用于均匀生产纳米纤维膜的旋转式纺丝模组
阅读说明：本技术 用于均匀生产纳米纤维膜的旋转式纺丝模组 (Rotary spinning module for uniformly producing nanofiber membrane ) 是由 董祥 于 2021-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于均匀生产纳米纤维膜的旋转式纺丝模组,包括模组底座、旋转机构、针式纺丝单元以及动力机构；旋转机构设置于模组底座上,其包括环形导轨以及由一主动轮、一从动轮和同步皮带组成的同步带机构；环形导轨上可滑动地设置有多个滑块,滑块连接于同步皮带上,每个滑块上均固定连接有纺丝单元安装板；针式纺丝单元安装于纺丝单元安装板上,其包括溶液仓以及针头安装底板；溶液仓的侧面上设有纺丝溶液接头和高压静电接线柱,针头安装底板安装于所述溶液仓的上侧,且针头安装底板上安装有多个纺丝针头；动力机构安装于模组底座上,用于带动所述主动轮旋转。本发明的旋转式纺丝模组,能够高效率地生产膜面网面均匀的静电纺纳米纤维材料。(The invention discloses a rotary spinning module for uniformly producing a nanofiber membrane, which comprises a module base, a rotating mechanism, a needle type spinning unit and a power mechanism, wherein the rotating mechanism is arranged on the module base; the rotating mechanism is arranged on the module base and comprises an annular guide rail and a synchronous belt mechanism consisting of a driving wheel, a driven wheel and a synchronous belt; a plurality of sliding blocks are arranged on the annular guide rail in a sliding manner, the sliding blocks are connected to the synchronous belt, and each sliding block is fixedly connected with a spinning unit mounting plate; the needle type spinning unit is arranged on the spinning unit mounting plate and comprises a solution bin and a needle head mounting bottom plate; a spinning solution joint and a high-voltage electrostatic binding post are arranged on the side surface of the solution bin, a needle head mounting bottom plate is mounted on the upper side of the solution bin, and a plurality of spinning needle heads are mounted on the needle head mounting bottom plate; the power mechanism is arranged on the module base and used for driving the driving wheel to rotate. The rotary spinning module can efficiently produce the electrostatic spinning nano-fiber material with uniform film surface and mesh surface.)
技术领域
本发明涉及静电纺丝技术领域，具体涉及一种用于均匀生产纳米纤维膜的旋转式纺丝模组。
背景技术
1934年，Formhals发明了用静电力制备聚合物纤维的实验装置并申请了专利，其专利公布了聚合物溶液如何在电极间形成射流，这是首次详细描述利用高压静电来制备纤维装置的专利，被公认为是静电纺丝技术制备纤维的开端。Formhals使用了类似于注射器针头的中空管型喷丝头。
随着静电纺丝技术的发展，高压静电纺纳米纤维为功能性服装面料、电池隔膜、液体过滤、空气过滤方面的应用提供了全新的膜技术解决方案。
纳米纤维膜在高端服装功能性面料及电池隔膜、水过滤膜产品的均匀性和生产效率是针式静电纺的两大突出问题。量产化设备技术的限制，使纳米纤维制品存在膜面和网面纳米均匀性问题，同时也存在生产效率低的问题。功能性服装面料、电池隔膜、液体过滤对纳米纤维膜克重要求大于5g/m2，而现有的静电纺设备的生产效率低下，只适合生产小于1g/m2滤材，无法工业大批量生产大于5g/m2纳米纤维膜。
另外，用于功能性服装面料的纳米纤维膜如果膜面均匀性差会直接影响成衣的防水、保暖、透气、透湿等关键性能。用于空气过滤、液体过滤的膜和/或网如果均匀性差，会直接影响过滤效率的稳定。当前国内外静电纺设备分为无针静电纺设备和有针静电纺设备，无针式静电纺设备，如Elmarco公司的和CN 104532482A的无针生产线，其同时采用了钢丝纺丝方式，并封闭了溶液体系。但是当制备高效率级别的纳米纤维空气滤料或液体离子过滤纳米纤维膜时，由于要求孔隙小、纤维细，溶液粘度较低情况下溶液黏附在钢丝上的量很少，造成生产效率低下或根本无法正常纺丝。公开号为CN105019042A的中国专利公开的有针静电纺设备能够解决溶液体系粘度低不能正常问题，其针头布置数以万计，若干针头组合成纺丝模块，从而可以实现规模化生产。为了实现纺丝的均匀性，纺丝模块在接收屏下以Y轴方向左右移动，但是在换向的过程中，受纺丝模块自身重量影响，纺丝模块的左右移速度受到限制。要实现高生产效率，接收装置和后面收卷速度需要加快，这样在纺丝的过程中易出现不均匀的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种旋转式纺丝模组，在静电纺丝生产中该纺丝模组能够匀速地运行在接收装置下方，且速度可控；该纺丝模组中设置有多个针式纺丝单元，从而能够高效率地生产膜面网面均匀的静电纺纳米纤维材料。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明提供了一种用于均匀生产纳米纤维膜的旋转式纺丝模组，包括模组底座、旋转机构、针式纺丝单元以及动力机构；
所述旋转机构设置于模组底座上，其包括环形导轨以及由一主动轮、一从动轮和同步皮带组成的同步带机构；所述环形导轨上可滑动地设置有多个滑块，所述滑块连接于所述同步皮带上，由所述同步皮带带动沿环形导轨滑动；每个滑块上均固定连接有纺丝单元安装板；
所述针式纺丝单元安装于所述纺丝单元安装板上，其包括一用于储存纺丝液的溶液仓，以及针头安装底板；所述溶液仓的侧面上设有纺丝溶液接头和高压静电接线柱，所述针头安装底板安装于所述溶液仓的上侧，且所述针头安装底板上安装有多个纺丝针头；
所述动力机构安装于所述模组底座上，用于带动所述主动轮旋转。
进一步地，所述纺丝单元安装板通过连接机构与所述同步皮带固定连接。
进一步地，所述纺丝单元安装板由绝缘工程塑料制备而成，所述连接机构为304不锈钢机加工件。
进一步地，所述同步皮带为全圆弧齿轮同步带或半圆弧齿同步带。
进一步地，所述环形导轨的中部设置有液电一体组合滑环。
进一步地，所述纺丝单元安装板上固定有安装基座，所述针式纺丝单元通过一支撑杆固定连接于所述安装基座上。
进一步地，所述针头安装底板上安装有2-1000个纺丝针头，所述纺丝针头呈矩阵式排布于所述针头安装底板上。
进一步地，所述安装基座、支撑杆、溶液仓和针头安装底板均由绝缘工程塑料制备而成。
进一步地，所述绝缘工程塑料为PP、POM或PEEK。
进一步地，所述高压静电接线柱为全铜航空快接头，所述纺丝溶液接头为机加工PEEK快拧接头。
进一步地，所述动力机构包括一伺服电机，所述伺服电机的前端安装有减速机，所述减速机的前端设置有联轴器，所述主动轮安装于所述联轴器上。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明的用于均匀生产纳米纤维膜的旋转式纺丝模组，纺丝模组安装在旋转机构中，从而在静电纺丝生产中，纺丝模组可以匀速地运行在接收装置的下方，且由于无需频繁换向，纺丝模组的速度可设置得更高，因此提高了纺丝的均匀性；另外，在纺丝模组中设置多个针式纺丝单元，能够高效率地生产膜面网面均匀静电纺纳米纤维材料。
2.本发明的旋转式纺丝模组，能够高效率、规模化地生产纳米纤维膜和网，且产品的均匀性优良，服装用功能性纳米膜面料静态水压高、透气性能优异、克重低、服装面料轻薄。
3.本发明的旋转式纺丝模组，所生产纳米纤维膜比表面积大、孔隙率高，用于空气、液体过滤时拥有高效的过滤效率。
附图说明
图1为本发明的旋转式纺丝模组的结构示意图；
图2是旋转机构的结构示意图；
图3是针式纺丝单元的结构示意图；
图4是动力机构的结构示意图；
图5是工业化静电纺丝系统的结构示意图；
其中：100、旋转式纺丝模组；110、模组底座；120、旋转机构；121、主动轮；122、同步皮带；123、从动轮；124、环形导轨；125、滑块；126、纺丝单元安装板；127、连接机构；128、液电一体组合滑环；130、针式纺丝单元；131、溶液仓；132、针头安装底板；133、纺丝溶液接头；134、高压静电接线柱；135、纺丝针头；136、安装基座；137、支撑杆；140、动力机构；141、伺服电机；142、减速机；143、联轴器；210、环形接收装置；220、放卷机；230、收卷机；240、动力辊；250、电极板；260、高压电源；310、储液器；320、供液泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如现有技术所述，纳米纤维膜产品的均匀性和生产效率是静电纺的两大突出问题。目前，现有技术中无论是无针静电纺(如Elmarco公司的和CN 104532482A无针生产线)还是有针静电纺(如CN105019042A)均无法同时解决这两大难题。
为了解决这一技术问题，发明人经过长期研究，提出了一种用于均匀生产纳米纤维膜的旋转式纺丝模组100，该旋转式纺丝模组100能够高效率地生产膜面网面均匀的静电纺纳米纤维材料。下面结合附图详细阐述该旋转式纺丝模组100。
如附图1所示，本发明的用于均匀生产纳米纤维膜的旋转式纺丝模组100，包括模组底座110、旋转机构120、针式纺丝单元130以及动力机构140。
请参见图2，旋转机构120设置于模组底座110上，其包括环形导轨124以及由一主动轮121、一从动轮123和同步皮带122组成的同步带机构。所述同步皮带122优选为全圆弧齿轮同步带或半圆弧齿同步带，更优选为RPP8M兔齿型同步带。
环形导轨124上可滑动地设置有多个滑块125，所述滑块125连接于所述同步皮带122上，由所述同步皮带122带动沿环形导轨124滑动。优选地，所述纺丝单元安装板126通过一连接机构127与所述同步皮带122固定连接，所述连接机构127优选为304不锈钢机加工件。
每个滑块125上均固定连接有纺丝单元安装板126，所述纺丝单元安装板126优选为绝缘工程塑料制备而成的板材，所述工程塑料优选为PP、POM或PEEK，更优选为PEEK。
请参见图3，针式纺丝单元130安装于所述纺丝单元安装板126上，其包括溶液仓131以及针头安装底板132。所述溶液仓131用于储存纺丝溶液，其优选地由绝缘工程塑料板材制备而成，更优选的通过整板雕刻工艺制备。所述工程塑料板材优选为PP、POM或PEEK，更优选为PEEK。所述溶液仓131的侧面设置有一纺丝溶液接头133，通过该纺丝溶液接头133，可向溶液仓131内泵入纺丝溶液。所述纺丝溶液接头133为优选为机加工PEEK快拧接头。另外，溶液仓131的侧面还设置有一高压静电接线柱134，该高压静电接线柱134用于与外部高压连接，以使纺丝溶液带电。所述高压静电接线柱134优选为市售全铜航空快接头。
优选地，所述纺丝单元安装板126上固定有安装基座136，所述安装基座136上固定有一支撑杆137，所述溶液仓131的底面中心位置固定于所述支撑杆137上。优选地，所述支撑杆137和安装基座136均由绝缘工程塑料制备而成，所述绝缘工程塑料优选为PP、POM或PEEK，更优选为PEEK。
所述针头安装底板132安装于所述溶液仓131的上侧，且所述针头安装底板132上安装有多个纺丝针头135。所述纺丝针头135在针头安装底板132上的排布方式不限，优选地所述纺丝针头135呈矩阵式排布于所述针头安装底板132上。本发明中，对纺丝针头135的数量不限，可根据需要设置。优选地，纺丝针头135的数量为2-1000个，例如10-1000个纺丝针头135、50-1000个纺丝针头135或者100-1000个纺丝针头135。
优选地，在环形导轨124的中部设置有液电一体组合滑环128，外部的高压电源260的导线以及供液系统的管路经过该液电一体组合滑环128后，再分别与溶液仓131上的纺丝溶液接头133和高压静电接线柱134连接，从而避免了针式纺丝单元130在循环运动时，多根导线和管路发生紊乱、缠结。
所述动力机构140安装于所述模组底座110上，用于带动所述主动轮121旋转。请参见图4，优选地，所述动力机构140包括一伺服电机141，所述伺服电机141的前端安装有减速机142，所述减速机142的前端设置有联轴器143，所述主动轮121安装于所述联轴器143上。
本发明的旋转式纺丝模组100，可与供液系统、接收单元等模块组成工业化静电纺丝系统，附图5示出了所述工业化静电纺丝系统的一个典型实施例。
从图5中可以看出，该工业化静电纺丝系统中，接收单元包括一环形接收装置210，接收基材通过放卷机220放卷，经过环形接收装置210后，通过收卷机230收卷。在接收基材的上方设置有电极板250，该电极板250接地或与高压电源260的负极连接。旋转式纺丝模组100设置于接收单元的下方，其中部设置有液电一体组合滑环128，高压电源260的正极通过所述液电一体组合滑环128后，再与各针式纺丝单元130上的高压静电接线柱134连接，从而向纺丝溶液施加高压。供液系统包括储液器310与一供液泵320，在供液泵320的作用下，储液器310中的纺丝溶液经过所述液电一体组合滑环128后，再与各针式纺丝单元130上的纺丝溶液接头133连接，并注入到溶液仓131中。
上述工业化静电纺丝系统在进行静电纺丝时，在同步带机构的带动下，各针式纺丝单元130通过滑块125于环形导轨124上周期性地循环运动，与现有的纺丝单元直线往复运动相比，由于无需频繁换向，针式纺丝单元130的运动速度更快且可实现匀速运动，因此使得接收基材上的纳米纤维更加均匀。另外，在环形导轨124上可设置多个针式纺丝单元130，每个针式纺丝单元130上又可以安装多个纺丝针头135，因此能够大大提升纺丝的效率，从而能够高效率、规模化地生产纳米纤维网和膜。
采用该工业化静电纺丝系统生产的纳米纤维膜和网，均匀性优良，纳米膜水压、透气性能优异，滤材过滤效率稳定。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
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