一種靜電紡絲制膜裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供的一種靜電紡絲制膜裝置，是一種臺式靜電紡絲制膜裝置。安裝在料糟一側的噴頭成平面直線排列，與成膜系統平面平行。料糟安放在一個電絕緣性很高的托板7上，其長度與成膜系統平面寬度相匹配。絕緣托板安置在兩條平行滑軌上，并與噴頭組運動控制系統相連。噴頭組的往復運動，是通過噴頭組運動控制系統給出的往復運動，帶動絕緣托板運動實現的。噴頭組運動控制系統的主要部件是往復絲桿，或者是步進電機。成膜系統由圓形鋼帶5、兩個相同直徑的上支撐圓輥3和下支撐圓輥4、支架5、調速電機和轉速控制系統組成。在兩側形成對稱平面每側設置2?3排噴頭組，提高單機噴絲產量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術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，屬于靜電紡絲領域，機械制造類。技術背景由納米纖維形成的膜是一種新品質的材料，具有許多有價值的性質。這種膜應用領域廣泛，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。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，但缺乏對噴頭組運動的描述。在專利號201010137161.7中，只是敘述了噴頭組設置在噴頭支架上的滑糟中，缺乏對運動的描述。在專利CN101474105A中描述了一種刻度擺動儀的運動作為噴頭滑動動力源，擺動儀的運動規律是曲線加速運動，非直線勻速運動。同樣的道理，在相關的專利201110314014.7中以圓周運動變直線運動，都不符合制膜要求。同時，在上述專利中成膜輥或者接絲輥都設計為圓形輥，加大了對整機恒溫空間的設計，能耗高。為了克服以上裝置的不足，本專利技術提出一種新的設計方案，以此制備出均勻的納米纖維膜，并且能降低耗。專利技術的內容本專利技術提供的一種靜電紡絲制膜裝置，是一種臺式靜電紡絲制膜裝置。裝置由噴頭組、料糟、供料系統、直流高壓電源、噴頭組運動控制系統、成膜系統、膜厚度控制系統、收卷輥、供熱系統、溫度控制系統、溶劑處理系統以及
臺式恒溫室組成。噴頭與料糟連接，供料系統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流，溶劑蒸發細流凝固形成納米纖維。安裝在料糟一側的噴頭成平面直線排列，與成膜系統平面平行。每個料糟一側排列的噴頭數的多少，由料糟的長度和電學要求的距離確定。料糟安放在一個電絕緣性很高的托板7上，其長度與成膜系統平面寬度相匹配。所有噴頭與成膜系統平面距離一致，在噴頭往復運動時保持不變。絕緣托板安置在兩條平行滑軌上，并與噴頭組運動控制系統相連。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。噴頭組的往復運動，是通過噴頭組運動控制系統給出的往復運動，帶動絕緣托板運動實現的，由此可避免噴頭上的高壓電影響噴頭組運動控制系統。噴頭組運動控制系統的主要部件是往復絲桿，或者是步進電機。往復絲桿運動控制系統是由調速電機和往復絲桿組成，往復絲桿上的滑塊與絕緣托板相連。復絲桿螺紋多少螺距長短，根據料糟一側的噴頭分布設計。步進電機運動控制系統由絲桿、步進電機和電源控制系統組成。絲桿滑塊與絕緣托板相連，絲桿滑塊運動帶動噴頭組運動。步進電機運動控制系統的優點是能用步長調節控制噴頭組往復運動距離；轉為返向運動時停留時間可調節。靜電紡絲制膜裝置的成膜系統，由圓形鋼帶5、兩個相同直徑的上支撐圓輥3和下支撐圓輥4、支架6、調速電機和轉速控制系統組成。兩支撐圓輥支撐圓形鋼帶，形成兩個平面，平面面積與圓形鋼帶寬度周長有關。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垂直固定在臺面上；上支撐圓輥3可以相對下支撐圓輥4平行移動，以調節圓形鋼帶張力；下支撐圓輥4與調速電機相連，電機轉動帶動下支撐圓輥轉動，繼而圓形鋼帶轉
動。由圓形鋼帶5構成的成膜系統，在兩側形成對稱平面。每個平面高760-1000，每一側能設置2-3排噴頭組，提高單機噴絲產量。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，鋼帶轉動帶動收卷輥2轉動。在專利申請號2013204677089中有關于收卷系統的詳細描述。整個裝置放在一個恒溫室1中，恒溫室1安在一個臺子上，形成臺式裝置。靜電紡絲制膜裝置供熱系統分兩部份，一部分是供恒溫室用熱，用于使恒溫室1加熱恒溫。另一部分是分組局部供熱系統，熱風管道安置在每排噴頭組下方，當噴絲量大時補充溶劑的揮發熱量，熱量可通過控制器調節。恒溫室1中的溶劑蒸汽通過恒溫室出口9排出，進入溶劑處理系統。溶劑處理系統為循環水冷凝的溶劑回收裝置，結構簡單能耗低，溶劑回收率在98％以上。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徑最佳比例設計，保證每個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，稱之為雙層結構圓筒噴頭，簡稱雙噴頭。附圖說明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。具體實施方式采用本專利技術的靜電紡絲制膜裝置，以適當的高分子溶液制備納米纖維膜。其溶液可以是水溶液，也可以是有機溶劑溶液。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。當噴頭與成膜系統圓形鋼帶之間形成高電場時，電紡液在噴頭頂端形成泰勒錐體。由于電場的作用，液流分裂成若干細流，流向圓形鋼帶。同時溶劑揮發高分子固化，在圓形鋼帶5上形成納米纖維。
同時各排噴頭組以一定勻速往返運動，圓形鋼帶5也以一定速度轉動，使納米纖維形成均勻的納米纖維膜。往復絲桿的運動控制系統或步進電機運動控制系統調節噴頭組往返運動速度，每次往返時間與圓形鋼帶5轉動速度相匹配，一般控制在2-3秒。圓形鋼帶5轉動速度是根據膜厚要求調節的，當噴頭組往返運動速度不匹配時，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連續收卷。進行靜電紡絲制膜程序之前，對恒溫室1進行加溫。溫度的控制范圍應由靜電紡絲液的溶劑體系和靜電紡絲電場強度來確定。如果能控制好納米纖維在圓形鋼帶成膜之前溶劑已揮發，成膜有很好孔隙率和透氣性。如果控制好溶劑大部分揮發，但尚有適當的少部分，不影響纖維變形，這時由于纖維交叉點的緊聯接，形成的膜具有高強度的網狀膜。實例1上述靜電紡絲制膜裝置，設計的圓形鋼帶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，丙酮為調節劑。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1溫度恒定在35℃，以針頭型噴頭安裝在每條料糟上，進行靜電紡絲制膜。每排供料量每分鐘5ml，控制膜厚度20μm，每小時大約產膜10m2。實例2以實例1相同的靜電紡絲制膜裝置和料液進行靜電紡絲制膜，恒溫室1溫度恒定在40℃，以雙噴頭安裝在每條料糟上，噴頭數與實例1相同。每排供料量15ml，控制膜厚度20μm。開啟分組供熱系統，調節至合適的熱量輸出。大約每小時能產膜30m2。實例3上述靜電紡絲制膜裝置，設計圓形鋼帶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，雙噴頭數相應增加，其他參數相同，以同一料液靜電紡絲制膜，每小時能產膜45m2。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種靜電紡絲制膜裝置，其特征在于是一種臺式靜電紡絲制膜裝置，由噴頭組、料糟、供料系統、直流高壓電源、噴頭組運動控制系統、成膜系統、膜厚度控制系統、收卷輥、供熱系統、溫度控制系統、溶劑處理系統以及臺式恒溫室組成。

【技術特征摘要】
1.一種靜電紡絲制膜裝置，其特征在于是一種臺式靜電紡絲制膜裝置，由噴頭組、料糟、供料系統、直流高壓電源、噴頭組運動控制系統、成膜系統、膜厚度控制系統、收卷輥、供熱系統、溫度控制系統、溶劑處理系統以及臺式恒溫室組成。2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于成膜系統，由圓形鋼帶(5)、兩個相同直徑的上支撐圓輥(3)和下支撐圓輥(4)、支架(6)、調速電機和轉速控制系統組成。3.根據權利要求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)垂直固定在臺面上。4.根據權利要求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，以調節圓形鋼帶張力；下支撐圓輥(4)與調速電機相連，電機轉動帶動下支撐圓輥轉動，繼而圓形鋼帶(5)轉動...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉昌炎，劉鋼，劉冉，
申請(專利權)人：劉鋼，劉冉，
類型：發明
國別省市：北京;11