一種用于靜電紡絲的同步循環(huán)型螺旋密封帶裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及靜電紡絲領(lǐng)域的一種同步循環(huán)型螺旋密封帶裝置，即涉及一種能 夠在與螺旋電極同步運(yùn)動(dòng)的情況下對(duì)料液槽700進(jìn)行封閉，能夠有效地抑制料液槽內(nèi)的溶 劑揮發(fā)，可避免溶劑揮發(fā)引起紡絲液粘度的變化及由此造成的纖維質(zhì)量下降或紡絲過(guò)程終 止；該同步循環(huán)型螺旋密封帶裝置特別適用于揮發(fā)性較高的紡絲液體系大量、連續(xù)化的納 米纖維的制備。
【背景技術(shù)】
[0002] 靜電紡絲技術(shù)是一種利用靜電場(chǎng)力生產(chǎn)納米纖維材料的技術(shù)，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外得 到了廣泛的研宄。其主要工藝原理是：在高壓靜電場(chǎng)作用下，處于毛細(xì)管口的懸垂小液滴在 靜電力作用下頂端發(fā)出微細(xì)射流，射流在向接收裝置飛行過(guò)程中，溶劑揮發(fā)，固化成纖維。 靜電紡絲技術(shù)分為針頭式和無(wú)針頭式兩大類(lèi)。相對(duì)與針頭式靜電紡而言，無(wú)針頭式靜電紡 具有產(chǎn)量高、易操作，不存在針頭堵塞問(wèn)題，紡絲頭易清理，制造成本較低等特點(diǎn)。目前主要 的無(wú)針頭靜電紡絲技術(shù)的代表，一是捷克Elmarco公司的（輥式）無(wú)針頭靜電紡絲技術(shù)，它 采用光面或表面帶螺紋、花紋等不同表面形貌的轉(zhuǎn)輥（參見(jiàn)：W02005/024101A1)作為靜電 紡絲頭，其加工所得納米纖維較粗，且細(xì)度不勻較大：進(jìn)行溶液靜電紡時(shí)，平均直徑在50~ 500nm范圍；二是螺旋電極無(wú)針頭靜電紡絲技術(shù)，它采用螺旋絲或者螺旋片作為靜電紡絲 噴頭（參見(jiàn)：CN202107802U)，纖維的產(chǎn)量比輥式的紡絲噴頭還要高，更適合于產(chǎn)業(yè)化生 產(chǎn)。但無(wú)論是"輥式"還是"螺旋電極"的靜電紡絲方式，其料液槽在紡絲的過(guò)程中都是敞 開(kāi)的，而且缺乏有效的手段對(duì)料液槽進(jìn)行密封，這將造成料液槽內(nèi)的溶劑在紡絲過(guò)程中的 快速且大量的揮發(fā)，溶劑的揮發(fā)使得料液的濃度逐漸增加，粘度也隨之增大，紡絲的穩(wěn)定性 和纖維質(zhì)量將大大受到影響，甚至導(dǎo)致紡絲過(guò)程的被迫中斷，嚴(yán)重阻礙了設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化應(yīng) 用進(jìn)程。
[0003] "螺旋式"靜電紡絲設(shè)備的核心部件為螺旋電極，螺旋電極的螺旋葉片的一部分浸 泡在料液槽內(nèi)的料液內(nèi)，紡絲過(guò)程中螺旋電極旋轉(zhuǎn)，螺旋的葉片持續(xù)不斷地將料液帶出料 液槽，螺旋葉片表面的料液在高壓電場(chǎng)的作用下紡絲成纖。對(duì)于此類(lèi)設(shè)備，由于螺旋電極是 旋轉(zhuǎn)的，且必須保證紡絲部分的螺旋葉片是敞開(kāi)的，目前尚缺乏有效的手段在螺旋電極旋 轉(zhuǎn)紡絲的同時(shí)對(duì)料液槽內(nèi)的料液的溶劑揮發(fā)進(jìn)行有效的抑制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型目的在于：針對(duì)現(xiàn)有敞開(kāi)式"螺旋式"靜電紡絲設(shè)備的溶劑揮發(fā)的問(wèn) 題，而提供一種用于靜電紡絲的同步循環(huán)型螺旋密封帶裝置，其可在保證螺旋電極旋轉(zhuǎn)紡 絲的同時(shí)對(duì)料液槽內(nèi)料液的溶劑揮發(fā)進(jìn)行很大程度的抑制，它是一種創(chuàng)新型的密封裝置， 其主要是通過(guò)使環(huán)形密封帶與旋轉(zhuǎn)螺旋電極的線速度保持大小方向一致，以一種同步運(yùn)動(dòng) 的動(dòng)態(tài)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)料液槽很大程度上的密封，在紡絲過(guò)程中能夠減小揮發(fā)面積，有效的抑 制料液槽內(nèi)溶劑的快速揮發(fā)，有利于紡絲料液的濃度和粘度的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，為"螺旋式"靜 電紡絲設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)化運(yùn)行及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了保障。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：
[0006] 本實(shí)用新型提供的用于靜電紡絲的同步循環(huán)型螺旋密封帶裝置用于對(duì)螺旋式靜 電紡絲設(shè)備的料液槽進(jìn)行密封，其主要作用是保證旋轉(zhuǎn)的螺旋電極600正常紡絲的同時(shí) 抑制料液槽內(nèi)溶劑的快速揮發(fā)，它是一種能夠與螺旋電極同步運(yùn)動(dòng)的循環(huán)型螺旋密封帶裝 置，能夠通過(guò)減小揮發(fā)面積有效的抑制料液槽內(nèi)溶劑的快速揮發(fā)。
[0007] 本實(shí)用新型的一種用于靜電紡絲的同步循環(huán)型螺旋密封帶裝置，其由環(huán)形密封帶 100、直線導(dǎo)軌200、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)300、同步控制器400和支撐架臺(tái)500組成；
[0008] 所述的環(huán)形密封帶100為寬度均勻的環(huán)形帶，沿環(huán)形密封帶的橫向中心線分布 著間距和尺寸一致的螺紋孔130,相鄰兩螺紋孔的間距與螺旋式靜電紡絲設(shè)備中的料液槽 700內(nèi)的螺旋電極600的螺距一致，螺旋電極600的葉片610穿過(guò)環(huán)形密封帶（100)上對(duì)應(yīng) 的螺紋孔130與環(huán)形密封帶100相交，其相交處的葉片610與所述螺紋孔130的內(nèi)壁保持 l-5mm的間距；
[0009] 所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)300由驅(qū)動(dòng)輪310、誘導(dǎo)輪320、驅(qū)動(dòng)電機(jī)330和傳動(dòng)帶340組成， 所述驅(qū)動(dòng)輪310與誘導(dǎo)輪320直徑相同，二者的軸線在同一水平面上且相互平行，所述的驅(qū) 動(dòng)電機(jī)330通過(guò)傳動(dòng)帶340驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪310轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)誘導(dǎo)輪32與驅(qū)動(dòng)輪310同步轉(zhuǎn) 動(dòng)；所述的環(huán)形密封帶100套裝于驅(qū)動(dòng)輪310和誘導(dǎo)輪320之上，環(huán)形密封帶100與驅(qū)動(dòng)輪 310及誘導(dǎo)輪320直接接觸部分構(gòu)成環(huán)形密封帶的二端部，二端部之間的上中間部為上工 作段110,二端部之間的下中間部為下自由段120 ;
[0010] 所述的直線導(dǎo)軌200為兩塊，每塊直線導(dǎo)軌均由導(dǎo)軌卡槽210和安裝孔220組成， 兩塊直線導(dǎo)軌200對(duì)稱(chēng)的通過(guò)安裝孔220分別固定于料液槽700的前后兩側(cè)壁上端面上， 兩塊導(dǎo)軌卡槽210的開(kāi)口相對(duì)放置，所述的環(huán)形密封帶100的上工作段110的二端部分別 嵌入兩塊導(dǎo)軌的導(dǎo)軌卡槽210之內(nèi)，所述環(huán)形密封帶100與料液槽700共同構(gòu)成一個(gè)相對(duì) 封閉的箱體空間；所述環(huán)形密封帶100的上工作段110安裝在直線導(dǎo)軌200之內(nèi)，下自由段 120位于料液槽700下方并處于自由態(tài)；
[0011] 所述支撐架臺(tái)500為箱體式支撐架臺(tái)；所述驅(qū)動(dòng)輪310、誘導(dǎo)輪320、料液槽700、 驅(qū)動(dòng)電機(jī)330及同步控制器400均固定于支撐架臺(tái)500的上表面上；所述料液槽700位于 所述驅(qū)動(dòng)輪310與誘導(dǎo)輪320之間；驅(qū)動(dòng)電機(jī)330通過(guò)傳動(dòng)帶340與螺旋電極600的軸頭 相連；
[0012] 所述的同步控制器400控制螺旋電極600和環(huán)形密封帶100的旋轉(zhuǎn)速度，以保證 螺旋電極600的線速度與環(huán)形密封帶100的線速度方向及大小一致。
[0013] 所述環(huán)形密封帶100的材質(zhì)為不被紡絲料液溶解或者腐蝕的導(dǎo)電材料或絕緣材 料。所述不被紡絲料液溶解或者腐蝕的導(dǎo)電材料為不銹鋼、銅，鐵或鋁。所述不被紡絲料液 溶解或者腐蝕的絕緣材料為高分子復(fù)合材料、陶瓷，木材。所述高分子復(fù)合材料為工程塑料 或樹(shù)脂。
[0014] 同步控制器400對(duì)于螺旋電極600和環(huán)形密封帶100的線速度的同步控制原理如 下：首先，假設(shè)料液槽內(nèi)的螺旋電極的相關(guān)參數(shù)：
[0015] 螺旋電極的螺距為：P(mm);
[0016] 螺旋電極的螺旋葉片的直徑：01 (mm);
[0017] 螺旋電極的轉(zhuǎn)速：W1 (轉(zhuǎn)/min);
[0018] 驅(qū)動(dòng)輪和誘導(dǎo)輪的半徑均為：R(mm);
[0019] 驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為：W2(轉(zhuǎn)/min)
[0020] 驅(qū)動(dòng)輪的半徑均為：R(mm);
[0021] 螺旋電極的線速度：VI
[0022] 環(huán)形密封帶的線速度：V2
[0023] 由上可知：
[0024] 螺旋電極的線速度：VI=P*W1 (mm/min)，
[0025] 環(huán)形密封帶的線速度：V2 = 2itRW2 (mm/min)
[0026]令VI=V2,即的等式 1 :PW1 = 2itRW2
[0027] 由等式1可推出等式2 :W2 =PW1/2JrR(轉(zhuǎn)/min)
[0028]只要使驅(qū)動(dòng)輪與螺旋電極的轉(zhuǎn)速滿足以上等式2,即可保證在螺旋電極旋轉(zhuǎn)的過(guò) 程中，環(huán)形密封帶與螺旋電極的線速度保持一致，螺旋電極的葉片與其對(duì)應(yīng)的螺紋孔始終 保持同步運(yùn)動(dòng)，不接觸，既可以保證螺旋電極的正常旋轉(zhuǎn)紡絲，又可實(shí)現(xiàn)對(duì)料液槽內(nèi)紡絲料 液揮發(fā)很大程度上的抑制，有利于紡絲料液的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，有利于紡絲狀態(tài)的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定， 為設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)化運(yùn)行提供了保障。
[0029] 本實(shí)用新型的有益效果如下：
[0030] 本實(shí)用新型的用于靜電紡絲的同步循環(huán)型螺旋密封帶裝置針對(duì)：螺旋式靜電紡絲 設(shè)備的料液槽無(wú)法進(jìn)行有效封閉，而導(dǎo)致的料液槽內(nèi)溶劑的快速大量揮發(fā)造成的紡絲液的 濃度和粘度逐漸增大，嚴(yán)重影響靜電紡絲的穩(wěn)定性和纖維的質(zhì)量，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，無(wú)法 進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)化生產(chǎn)等缺陷；通過(guò)對(duì)環(huán)形密封帶和螺旋電極的線速度的同步控制，實(shí)現(xiàn) 了螺旋電極在旋轉(zhuǎn)紡絲的過(guò)程中對(duì)料液槽內(nèi)溶劑揮發(fā)的有效抑制，有利于紡絲液濃度和粘 度的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，利于靜電紡絲設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，為螺旋式靜電紡絲設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化 應(yīng)用提供了保障。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖2為圖1的主視圖；
[0033] 圖3為圖1的俯視圖；
[0034] 圖4為圖1的左視剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步描述本實(shí)用新型。
[0036] 以下實(shí)施例采用紡絲設(shè)備為螺旋式靜電紡絲設(shè)備，紡絲料液為12%w/v的PVDF， PVdF的分子量為50萬(wàn)，紡絲料液的粘度范圍為1100±50cP;紡絲料液是通過(guò)將PVDF的粉 末加入丙酮和DMF的混合溶劑中，恒溫25°C，充分?jǐn)嚢?2小時(shí)制得；
[0037] 所選料液槽700和螺旋電極600的相關(guān)尺寸如下：
[0038] ⑴螺旋電極600的長(zhǎng)度LI= 500mm;⑵螺旋電極的螺距P= 100mm;⑶螺旋 電極的螺旋葉片直徑01=100皿1; (4)螺旋電極的螺旋葉片厚度Dl= 3mm; (5)螺旋電極的 轉(zhuǎn)速Wi= 6 (轉(zhuǎn)/min);料液槽700的長(zhǎng)度L2 = 600mm;料液槽深度=80mm;料液槽的寬度 =110mm，料液槽的兩側(cè)壁厚=10mm;
[0039] 由圖1、圖2、