本實(shí)用新型屬于靜電紡絲裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無針式靜電紡絲裝置。

背景技術(shù)：

目前，世界上許多國家和地區(qū)都在進(jìn)行靜電紡絲法制納米纖維的研究，用靜電紡絲法制得的纖維比傳統(tǒng)的復(fù)合紡絲法制得的纖維細(xì)得多，直徑一般在幾十納米至1μm之間，最小直徑可達(dá)1nm。隨著近年來納米技術(shù)的不斷發(fā)展，靜電紡絲已成為制備納米纖維的重要方法，因而備受關(guān)注。靜電紡絲法應(yīng)用廣泛，從人工合成高分子到天然高分子，凡是可溶可熔高分子均可使用靜電紡絲的方法進(jìn)行加工，例如聚乙烯醇、聚丙烯腈、纖維素、膠原蛋白、DNA復(fù)合體等，并可以在紡絲過程中加入抗生物質(zhì)、納米粒子等功能材料，制備出各種功能性纖維。

眾所周知，傳統(tǒng)的針式靜電紡絲，產(chǎn)量低是制約產(chǎn)業(yè)化的最大技術(shù)瓶頸。為此，相關(guān)企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)均投入大量的人力物力進(jìn)行研究，根據(jù)國內(nèi)外研究人員在靜電紡絲產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的相關(guān)研究來看，目前比較適合于規(guī)?；徑z的設(shè)計(jì)方式主要有兩種：

1)多針方式：多針方式是單針特定方式下數(shù)量的擴(kuò)展，以便進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)和獲得面積大、均勻性好的纖維網(wǎng)。多針方式的規(guī)?；o電紡絲技術(shù)以德國的Freudenburg Nonowoven、美國的Finetex Technology Inc.、eSpin Technologies、Nanomatrix和韓國的TOPTECH等公司為代表。但是，多針方式最主要的問題是針頭之間的電場存在相互干擾，不對稱的電場會(huì)造成單針的射流呈現(xiàn)明顯的偏移。雖然通過增加電場輔助裝置和改變針頭的布置形式，可以減小針頭之間電場的相互影響，但并不能徹底避免，同時(shí)多針的設(shè)計(jì)還存在裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，針頭易堵塞、針頭數(shù)量受限制、各針頭的流量均勻性不易控制、供料系統(tǒng)復(fù)雜等問題，這些因素限制了多針式靜電紡絲裝置的大規(guī)模生產(chǎn)的應(yīng)用。

2)無針方式：為克服針式紡絲方式的固有缺點(diǎn)，相關(guān)機(jī)構(gòu)開始著手無針方式靜電紡絲裝置的研發(fā)。理論而言，要增加單位時(shí)間內(nèi)靜電紡絲的產(chǎn)量就要設(shè)法在聚合物溶液的自由表面制造盡可能多的泰勒錐，即自由表面擾動(dòng)。例如國際專利W02005024101提供了一種無針靜電紡絲設(shè)備。該設(shè)備包括一個(gè)部分浸泡于在聚合物溶液中的滾筒形電極(纖維發(fā)生器)和距纖維發(fā)生器一定距離的纖維收集器(對電極)。當(dāng)加載的聚合物溶液位于滾筒電極和纖維收集器形成的電場中并且電場強(qiáng)到足以使?jié)L筒表面的液體形成泰勒錐時(shí)，滾筒的表面就可以紡出納米纖維。由于電場在滾筒中間部分的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于滾筒兩端，制備的納米纖維細(xì)度很不均勻。迪肯大學(xué)林童教授的國際專利WO2010/043002和發(fā)明人為趙曉利的國內(nèi)專利201020650021.5，用彈簧和螺旋葉片代替了滾筒，雖然在某種程度上解決了滾筒式旋轉(zhuǎn)電極電場強(qiáng)度分布不均的問題，改善了電場的分布的均勻性和穩(wěn)定性，提高了單位長度紡絲電極的紡絲效率，提高了纖維直徑分布的質(zhì)量，但無論是彈簧狀螺旋還是螺旋葉片都是一個(gè)連續(xù)的旋轉(zhuǎn)的裝置，這種裝置固有的特征導(dǎo)致沒有合適的方法對體系進(jìn)行封閉，對于有機(jī)溶劑體系而言，紡絲過程中開放的料液體系會(huì)造成溶劑的過度揮發(fā)，從而難以保證料液粘度的一致性，影響紡絲工藝的穩(wěn)定性。

目前國際社會(huì)中比較成熟的為捷克Elmacro設(shè)備“納米蜘蛛”，其專利WO2012/139533A1技術(shù)最為便捷高效。其使用固定的金屬線型電極作為噴絲裝置，金屬線型電極穿過刷料裝置上的小孔，刷料裝置通過其機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并將聚合物溶液通過小孔涂抹至金屬線型電極上，金屬線型電極上的聚合物溶液在表面張力作用下形成均勻分布的小液珠，液珠靜電場的牽引下形成泰勒錐并發(fā)生噴絲現(xiàn)象。但是其刷料裝置通過往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)不間斷刷料目的，但是往復(fù)交替時(shí)，近刷料裝置端殘存料液較多，遠(yuǎn)刷料裝置端殘存料液較少，刷料裝置從殘存料液較多的近刷料裝置端開始新的沖程而非遠(yuǎn)刷料裝置端，造成刷料的不均勻。

Freudenburg Nonowoven、美國的Finetex Technology Inc.、eSpin Technologies、Nanomatrix和韓國的TOPTECH等公司的多針式靜電紡絲裝置存在裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，針頭易堵塞、針頭數(shù)量受限制、各針頭的流量均勻性不易控制、供料系統(tǒng)復(fù)雜，針頭間的電場會(huì)相互影響等問題；

專利W0200502410、WO2010/043002、國內(nèi)專利201020650021.5無針式靜電紡絲(例如輥狀、盤狀、彈簧、螺旋葉片紡絲電極)裝置沒有合適的方法對體系進(jìn)行封閉，對于有機(jī)溶劑體系而言，紡絲過程中開放的料液體系會(huì)造成溶劑的過度揮發(fā)，從而難以保證料液粘度的一致性，影響紡絲工藝的穩(wěn)定性；

Elmacro設(shè)備“納米蜘蛛”刷料系統(tǒng)缺陷造成的刷料不均勻；

專利CN102383204A狹縫紡絲無液面控制裝置，難以長時(shí)間穩(wěn)定紡絲；專利CN 201420031385和專利CN102071484A盡管加入了液面控制，但是其基本原理是往噴絲頭過量供料，然后收集溢出的殘料實(shí)現(xiàn)料液控制，影響噴絲頭處料液穩(wěn)定性；專利CN105506758A通過連通器原理實(shí)現(xiàn)了料液的液面控制，但是通過調(diào)整儲(chǔ)液瓶高度的形式供料難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)均勻供料，無法連續(xù)化生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種可避免出現(xiàn)上述技術(shù)缺陷的無針式靜電紡絲裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案如下：

一種無針式靜電紡絲裝置，包括高壓電源1、料液槽2、接收裝置3、液面控制裝置4、儲(chǔ)料罐10，料液槽2和接收裝置3分別與高壓電源1相連，料液槽2的上側(cè)設(shè)置有多個(gè)狹縫紡絲頭9，液面控制裝置4的內(nèi)腔分為料液供給腔體41和料液回收腔體42，料液供給腔體41和料液回收腔體42之間設(shè)置有液位控制閥5，料液供給腔體41與料液槽2通過輸料管6相連通，料液供給腔體41通過供給管8與儲(chǔ)料罐10相連通，料液回收腔體42通過回收管7與儲(chǔ)料罐10相連通。

進(jìn)一步地，所述狹縫紡絲頭9包括左半紡絲頭91和右半紡絲頭92，左半紡絲頭91和右半紡絲頭92之間存在狹縫。

進(jìn)一步地，所述狹縫寬度可調(diào)，寬度范圍為0.1mm-2mm。

進(jìn)一步地，在所述狹縫內(nèi)設(shè)置有液面弧度輔助控制裝置12。

進(jìn)一步地，所述液面弧度輔助控制裝置12為金屬絲或非金屬絲。

進(jìn)一步地，左半紡絲頭91和右半紡絲頭92均為料液不浸潤材料制成。

進(jìn)一步地，狹縫紡絲頭9上設(shè)有水平調(diào)節(jié)裝置。

本實(shí)用新型提供的無針式靜電紡絲裝置，是一種全密封狹縫紡絲裝置，簡化了紡絲頭機(jī)械結(jié)構(gòu)，降低了密封難度；其包括連續(xù)供液的液面控制裝置，能直接控制料液槽內(nèi)的液面高度，保證了狹縫紡絲頭處的料液穩(wěn)定性；其具有金屬絲或者非金屬絲的液面弧度輔助控制裝置，其能通過表面張力的虹吸作用，拉出“類三角”紡絲尖端，大幅降低了紡絲工藝電壓，提高了泰勒錐穩(wěn)定性，解決了現(xiàn)有技術(shù)的刷料不均勻、狹縫紡絲(高壓靜電梭紡絲)難以保持料液面的穩(wěn)定性、密封困難，所需電壓較高、產(chǎn)能較低、紡絲均勻性差的問題，可以很好地滿足工業(yè)化需求。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為料液槽和狹縫紡絲頭的結(jié)構(gòu)示意圖，其中的液面弧度輔助控制裝置為金屬絲；

圖3為狹縫紡絲頭的局部結(jié)構(gòu)示意圖，其中的液面弧度輔助控制裝置為非金屬絲；

圖中，1-高壓電源，2-料液槽，3-接收裝置，4-液面控制裝置，41-料液供給腔體，42-料液回收腔體，5-液位控制閥，6-輸料管，7-回收管，8-供給管，9-狹縫紡絲頭，91-左半紡絲頭，92-右半紡絲頭，10-儲(chǔ)料罐，11-輸料泵，12-液面弧度輔助控制裝置。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

如圖1所示，一種無針式靜電紡絲裝置，包括高壓電源1、料液槽2、接收裝置3、液面控制裝置4、儲(chǔ)料罐10，料液槽2和接收裝置3分別與高壓電源1相連，料液槽2的上側(cè)面上設(shè)置有多個(gè)狹縫紡絲頭9，液面控制裝置4的內(nèi)腔分為料液供給腔體41和料液回收腔體42，料液供給腔體41和料液回收腔體42之間設(shè)置有液位控制閥5，料液供給腔體41與料液槽2通過輸料管6相連通，料液供給腔體41通過供給管8與儲(chǔ)料罐10相連通，料液回收腔體42通過回收管7與儲(chǔ)料罐10相連通。供給管8上設(shè)置有泵11，儲(chǔ)料罐10內(nèi)的料液通過供給管8輸入到料液供給腔體41內(nèi)，當(dāng)料液供給腔體41內(nèi)的料液液面高度高于液位控制閥5的閥門高度時(shí)，料液會(huì)溢流流入料液回收腔體42內(nèi)，從而可以通過調(diào)整液位控制閥5的高度來實(shí)現(xiàn)料液供給腔體41內(nèi)的液位高度的控制。

也可以將料液供給腔體41與料液槽2連通為一個(gè)整體，從而減少料液流動(dòng)過程中的壓力損失。

如圖2和圖3所示，所述狹縫紡絲頭9包括左半紡絲頭91和右半紡絲頭92，左半紡絲頭91和右半紡絲頭92之間存在狹縫，狹縫與料液槽2的內(nèi)腔相連通，料液槽2內(nèi)的料液液面達(dá)到一定高度后接觸到狹縫，料液即進(jìn)入狹縫；所述狹縫的寬度可調(diào)，寬度范圍為0.1mm-2mm。左半紡絲頭91和右半紡絲頭92均為料液不浸潤材料制成的，這樣料液充滿狹縫時(shí)，液面會(huì)凸起，有利于泰勒錐的形成，并降低紡絲電壓；可供選擇的料液不浸潤材料有不銹鋼、聚丙烯、聚四氟乙烯、尼龍、硅片和玻璃等。狹縫紡絲頭9上設(shè)有水平調(diào)節(jié)裝置，保證狹縫處于水平位置，有利于狹縫紡絲頭9中的料液均勻充滿狹縫。

如圖2和圖3所示，在所述狹縫內(nèi)設(shè)置有高度可調(diào)的液面弧度輔助控制裝置12，液面弧度輔助控制裝置12與狹縫間通過表面張力的虹吸作用拉出“類三角”紡絲尖端，降低紡絲工藝電壓，提高泰勒錐穩(wěn)定性。所述液面弧度輔助控制裝置12為金屬絲(如圖2所示)或非金屬絲(如圖3所示)，材質(zhì)為料液可浸潤材料，可供選擇的料液可浸潤材料有不銹鋼絲、尼龍絲、玻璃纖維等，纖維直徑0.1-0.5mm。

料液供給腔體41與料液槽2通過輸料管6相連通，輸料管6形成一個(gè)連通器，因?yàn)楠M縫的寬度d很小，在狹縫口形成的料液凸起基本上是球形的，并且當(dāng)料液凸起為半球時(shí)，球的曲率半徑最小，等于狹縫寬度d的一半，即r＝d/2，在其前后曲率半徑都比r大；當(dāng)料液凸起為半球時(shí)，料液凸起內(nèi)部壓力最大，根據(jù)彎曲液面內(nèi)外壓差與表面張力的關(guān)系：△P＝2α/r，其中α表示料液的表面張力，△P表示彎曲液面內(nèi)外壓差，r為料液凸起的曲率半徑；根據(jù)連通器原理，彎曲液面內(nèi)外壓差引起了連通器兩端液面的高度差，有：△P＝ρgh，h＝4α/dgρ，其中，d表示狹縫的寬度，g為重力加速度，ρ為料液密度。液位控制閥5的閥門高度h的可調(diào)節(jié)范圍為0≤h≤4α/dgρ，液位控制閥5的閥門高度h越大，料液凸起的曲率半徑越小，越利于紡絲的穩(wěn)定，臨界電壓越低。料液表面張力和濃度可以通過相關(guān)儀器設(shè)備測試出來，因此可以很容易得出液位控制閥5的閥門高度h的理論最優(yōu)值。

本實(shí)用新型提供的無針式靜電紡絲裝置，采用全封閉結(jié)構(gòu)，無溶劑揮發(fā)，有助于料液的均一穩(wěn)定；通過控制狹縫寬度和紡絲電壓就可以實(shí)現(xiàn)顯微形貌和產(chǎn)能的控制；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，易于清洗和維護(hù)；電場分布相對于針狀、輥狀、盤狀、彈簧和螺旋葉片紡絲電極來說十分均勻；狹縫料液液面穩(wěn)定，能連續(xù)不斷地拉出泰勒錐，易于工業(yè)化生產(chǎn)；使用液面弧度輔助控制裝置時(shí)，刷料均勻性要優(yōu)于目前的Elmacro設(shè)備；液面弧度輔助控制裝置的“類三角”結(jié)構(gòu)有助于降低紡絲臨界電壓，提高生產(chǎn)過程中的安全性。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。