干扰的问题，实现按需自动导入辅助气体，提高了纺丝质量。

2、本发明通过对自身溶液压力的进一步利用，通过堵塞时所增加的溶液压力，将过多的溶液注入暂存管的内部，并将溶液的压力转变为动力实现疏通杆的自动前移，通过疏通杆的作用实现喷管的自动疏通，整个过程自动完成，无需人工辅助，可实现喷管堵塞后的自动疏通，有效避免了传统装置在出现堵塞时需要手动拆卸并进行疏通的问题，显著提高了纺丝效率。

附图说明

图1为本发明整体结构的示意图；

图2为本发明储液罐内部结构的剖视示意图；

图3为本发明纺丝喷头后端结构的正视图；

图4为本发明纺丝喷头内部结构的剖视示意图；

图5为本发明固定管和储气管内部结构的剖视示意图；

图6为本发明疏通组件结构的单独示意图；

图7为本发明疏通组件内部结构的剖视示意图；

图8为图5中A处结构的放大示意图。

图中：1、纺丝喷头；2、进液阀；3、压力瓣阀；4、储液罐；5、第一活塞板；6、第二活塞杆；7、推进板；8、固定套；9、底座；10、延长架；11、电动伸缩杆；12、喷管；13、电极卡环；14、分液阀；15、固定管；16、第一活动板；17、第一输液管；18、第二输液管；19、活动杆；20、第一复位弹簧；21、储气管；22、第二活动板；23、进气管；24、输气管；25、疏通组件；251、暂存管；252、进液口；253、排液口；254、第二活塞板；255、第二活塞杆；256、疏通板；257、疏通杆；258、第二复位弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图8所示，本发明实施例中，一种静电纺丝装置，包括纺丝喷头1，纺丝喷头1后端的中部固定安装有压力瓣阀3，纺丝喷头1的后端固定安装有位于压力瓣阀3外侧面的进液阀2，纺丝喷头1的前端镶嵌安装有喷管12，喷管12与纺丝喷头1的内部相连通，纺丝喷头1内腔的后端安装有疏通组件25，疏通组件25的后端与压力瓣阀3之间相连通，纺丝喷头1外侧面靠近喷管12的位置上固定套接有电极卡环13，纺丝喷头1外侧面靠近后端的位置上固定连通有分液阀14，纺丝喷头1外侧面的中部固定安装有位于分液阀14前端的固定管15，固定管15的顶端固定安装有储气管21，分液阀14和固定管15均不与纺丝喷头1的内部相连通，纺丝喷头1的后端固定连通有储液罐4，储液罐4的内部活动套接有第一活塞板5，第一活塞板5的后端固定连接有第二活塞杆6，第二活塞杆6的后端贯穿储液罐4的后端固定连接有推进板7，第一活塞板5相对储液罐4前后位移，储液罐4外侧面的中部固定套接有固定套8，固定套8的底端固定连接有底座9，底座9的后端固定连接有延长架10，延长架10内侧面的后端固定连接有电动伸缩杆11，电动伸缩杆11的输出端与推进板7的后端相连接。

在实际使用时，可通过底座9底端的固定孔将装置与至少三轴自由度的滑台进行连接确保装置的自由度，同时将高压收集装置与装置之间进行对应确保纤维的正常收集，且需将外部的电极与电极卡环13之间相连接，且在储液罐4的内部至少注入够单次纤维拉伸的溶液，并将外部气体输入装置与进气管23之间相连通，完成纺丝前的准备，在纺丝时，可通过外部自由度装置来实现装置的位移，同时可通过开启电动伸缩杆11即可对推进板7施加推力，此时即可推动第二活塞杆6以及第一活塞板5向前位移，此时第一活塞板5随之对储液罐4的内部施加压力，促使溶液通过压力瓣阀3进入纺丝喷头1的内部，并在电极卡环13外部电极的作用下，通过喷管12以及外部的高压收集装置将溶液拉伸成纤维并完成收集过程。

如图4和图5以及图8所示，分液阀14的顶端固定连通有第一输液管17，第一输液管17的另一端与固定管15外侧面后侧且靠近顶端的位置上相连通，固定管15外侧面前侧且靠近顶端的位置上固定连通有第二输液管18，第二输液管18的另一端与纺丝喷头1之间相连通，第二输液管18的输入端位于第一输液管17输出端的上方，固定管15的内部活动套接有第一活动板16，第一活动板16的顶端固定连接有活动杆19，活动杆19的顶端依次贯穿固定管15的顶端以及储气管21的底端且位于储气管21的内部，活动杆19的顶端固定连接有位于储气管21内部的第二活动板22，第二活动板22相对储气管21上下位移，活动杆19的外侧面活动套接有第一复位弹簧20，第一复位弹簧20的上下两端分别与第二活动板22的底端以及储气管21内腔的底端相连接，储气管21外侧面后端的位置上固定连通有位于第二活动板22下方的进气管23，储气管21外侧面前端的位置上固定连通有位于第二活动板22下方的输气管24，输气管24的另一端与纺丝喷头1的内部相连通。

实施例一：当纺丝喷头1内部的溶液增多时，部分溶液可通过分液阀14进入第一输液管17内部，并通过第一输液管17的输送进入固定管15的内部，此时溶液即可对第一活动板16施加向上的压力，此时第一活动板16和活动杆19以及第二活动板22随之上升且第一复位弹簧20被压缩，当第一活动板16位移至第二输液管18的上方时，此时溶液即可通过第二输液管18回流至纺丝喷头1的内部，而当第二活动板22上升时，此时第二活动板22位于进气管23的上方，高压气体随之通过进气管23进入储气管21的内部，并通过输气管24导出使其进入纺丝喷头1的内部辅助进行纺丝过程，避免纤维堵塞，且当溶液减少即压力下降时，此时第一复位弹簧20自动复位，第一活动板16和第二活动板22自动下移，进气管23的输入端随之被阻挡气体不再进入纺丝喷头1的内部，实现溶液不足时，辅助气体输入的自动停止。

通过对自身溶液压力进行利用，通过增加的溶液所提供的压力将其转变为动力实现第一活动板16的自动上升并实现第二活动板22的自动上升，即可实现外部辅助气体的自动进入，而当溶液压力不足时，气体进入的通道被自动切断，整个过程自动完成，无需外部动力以及人工辅助，可有效避免传统装置因不需要输入气体时所导出的辅助气体造成对纺丝干扰的问题，实现按需自动导入辅助气体，提高了纺丝质量。

如图4和图5以及图6和图7所示，疏通组件25包括暂存管251，暂存管251的后端与压力瓣阀3之间相连通，暂存管251的内部活动套接有第二活塞板254，第二活塞板254的前端固定连接有第二活塞杆255，第二活塞杆255的外侧面活动套接有第二复位弹簧258，第二复位弹簧258的前后两侧分别与暂存管251内腔的前端和暂存管251内腔的后端相连通，暂存管251靠近前端的上下两侧均固定连通有排液口253，两个排液口253的内部均安装有单向阀且阀门的方向均为向外导通和向内截止，第二活塞杆255的前端固定安装有疏通板256，疏通板256的外侧面开设有清洁槽，疏通板256的直径与纺丝喷头1靠近前端的内径相同，疏通板256的前端固定连接有疏通杆257，疏通杆257的前端开设有导向锥面，疏通杆257的直径与喷管12的内径相同。

实施例二：当喷管12的内部出现堵塞时，此时纺丝喷头1内部的溶液会随之增加，随着溶液压力的增加压力瓣阀3受到压力阀门自动开启，溶液随之通过进液口252进入暂存管251的内部，并对第二活塞板254施加压力，此时第二活塞板254和第二活塞杆255随之向前位移，且第二复位弹簧258被压缩，此时第二活塞杆255以及疏通板256和疏通杆257随之向前位移，当疏通杆257前移时会使得疏通杆257进入喷管12的内部，此时即可对喷管12的内部进行疏通，同时疏通板256也可对纺丝喷头1的前端进行疏通，且当第二活塞板254位移至排液口253的前端时，溶液可通过排液口253导出，完成自内而外的疏通过程。

通过对自身溶液压力的进一步利用，通过堵塞时所增加的溶液压力，将过多的溶液注入暂存管251的内部，并将溶液的压力转变为动力实现疏通杆257的自动前移，通过疏通杆257的作用实现喷管12的自动疏通，整个过程自动完成，无需人工辅助，可实现喷管12堵塞后的自动疏通，有效避免了传统装置在出现堵塞时需要手动拆卸并进行疏通的问题，显著提高了纺丝效率。

一种静电纺丝装置的纺丝工艺，包含以下步骤：

S1：在使用前，可将该装置与外部高压收集装置之间相互对应，并通过底座9与外部三轴位移装置相连接，确保装置的自由度，同时确保储液罐4内部的溶液含量满足单次生产需求，并将进气管23与外部输气装置相连通，且将外部电极与电极卡环13之间相连接，完成纺丝前的准备；

S2：在进行纺丝时，可通过开启电动伸缩杆11此时即可推动推进板7和第二活塞杆6以及第一活塞板5向前位移，即对储液罐4内部的溶液施加压力使其进入纺丝喷头1的内部，此时溶液随之进入喷管12的内部，且在经过电极卡环13外侧面的电极以及外部的高压电场作用下通过喷管12被拉伸成纤维，完成纺丝过程；

S3：同时当溶液增加时，溶液可通过分液阀14进入第一输液管17的内部，并对第一活动板16施加压力，使得第一活动板16上升，此时溶液可通过第二输液管18回流至纺丝喷头1内部，且第一活动板16上升时可带动活动杆19以及第二活动板22上升，直至第二活动板22位移至进气管23的上方，此时高压气体随之通过进气管23进入储气管21内部并通过输气管24导出作用于纺丝喷头1的内部完成辅助纺丝过程；

S4：当气体压力不足时，第一复位弹簧20自动复位带动第一活动板16以及第二活动板22下移，此时进气管23的输入口随之关闭，气体不再进入纺丝喷头1的内部，完成气体辅助的自动关闭；

S5：当喷管12的内部出现堵塞时，此时随着纺丝喷头1内部压力的增加，溶液随之对压力瓣阀3施加压力直至压力瓣阀3的阀门被打开，溶液随之通过进液口252进入暂存管251内部，此时第二活塞杆255以及疏通板256和疏通杆257随之向前位移，直至疏通杆257穿过喷管12即可对喷管12进行自动疏通，且暂存管251内部的溶液可通过排液口253排出，完成装置的复位。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。