一种高效离心式纺丝装置
技术领域
本实用新型属于微纳米纤维纺丝设备技术领域，特别是指一种高效离心式纺丝装置。
背景技术
传统制备微纳米纤维的方法主要是湿法纺丝，但湿法纺丝厂房和设备投资费用大，不仅需要种类繁多、体积庞大的原液制备和纺前准备设备，而且需要凝固浴、循环及回收设备，其工艺流程复杂、纺丝速度较低，因而成本较高。离心纺丝技术作为一种新型技术，为微纳米纤维的制备提供了新的广阔的发展空间。离心纺丝的原理是利用喷丝器高速旋转产生的离心力使聚合物溶液或熔体甩离喷嘴并形成射流，在空气中经快速拉伸、固化后形成微纳米纤维。喷头高速旋转产生的离心力是纺丝液拉伸的主要作用力。离心纺丝克服了传统的湿法纺丝以及现在的静电纺丝在制备微纳米纤维上的限制，能够以高效、低成本制备微纳米纤维。但是，现有的离心纺丝设备由于结构上的设计缺陷，纳米纤维经常因为喷头高速旋转形成的空气漩涡而被吸入并缠绕在轴上，由此导致纺丝效率低，不能满足微纳米纤维的大量制备的需要。
实用新型内容
为解决以上现有技术的不足，本实用新型提出了一种高效离心式纺丝装置。
本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种高效离心式纺丝装置，包括：进料装置、离心纺丝喷头、喷头驱动电机、收集装置和环境控制装置；
离心纺丝喷头为带有转轴的圆筒状结构，圆筒状结构的顶部设有进料口，筒壁上沿圆筒状结构的圆周方向开设有上出丝孔组和下出丝孔组，每个出丝孔组由多个出丝孔等间距排列，每个出丝孔均安装有毫米级的出丝针头；
收集装置包括支撑底板、设于支撑底板中央的遮挡件及若干个收集板，支撑底板中央设有一通孔，遮挡件为具有一定高度且沿高度方向间隔开设有若干个凹槽的圆环结构，收集板为竖立的柱形收集板，若干个收集板活动连接于支撑板上并以通孔为中心彼此间隔排列成环形结构，收集板与离心纺丝喷头之间的相对距离可调，遮挡件的顶端高于离心纺丝喷头的下沿、低于下出丝孔组；
进料装置与进料口连接，离心纺丝喷头的转轴穿出通孔后与位于支撑底板下方的喷头驱动电机连接，离心纺丝喷头位于遮挡件的正上方。
优选的，遮挡件的顶端比离心纺丝喷头的下沿高5mm，遮挡件的顶端比下出丝孔组的出丝针头低10mm。
进一步优选的，上出丝孔组与下出丝孔组之间间隔20mm。
进一步优选的，进料装置包括储液器、加液泵、加液泵驱动电机和进料管，纺丝溶液置于储液器内，纺丝溶液在加液泵的作用下经由进料管输送给离心纺丝喷头。
进一步优选的，环境控制装置包括加热装置、除湿装置和排风装置。
更为优选的，还包括智能控制器，智能控制器分别与加热装置、除湿装置、排风装置连接，智能控制器通过变频器分别与加液泵驱动电机、喷头驱动电机连接。
最为优选的，储液器、收集板、遮挡件、进料管分别为不锈钢储液器、不锈钢收集板、不锈钢遮挡件和不锈钢进料管。
与现有技术相比，本实用新型由于设置了遮挡件，能有效避免纳米纤维因为喷头高速旋转形成的空气漩涡而被吸入并缠绕在离心纺丝喷头的转轴上，通过将收集板以离心纺丝喷头为中心呈环形等距间隔排列，增大了纤维收集的空间，从而实现离心纺丝微纳米纤维的大量制备。而且，本实用新型无需高压电场，操作条件温和，自动化程度高，简单易操作，纺丝效率高，实现大量微纳米纤维的快速高效制备。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的结构示意图。
其中：
1、储液器；2、加液泵；3、加液泵驱动电机；4、离心纺丝喷头；5、收集板；6、遮挡件；7、喷头驱动电机；8、加热装置；9、除湿装置；10、排风装置；11、变频器；12、智能控制器；13、出丝针头；14、进料管。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示：一种高效离心式纺丝装置，包括：进料装置、离心纺丝喷头4、喷头驱动电机7、收集装置、环境控制装置及智能控制器12，环境控制装置包括加热装置8、除湿装置9和排风装置10，智能控制器分别与加热装置8(优选功率600W的碳化硅加热管)、除湿装置9(优选智能化较高的“半导体晶片制冷”除湿控制装置)、排风装置10(常见的风机即可)连接，智能控制器12通过变频器11分别与加液泵驱动电机3、喷头驱动电机7连接；
进料装置包括储液器1、加液泵2、加液泵驱动电机3和进料管14，纺丝溶液置于储液器1内，纺丝溶液在加液泵2的作用下经由进料管14输送给离心纺丝喷头4；
离心纺丝喷头4为带有转轴的圆筒状结构，圆筒状结构的顶部设有进料口，筒壁上沿圆筒状结构的圆周方向开设有上出丝孔组和下出丝孔组，优选的上出丝孔组与下出丝孔组之间的间隔为20mm，每个出丝孔组由多个出丝孔等间距排列，每个出丝孔均安装有毫米级的出丝针头13；
收集装置包括支撑底板、设于支撑底板中央的遮挡件6及若干个收集板5，支撑底板中央设有一通孔，遮挡件6为具有一定高度且沿高度方向间隔开设有若干个凹槽的圆环结构，收集板5为竖立的柱形收集板，若干个收集板5活动连接于支撑板上并以通孔为中心彼此间隔排列成环形结构，可以根据工艺条件来调整收集板5与离心纺丝喷头4之间的相对距离，以控制纤维的直径、均匀度及产量，遮挡件6的顶端高于离心纺丝喷头4的下沿、低于下出丝孔组；优选的，遮挡件6的顶端比离心纺丝喷头4的下沿高5mm，遮挡件6的顶端比下出丝孔组的出丝针头13低10mm；
进料装置与进料口连接，离心纺丝喷头4的转轴穿出通孔后与位于支撑底板下方的喷头驱动电机7连接，离心纺丝喷头4位于遮挡件6的正上方；优选的，储液器1、收集板5、遮挡件6、进料管14分别为不锈钢储液器、不锈钢收集板、不锈钢遮挡件和不锈钢进料管。
工作原理：纺丝液储存于储液器1内，在加液泵驱动电机3的作用下，纺丝液由加液泵2泵入进料管14内，继而通过进料口进入离心纺丝喷头4内；喷头驱动电机7驱动离心纺丝喷头4高速旋转，在高速旋转产生的离心力作用下，纺丝液通过上下两个出丝孔组上设置的出丝针头13甩出，形成的射流在空气中经过细化、溶剂挥发等过程固化、拉伸，最终在遮挡件6的辅助作用下收集在收集板5上。
以微纳米PVP纤维的制备为例。先进行纺丝溶液的制备，称取20g PVP(分子量1300K道尔顿)溶于去离子水中并搅拌均匀、除去气泡，配成质量浓度为20％的纺丝液。将纺丝液放入储液器1内，通过智能控制器12打开加热装置8和除湿装置9，使得装置内的温度与湿度处于工艺要求的范围。启动加液泵驱动电机3，纺丝液由加液泵2泵入进料管14内，继而通过进料口进入离心纺丝喷头4内；打开喷头驱动电机7，控制其转速为6000rpm，出丝针头13处的PVP纺丝溶液在离心力的作用下形成连续射流，射流在空气中挥发溶剂固化拉伸，形成微纳米纤维，在挡板6的辅助下，可在收集板5上收集到大量蓬松的微纳米PVP纤维。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做出任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
