技术领域：
本发明属于熔体静电纺丝设备技术领域，具体涉及一种二阶微分熔体静电纺丝装置，能够实现聚合物纳米纤维的批量化连续制备。
背景技术：
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静电纺丝技术是一种高效的具有产业化前景的纳米纤维制备技术，能够利用高压静电将聚合物熔体或溶液制成超细纤维。所制备的纤维具有直径小、比表面积大以及易于实现表面功能化等优点，受到了国内外的广泛关注。
根据纺丝介质的不同，静电纺丝技术分为溶液和熔体两种：溶液静电纺丝装置不需要加热装置，设备简单，并且溶液粘度低，所纺纤维细，但是溶液中溶剂占比大，纤维产出效率低；熔体静电纺丝原材料百分之百转化成纤维，效率高，但是由于聚合物熔体粘度高，导致所制纤维较粗。
熔体静电纺丝中，利用微型挤出机可以实现微流量持续均匀供料，能够达到静电纺丝的连续化制备目的，但是相比纳米级纤维所需熔体量，微型挤出机供料速率仍然太快，难以实现纳米级纤维的批量化制备。例如：中国专利10255208.4公开的一种压电陶瓷电源式微型静电纺丝装置，主体结构包括打火机点火系统的按键、内有压电陶瓷的打火机点火系统、带有绝缘层的金属导线、接地铝箔或纤维收集屏、装有纺丝溶液的注射器、纺丝溶液和中空的不锈钢针头或纺丝喷头；装有纺丝溶液的注射器固定在空间位置或实验用支架座上，保持注射器中的纺丝溶液在压力或电场力作用下能够由纺丝喷头射出；在装有纺丝溶液的注射器一侧对应高度处固定安装顶部制有打火机点火系统按键的内有压电陶瓷的打火机点火系统，或采用另外结构的能产生高压的压电陶瓷式点火系统；点火系统的电压输出端通过带有绝缘层的金属导线与纺丝喷头电连通；纺丝喷头固定在装有纺丝溶液的注射器的最低端竖直向下，其正下方水平放置有一块作为纺丝纤维收集屏的接地铝箔；以及中国专利10028843.2公开的一种微型连续静电纺丝成型设备包括连续供液装置、静电发生器以及分别连接在该静电发生器两个输出端的喷丝嘴、收集装置，连续供液装置的柱塞泵通过连接管路同时与供液容器、喷丝嘴连接，往复式运动机构与柱塞泵连接并带动柱塞在缸体内往复运动，所述柱塞泵及其连接管路均为至少两个，所述柱塞泵分别通过各自的连接管路与所述供液容器、喷丝嘴连接；所述柱塞泵的柱塞均与所述往复式运动机构连接，并由往复式运动机构带动其中一个柱塞泵做吸进运动时，另一个柱塞泵作挤出运动。而利用分流道对熔体供给进行细分又难以保证分流的均匀性，例如：中国专利20307032.6公开的一种电磁加热熔体静电纺丝一体式流道装置包括分流板、若干安装在分流板上的气流导管、若干安装在气流导管下方且与分流板连接的喷嘴以及环绕在分流板上的线圈，所述分流板上设有若干且与气流导管一一对应的气流通孔，每个气流导管均插设在气流通孔中，每个气流导管中部设置有第一通气通孔，通气通孔贯穿气流导管，分流板上端面设有上隔热层，所述上隔热层上开设有若干与第一通气通孔一一对应的第二通气通孔，分流板和线圈之间安装有侧隔热层，所述侧隔热层与上隔热层固定连接。为了解决现有设备仍难以实现纳米级纤维批量化制备的问题，研发设计一种二阶微分熔体静电纺丝装置，实现聚合物纳米纤维的批量化连续制备，具有社会和经济效益。
技术实现要素：
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本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，研发一种二阶微分熔体静电纺丝装置，在现有的熔体供给速率下，批量化连续制备直径细小且均匀的聚合物纳米纤维，以解决熔体静电纺丝中熔体供给速率与纤维直径之间的矛盾。
为了实现上述目的，本发明涉及的二阶微分熔体静电纺丝装置的主体结构包括一阶喷头外套筒、上锥面、上加热圈、射流引导球、一阶喷头内圆柱、熔体流道、上环形腔、电极板、绝缘支架、二阶喷头外套筒、下加热圈、二阶喷头内芯、紧定螺钉、下环形腔、下锥面、纤维收集板、高压静电发生器和内锥面；内空式圆柱体结构的一阶喷头外套筒的底部有向内逐渐延伸的上锥面，一阶喷头外套筒的外壁围设有上加热圈，一阶喷头外套筒的下端圆周尖端上焊接有沿周向均匀分布的射流引导球，一阶喷头外套筒的内部设置有圆柱体结构的一阶喷头内圆柱，一阶喷头内圆柱的顶部开设有熔体流道，一阶喷头外套筒的内壁与一阶喷头内圆柱的外壁之间形成上环形腔；上锥面的下方设置有电极板，电极板搁置在绝缘支架上，电极板上沿周向等间距式内空式嵌置有圆柱体结构的二阶喷头外套筒，二阶喷头外套筒的外壁围设有下加热圈，二阶喷头外套筒的内部设置有二阶喷头内芯，二阶喷头外套筒与二阶喷头内芯通过紧定螺钉连接，二阶喷头外套筒的内壁与二阶喷头内芯的外壁之间形成下环形腔，二阶喷头外套筒的底部设置有向内逐渐延伸的内锥面，二阶喷头内芯下端设置有向外逐渐延伸的下锥面，下锥面伸出内锥面，二阶喷头内芯的下方设置有纤维收集板，一阶喷头外套筒和纤维收集板分别接地，电极板与高压静电发生器连接。
本发明与现有技术相比，采用由一阶喷头外套筒和一阶喷头内圆柱配合构成的一阶微分喷头和二阶喷头外套筒和二阶喷头内芯配合构成的二阶微分喷头共两阶喷头的结构，利用熔体微分静电纺丝的特点对熔体聚合物进行均匀细分，细分后的熔体聚合物再次进行微分静电纺丝，实现熔体聚合物的二阶微分，在二阶微分喷头锥面分布更加均匀，从而在现有熔体供给速率下，降低纤维直径，实现聚合物纳米纤维的批量化连续制备；其结构简单，原理科学可靠，聚合物熔体通过二阶微分，在同等流量下，被激发形成更多的，直径更加均匀的纤维，实现纳米纤维产业化连续生产。
附图说明：
图1为本发明的主体结构原理示意图。
图2为本发明涉及的二阶微分喷头在电极板上的分布图。
具体实施方式：
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
本实施例涉及的二阶微分熔体静电纺丝装置的主体结构包括一阶喷头外套筒1、上锥面2、上加热圈3、射流引导球4、一阶喷头内圆柱5、熔体流道6、上环形腔7、电极板8、绝缘支架9、二阶喷头外套筒10、下加热圈11、二阶喷头内芯12、紧定螺钉13、下环形腔14、下锥面15、纤维收集板16、高压静电发生器17和内锥面18；内空式圆柱体结构的一阶喷头外套筒1的底部有向内逐渐延伸的上锥面2，一阶喷头外套筒1的外壁围设有上加热圈3，一阶喷头外套筒1的下端圆周尖端上焊接有沿周向均匀分布的射流引导球4，一阶喷头外套筒1的内部设置有圆柱体结构的一阶喷头内圆柱5，一阶喷头内圆柱5的顶部开设有熔体流道6，一阶喷头外套筒1的内壁与一阶喷头内圆柱5的外壁之间形成上环形腔7；上锥面2的下方设置有电极板8，电极板8搁置在绝缘支架9上，电极板8上沿周向等间距式内空式嵌置有圆柱体结构的二阶喷头外套筒10，二阶喷头外套筒10的外壁围设有下加热圈11，二阶喷头外套筒10的内部设置有二阶喷头内芯12，二阶喷头外套筒10与二阶喷头内芯12通过紧定螺钉13连接，二阶喷头外套筒10的内壁与二阶喷头内芯12的外壁之间形成下环形腔14，二阶喷头外套筒10的底部设置有向内逐渐延伸的内锥面18，二阶喷头内芯12下端设置有向外逐渐延伸的下锥面15，下锥面15伸出内锥面18，二阶喷头内芯12的下方设置有纤维收集板16，一阶喷头外套筒1和纤维收集板16分别接地，电极板8与高压静电发生器17连接。
本实施例涉及的一阶喷头外套筒1和一阶喷头内圆柱5配合构成一阶微分喷头，一阶喷头内圆柱5的上部外径大于下部外径，使其上部挂置于一阶喷头外套筒1上；上锥面2的尖端与电极板8的上表面相距5-20mm；上加热圈3和下加热圈11分别用于加热一阶喷头外套筒1和二阶喷头外套筒10，使上环形腔7和下环形腔14内的熔体具有流动性；上环形腔7和下环形腔14的宽度均为0.5-1.0mm；二阶喷头外套筒10和二阶喷头内芯12配合构成二阶微分喷头，二阶喷头内芯12的上部为圆柱体结构，下部为圆台结构，二阶微分喷头的数量与射流引导球4的数量相同，位置相对应；下环形腔14的宽度由紧定螺钉13的旋拧调节；纤维收集板16为板状材料，能够使用旋转辊子代替。
本实施例涉及的二阶微分熔体静电纺丝装置使用时，聚合物熔体由熔体流道6进入一阶喷头内圆柱5，横向均分为2-4股后在上环形腔7内周向均匀分布后向下流动，均匀分布在上锥面2上，打开高压静电发生器17，将电压调至10-30kv，在高压静电作用下，上锥面2的尖端处形成感应电荷，感应电荷在射流引导球4的表面聚集，形成强感应电场，聚合物熔体被引导至射流引导球4的底部并激发形成射流，射流落入下环形腔14进行二次分布后在下锥面15尖端处再次带电形成多射流，射流下落冷却固化后形成纤维，落在纤维收集板16上。
技术特征：
1.一种二阶微分熔体静电纺丝装置，其特征在于主体结构包括主体结构包括一阶喷头外套筒、上锥面、上加热圈、射流引导球、一阶喷头内圆柱、熔体流道、上环形腔、电极板、绝缘支架、二阶喷头外套筒、下加热圈、二阶喷头内芯、紧定螺钉、下环形腔、下锥面、纤维收集板、高压静电发生器和内锥面；内空式圆柱体结构的一阶喷头外套筒的底部有向内逐渐延伸的上锥面，一阶喷头外套筒的外壁围设有上加热圈，一阶喷头外套筒的下端圆周尖端上焊接有沿周向均匀分布的射流引导球，一阶喷头外套筒的内部设置有圆柱体结构的一阶喷头内圆柱，一阶喷头内圆柱的顶部开设有熔体流道，一阶喷头外套筒的内壁与一阶喷头内圆柱的外壁之间形成上环形腔；上锥面的下方设置有电极板，电极板搁置在绝缘支架上，电极板上沿周向等间距式内空式嵌置有圆柱体结构的二阶喷头外套筒，二阶喷头外套筒的外壁围设有下加热圈，二阶喷头外套筒的内部设置有二阶喷头内芯，二阶喷头外套筒与二阶喷头内芯通过紧定螺钉连接，二阶喷头外套筒的内壁与二阶喷头内芯的外壁之间形成下环形腔，二阶喷头外套筒的底部设置有向内逐渐延伸的内锥面，二阶喷头内芯下端设置有向外逐渐延伸的下锥面，下锥面伸出内锥面，二阶喷头内芯的下方设置有纤维收集板，一阶喷头外套筒和纤维收集板分别接地，电极板与高压静电发生器连接。
2.根据权利要求1所述的一种二阶微分熔体静电纺丝装置，其特征在于一阶喷头外套筒和一阶喷头内圆柱配合构成一阶微分喷头，一阶喷头内圆柱的上部外径大于下部外径，使其上部挂置于一阶喷头外套筒上；上锥面的尖端与电极板的上表面相距5-20mm；上加热圈和下加热圈分别用于加热一阶喷头外套筒和二阶喷头外套筒，使上环形腔和下环形腔内的熔体具有流动性；上环形腔和下环形腔的宽度均为0.5-1.0mm；二阶喷头外套筒和二阶喷头内芯配合构成二阶微分喷头，二阶喷头内芯的上部为圆柱体结构，下部为圆台结构，二阶微分喷头的数量与射流引导球的数量相同，位置相对应；下环形腔的宽度由紧定螺钉的旋拧调节；纤维收集板为板状材料，能够使用旋转辊子代替。
3.根据权利要求1-2所述的一种二阶微分熔体静电纺丝装置，其特征在于使用时，聚合物熔体由熔体流道进入一阶喷头内圆柱，横向均分为2-4股后在上环形腔内周向均匀分布后向下流动，均匀分布在上锥面上，打开高压静电发生器，将电压调至10-30kv，在高压静电作用下，上锥面的尖端处形成感应电荷，感应电荷在射流引导球的表面聚集，形成强感应电场，聚合物熔体被引导至射流引导球的底部并激发形成射流，射流落入下环形腔进行二次分布后在下锥面尖端处再次带电形成多射流，射流下落冷却固化后形成纤维，落在纤维收集板上。
技术总结
本发明属于熔体静电纺丝设备技术领域，具体涉及一种二阶微分熔体静电纺丝装置，主体结构包括一阶喷头外套筒、上锥面、上加热圈、射流引导球、一阶喷头内圆柱、熔体流道、上环形腔、电极板、绝缘支架、二阶喷头外套筒、下加热圈、二阶喷头内芯、紧定螺钉、下环形腔、下锥面、纤维收集板、高压静电发生器和内锥面，采用由一阶喷头外套筒和一阶喷头内圆柱配合构成的一阶微分喷头和二阶喷头外套筒和二阶喷头内芯配合构成的二阶微分喷头共两阶喷头的结构，利用熔体微分静电纺丝的特点对熔体聚合物进行均匀细分，细分后的熔体聚合物再次进行微分静电纺丝，实现熔体聚合物的二阶微分。
技术研发人员：韩雯雯;陈宏波;汪传生;周怡宏;焦冬梅;刘海超
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：.11.05
技术公布日：.12.24
