專(zhuān)利名稱(chēng)：一種便攜式熔體靜電紡絲教學(xué)演示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于靜電紡絲裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于靜電感應(yīng)起電機(jī)的熔體靜電紡絲裝置，特別是一種便攜式熔體靜電紡絲教學(xué)演示裝置。
背景技術(shù)：
目前，靜電紡絲是制備一維微納米纖維簡(jiǎn)單有效的方法之一，其原理簡(jiǎn)單，先使高分子溶液或熔體帶電，并將其置于紡絲噴頭與收集極之間的高壓靜電場(chǎng)中，當(dāng)靜電吸引力克服高分子溶液或熔體的表面張力時(shí)，紡絲液從噴頭噴射出來(lái)，形成帶電射流，并在高壓電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，因拉伸或劈裂而細(xì)化，同時(shí)，帶電射流中溶劑揮發(fā)或射流冷卻而固化，最后形成微納米纖維沉積在金屬收集極上。與傳統(tǒng)纖維制備方法相比，靜電紡絲技術(shù)提高了纖維的線密度，同時(shí)具有獨(dú)特的易操作性和廣泛的適用性，可以制備有機(jī)、無(wú)機(jī)和復(fù)合材料等多種微納米纖維，現(xiàn)有靜電紡絲主要分為聚合物溶液靜電紡絲和熔體靜電紡絲，其中聚合物溶液靜電紡絲更為廣泛研究和使用。隨著靜電紡絲技術(shù)的發(fā)展，各種基于不同用途的靜電紡絲裝置被公開(kāi)，在聚合物溶液靜電紡絲裝置方面，中國(guó)專(zhuān)利“共軸復(fù)合連續(xù)納/微米纖維的多噴頭靜電紡絲裝置”(申請(qǐng)?zhí)?00310109222. 9)、“超細(xì)聚合物纖維高速氣吹靜電紡絲復(fù)合制備方法及裝置”(申請(qǐng)?zhí)?00710009595. 7)和“一種規(guī)模化制備靜電紡絲的裝置”(申請(qǐng)?zhí)?01210380576. 6)利用不同的方法實(shí)現(xiàn)了靜電紡絲的大量快速制備；中國(guó)專(zhuān)利“一種制備有序排列和交叉結(jié)構(gòu)納米纖維的低壓離心靜電紡絲裝置”(申請(qǐng)?zhí)?01010184068.1)實(shí)現(xiàn)了納米纖維的有序組裝；中國(guó)專(zhuān)利“一種便攜式手持靜電紡絲裝置”(申請(qǐng)?zhí)?01210229010. 3)和“一種壓電陶瓷電源式微型靜電紡絲裝置”(申請(qǐng)?zhí)?01110255208. 4)實(shí)現(xiàn)了靜電紡絲裝置的小型化、便攜化和不依賴(lài)外部電源；在熔體靜電紡絲裝置方面，中國(guó)專(zhuān)利“一種熔體靜電紡絲生產(chǎn)復(fù)合纖維的裝置”(申請(qǐng)?zhí)?00910078502. 5)實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對(duì)兩種或多種聚合物進(jìn)行熔體紡絲，并制得并列型或皮芯型等復(fù)合纖維；中國(guó)專(zhuān)利“一種可連續(xù)生產(chǎn)的高效熔體靜電紡絲裝置”(申請(qǐng)?zhí)?00920105827. 3)公開(kāi)了一種高效噴絲頭，使熔體靜電紡絲的效率得到大幅度的提高；中國(guó)專(zhuān)利“一種絲刷式微分熔體靜電紡絲裝置及方法”(申請(qǐng)?zhí)?01110240911.8)引入微分絲刷技術(shù)，改變了傳統(tǒng)使用多噴頭或毛細(xì)管組件提高靜電紡絲效率的方式，極大地提高了紡絲效率，降低了制造和安裝成本，有望實(shí)現(xiàn)熔體靜電紡絲大規(guī)模工業(yè)化；現(xiàn)有靜電紡絲裝置一般用于科學(xué)研究和工業(yè)化生產(chǎn)，大部分都比較笨重、價(jià)格較高，不適合教學(xué)或者課堂演示實(shí)驗(yàn)；中國(guó)專(zhuān)利“一種旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)感應(yīng)起電式靜電紡絲裝置”(申請(qǐng)?zhí)?01110255225.8)和“一種便攜式手持靜電紡絲裝置”(申請(qǐng)?zhí)?01210229010. 3)都公開(kāi)了一種小型便攜式的聚合物溶液靜電紡絲演示裝置；對(duì)于聚合物熔體靜電紡絲，由于使用加熱裝置和傳統(tǒng)高壓電源，整個(gè)紡絲裝置一般都比較大、比較重、成本較高，不適合作為教學(xué)演示裝置。因此，尋求設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、操作方便安全、趣味性強(qiáng)和演示效果好的便攜式熔體靜電紡絲教學(xué)演示裝置用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)或科研很有應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，尋求設(shè)計(jì)一種基于靜電感應(yīng)起電機(jī)的便攜式熔體靜電紡絲教學(xué)演示裝置，以常見(jiàn)的白砂糖為原料制備白砂糖纖維并在金屬桿收集極上形成白色棉花狀的三維堆垛結(jié)構(gòu)，制備的白砂糖纖維與市售用棉花糖機(jī)制備的棉花糖非常相似，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，演示效果好。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)包括拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)、電熱棒金屬支架、電熱棒、金屬圓球、金屬桿收集極、收集極金屬支架、T型放電桿、塑料勺、原料盒和工具盒；拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)為靜電紡絲提供高壓靜電，長(zhǎng)度為23厘米的電熱棒金屬支架的一端距彎折點(diǎn)13厘米處與拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)中的一個(gè)萊頓瓶頂部金屬棒焊接在一起，另一端距彎折點(diǎn)10厘米處與電熱棒焊接在一起，電熱棒采用功率30W的外熱式電烙鐵芯制成，直徑為6毫米的金屬球焊接在電熱棒的底端，存儲(chǔ)在拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)的萊頓瓶里的電荷通過(guò)電熱棒金屬支架和電熱棒傳遞給金屬球；長(zhǎng)度為13厘米的收集極金屬支架的一端與拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)中的另一個(gè)萊頓瓶頂部金屬棒焊接在一起，另一端與長(zhǎng)度為10厘米的金屬桿收集極固定連接，金屬桿收集極位于電熱棒正下方7厘米處，能夠任意從收集極金屬支架上安裝或取下，存儲(chǔ)在拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)中的另一個(gè)萊頓瓶的電荷通過(guò)收集極金屬支架傳遞給金屬桿收集極；原料盒固定于拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)的底座上用來(lái)存放原料，其長(zhǎng)度為4厘米，寬度為3厘米，高度為3厘米；工具盒固定于拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)的底座上，工具盒中裝有T型放電桿和塑料勺；T型放電桿的手柄為玻璃棒，頭部為長(zhǎng)8厘米的金屬棒，用來(lái)引出萊頓瓶?jī)?nèi)電荷；塑料勺用來(lái)從原料盒中舀取熔體原料。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)紡絲時(shí)，以常見(jiàn)的白砂糖為原料，先將電熱棒接通220伏交流電，將金屬球電加熱，再將原料盒中的白砂糖接觸金屬球，白砂糖被加熱熔化形成白砂糖熔體粘在金屬球上，用手搖動(dòng)拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)使金屬球與金屬桿收集極之間產(chǎn)生高壓靜電場(chǎng)，金屬球上的白砂糖熔體帶有大量的靜電荷，并在電場(chǎng)力的作用下形成帶電射流，射流在空氣中經(jīng)劈裂、拉伸和冷卻固化過(guò)程后形成白砂糖纖維，最后沉積在金屬桿收集極上，形成棉花糖結(jié)構(gòu)狀的三維堆垛纖維。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用靜電感應(yīng)起電機(jī)產(chǎn)生高壓靜電，以小型電熱棒為熱源，能夠很好的展現(xiàn)熔體靜電紡絲的過(guò)程和原理，原料易獲取，將生活中常見(jiàn)的棉花糖與熔體靜電紡絲技術(shù)相結(jié)合，提出了 一種新的制備棉花糖的方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣，開(kāi)拓學(xué)生的思維和視野；其整體裝置簡(jiǎn)單，體積小，成本低，操作方便，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣，開(kāi)拓學(xué)生的思維和視野，可對(duì)熔點(diǎn)較低的聚合物和金屬/合金進(jìn)行熔體靜電紡絲，制備多種材料的微納米纖維。


圖1為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為本發(fā)明涉及的金屬桿收集極上的白砂糖纖維照片。圖3為本發(fā)明制備的白砂糖纖維光學(xué)顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例本實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)包括拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)1、電熱棒金屬支架2、電熱棒3、金屬圓球4、金屬桿收集極5、收集極金屬支架6、T型放電桿7、塑料勺8、原料盒9和工具盒10 ;拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)I為靜電紡絲提供高壓靜電，長(zhǎng)度為23厘米的電熱棒金屬支架2的一端(距彎折點(diǎn)13厘米)與拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)I中的一個(gè)萊頓瓶頂部金屬棒焊接在一起，另一端(距彎折點(diǎn)10厘米)與電熱棒3焊接在一起，電熱棒3采用功率30W的外熱式電烙鐵芯制成，直徑為6毫米的金屬球焊接在電熱棒3的底端，存儲(chǔ)在拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)I的萊頓瓶里的電荷通過(guò)電熱棒金屬支架2和電熱棒3傳遞給金屬球4 ;長(zhǎng)度為13厘米的收集極金屬支架6的一端與拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)I中的另一個(gè)萊頓瓶頂部金屬棒焊接在一起，另一端與長(zhǎng)度為10厘米的金屬桿收集極5固定連接，金屬桿收集極5位于電熱棒3正下方7厘米處,可以任意從收集極金屬支架6上安裝或取下，存儲(chǔ)在拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)I中的另一個(gè)萊頓瓶的電荷通過(guò)收集極金屬支架6傳遞給金屬桿收集極5 ;原料盒9固定于拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)I的底座上用來(lái)存放原料，其長(zhǎng)度為4厘米，寬度為3厘米，高度為3厘米；工具盒10固定于拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)I的底座上，工具盒10中裝有T型放電桿7和塑料勺8 ；T型放電桿7的手柄為玻璃棒，頭部為長(zhǎng)8厘米的金屬棒，用來(lái)引出萊頓瓶?jī)?nèi)電荷；塑料勺8用來(lái)從原料盒9中舀取原料。本實(shí)施例以常見(jiàn)的白砂糖為原料制備白砂糖纖維，先將電熱棒3接通220伏交流電，將金屬球4電加熱，再將原料盒9中的白砂糖接觸金屬球4，白砂糖被加熱熔化形成白砂糖熔體粘在金屬球4上，用手搖動(dòng)拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)I使金屬球4與金屬桿收集極5之間產(chǎn)生高壓靜電場(chǎng)，金屬球4上的白砂糖熔體帶有大量的靜電荷，并在電場(chǎng)力的作用下形成帶電射流，射流在空氣中經(jīng)劈裂、拉伸和冷卻固化過(guò)程后形成白砂糖纖維，最后沉積在金屬桿收集極5上，形成類(lèi)似棉花糖的三維堆垛結(jié)構(gòu)，具體工藝步驟為(I)、檢查原料盒9和工具盒10，確保原料充足，工具齊全；(2 )、將電熱棒3接通220伏交流電電源；(3)、等待2分鐘后，金屬球4被電熱棒3加熱到180°C，用塑料勺8從原料盒9中舀取白砂糖，使塑料勺8中的白砂糖與金屬球4相接觸，白砂糖被加熱后會(huì)熔化粘在金屬球4上，然后將塑料勺8中剩余的白砂糖倒回原料盒9中，將塑料勺8放入工具盒10內(nèi)；(4)、白砂糖完全熔化后，開(kāi)始用手搖動(dòng)拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)1，金屬球4與金屬桿收集極5之間產(chǎn)生高壓靜電場(chǎng)，使金屬球4上熔化的白砂糖帶有大量的靜電荷，在電場(chǎng)力的作用下形成帶電射流，射流在空氣中經(jīng)劈裂、拉伸和固化過(guò)程后沉積在金屬桿收集極5上形成白砂糖纖維，無(wú)射流產(chǎn)生時(shí)停止搖動(dòng)拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)I ;(5)、將電熱棒3電源斷開(kāi)，使電熱棒3逐漸冷卻下來(lái)；用放電桿7輕觸金屬球4和金屬桿收集極5，放出多余電荷；(6)、將金屬桿收集極5從收集極金屬支架6上取下，可以清楚看到沉積在收集極5上的白砂糖微納米纖維，如圖2所示；重復(fù)上述步驟使收集的棉花糖體積更大，從白砂糖纖維光學(xué)顯微鏡照片中可以看出，制備的白砂糖纖維形貌較好，粗細(xì)均勻。
權(quán)利要求
1.一種便攜式熔體靜電紡絲教學(xué)演示裝置，其特征在于主體結(jié)構(gòu)包括拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)、電熱棒金屬支架、電熱棒、金屬圓球、金屬桿收集極、收集極金屬支架、T型放電桿、塑料勺、原料盒和工具盒；拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)為靜電紡絲提供高壓靜電，長(zhǎng)度為23厘米的電熱棒金屬支架的一端距彎折點(diǎn)13厘米處與拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)中的一個(gè)萊頓瓶頂部金屬棒焊接在一起，另一端距彎折點(diǎn)10厘米處與電熱棒焊接在一起，電熱棒采用功率30W的外熱式電烙鐵芯制成，直徑為6毫米的金屬球焊接在電熱棒的底端，存儲(chǔ)在拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)的萊頓瓶里的電荷通過(guò)電熱棒金屬支架和電熱棒傳遞給金屬球；長(zhǎng)度為13厘米的收集極金屬支架的一端與拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)中的另一個(gè)萊頓瓶頂部金屬棒焊接在一起，另一端與長(zhǎng)度為10厘米的金屬桿收集極固定連接，金屬桿收集極位于電熱棒正下方7厘米處，能夠任意從收集極金屬支架上安裝或取下，存儲(chǔ)在拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)中的另一個(gè)萊頓瓶的電荷通過(guò)收集極金屬支架傳遞給金屬桿收集極；原料盒固定于拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)的底座上用來(lái)存放原料，其長(zhǎng)度為4厘米，寬度為3厘米，高度為3厘米；工具盒固定于拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)的底座上，工具盒中裝有T型放電桿和塑料勺；T型放電桿的手柄為玻璃棒，頭部為長(zhǎng)8厘米的金屬棒，用來(lái)引出萊頓瓶?jī)?nèi)電荷；塑料勺用來(lái)從原料盒中舀取熔體原料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式熔體靜電紡絲教學(xué)演示裝置，其特征在于實(shí)現(xiàn)紡絲時(shí)，以常見(jiàn)的白砂糖為原料，先將電熱棒接通220伏交流電，將金屬球電加熱，再將原料盒中的白砂糖接觸金屬球，白砂糖被加熱熔化形成白砂糖熔體粘在金屬球上，用手搖動(dòng)拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)使金屬球與金屬桿收集極之間產(chǎn)生高壓靜電場(chǎng)，金屬球上的白砂糖熔體帶有大量的靜電荷，并在電場(chǎng)力的作用下形成帶電射流，射流在空氣中經(jīng)劈裂、拉伸和冷卻固化過(guò)程后形成白砂糖纖維，最后沉積在金屬桿收集極上，形成棉花糖結(jié)構(gòu)狀的三維堆垛纖維。
全文摘要
本發(fā)明屬于靜電紡絲裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種便攜式熔體靜電紡絲教學(xué)演示裝置，電熱棒金屬支架的一端與拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)中的一個(gè)萊頓瓶頂部金屬棒焊接在一起，另一端與電熱棒焊接在一起，金屬球焊接在電熱棒的底端；收集極金屬支架的一端與拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)中的另一個(gè)萊頓瓶頂部金屬棒焊接在一起，另一端與金屬桿收集極固定連接，金屬桿收集極位于電熱棒正下方；原料盒固定于拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)的底座上；工具盒固定于拆除放電桿的靜電感應(yīng)起電機(jī)的底座上，工具盒中裝有T型放電桿和塑料勺；其整體裝置簡(jiǎn)單，體積小，成本低，操作方便，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣，可對(duì)熔點(diǎn)較低的聚合物和金屬/合金進(jìn)行熔體靜電紡絲。
文檔編號(hào)G09B25/02GK103065543SQ20131002542
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月20日
發(fā)明者龍?jiān)茲? 劉術(shù)亮, 黃淵源, 孫彬, 張紅娣, 張君誠(chéng) 申請(qǐng)人:青島大學(xué)