一种免堆积的离心纺丝装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及一种离心纺丝装置，属于纺织技术领域，尤其涉及一种免堆积的离心纺丝装置及其使用方法。


背景技术：

2.目前为止，制备纳米纤维的方法有许多种，如拉伸法、微相分离、模板合成、自组装、静电纺丝、离心纺丝等，其中，静电纺丝法具备操作简单的优点，但也存在制备过程中需要施加高压电场，成本高，安全问题需要额外关注，生产效率低等缺陷；而离心纺丝是指聚合物熔体或溶液借助高速旋转的装置所产生的离心力和剪切力由细孔甩出而成纤维的方法，相比较传统的静电纺丝法，离心纺丝具备更高的生产效率。
3.授权公告号为cn205617001u，授权公告日为2016年10月5日的实用新型专利公开了一种离心纺丝装置，其包括电机、纺丝头和收集棒，纺丝头安装在电机的转轴顶部并由电机带动转动，纺丝头内具有容纳纺丝液的空腔，纺丝头顶部设有注液口，纺丝头侧壁设有与所述空腔连通的喷丝孔，收集棒围绕纺丝头一圈设置，应用时，纺丝头由电机带动转动，纺丝液从纺丝头的喷丝孔中喷出，在喷丝孔与收集棒之间运动得到拉伸，同时溶剂挥发，形成纤维，通过收集棒接收得到纤维膜。虽然该设计能够实现基本的离心纺丝以得到纤维，但其仍旧具有以下缺陷：生成的纺丝纤维比较零乱，导致最终收集的纤维易发生堆积，在后续整理时会造成损失，不利于后续使用。
4.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本专利申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服现有技术中存在的纺丝收集效果较差、易发生纺丝堆积的缺陷与问题，提供一种纺丝收集效果较好、不易发生纺丝堆积的免堆积的离心纺丝装置及其使用方法。
6.为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种免堆积的离心纺丝装置，包括生成单元及其正上方设置的收集单元；所述生成单元包括多个喷头以向外甩出离心纺丝纤维；所述收集单元包括中间轴承与网格圆环，所述中间轴承的内部穿经而过有一根驱动杆，中间轴承的内侧壁与驱动杆的外侧壁进行螺纹连接，中间轴承沿驱动杆进行上下滑动配合，中间轴承的外侧壁与网格圆环的内环相连接，网格圆环的外环向外延伸；所述网格圆环上位于内环、外环之间的环面由多根金属丝相互交织而成，且交织出多个网孔；所述环面在生成单元上的投影覆盖所有喷头的出口端。
7.所述驱动杆上位于网格圆环下方的一端与下限位块相连接，驱动杆上位于网格圆环上方的一端与上限位块相连接，且下限位块、上限位块的宽度都大于中间轴承的内径。
8.所述网格圆环的外环与配重环的内环相连接，所述配重环的直径大于网格圆环的直径。
9.所述生成单元包括盛液底壳、盛液顶壳、主喷头与多个次喷头，所述盛液底壳的周边通过侧围外壳与盛液顶壳的周边相连接，盛液底壳、侧围外壳、盛液顶壳共围成一个盛液内腔，盛液顶壳的中部开设有主液口与多个次液口，且主液口与主喷头一一对应，次液口与次喷头一一对应；所述主喷头包括主喷筒与主浮片，所述主喷筒的底端经主液口与盛液内腔相通，主喷筒的顶端向上延伸，主喷筒内近其顶端的部位漂浮有一个主浮片，主浮片的面积小于主喷筒的横截面的面积，主浮片与主喷筒的内壁之间夹成有弧形的主狭缝，主浮片的底部通过至少两根主支撑丝与主喷筒的内壁相连接；所述次喷头包括次喷筒与次浮片，所述次喷筒的底端经次液口与盛液内腔相通，次喷筒的顶端向上延伸，次喷筒内近其顶端的部位漂浮有一个次浮片，次浮片的面积小于次喷筒的横截面的面积，次浮片与次喷筒的内壁之间夹成有弧形的次狭缝，次浮片的底部通过至少两根次支撑丝与次喷筒的内壁相连接；所述盛液底壳的底部开设有进液口，该进液口与进液管的一端相连接，进液管的另一端与输液筒的顶端相连接，所述输液筒的底端与旋转驱动端相连接。
10.所述主支撑丝、次支撑丝的制作材料都为金属或弹性塑料。
11.所述主浮片与次浮片的结构一致，都包括浮片底板及其上设置的多个浮片喷嘴；所述浮片底板上开设有多个贯穿的浮片通孔，所述浮片喷嘴包括片喷中筒及其两端开设的片喷顶口、片喷底口，所述片喷顶口高于浮片底板设置，所述片喷中筒经片喷底口与浮片通孔相连通。
12.所述盛液顶壳、盛液底壳的结构一致，均包括中央部与多个支臂部，所述中央部的周围与所有支臂部的内端相连接，支臂部的外端向外延伸；所述盛液顶壳的中央部上开设有主液口，所述盛液顶壳的支臂部上开设有次液口，所述盛液底壳的中央部上开设有进液口。
13.所述支臂部的数量为八个，且沿同一圆周均匀设置。
14.所述输液筒的顶端与进液管相连通，输液筒的侧围上近其底端的部位通过输液管与液源相连通，所述输液管的内部设置有上下正对的上弧形片、下弧形片，所述上弧形片向下凸起，下弧形片向上凸起，上弧形片、下弧形片的固定端均近液源设置，上弧形片、下弧形片的自由端均近输液筒设置。
15.一种上述免堆积的离心纺丝装置的使用方法，包括以下步骤：先驱动生成单元旋转，以使喷头向外甩出射流以形成离心纺丝纤维，同时，驱动驱动杆进行原地自转，以由驱动杆通过螺纹配合带动中间轴承沿驱动杆向上运行，在中间轴承上行的过程中，网格圆环的环面从平面结构被拉扯成顶窄底宽的圆锥台结构，然后驱动网格圆环作纵向的往返运动，以使圆锥台结构的环面将所有喷头罩在其内部，从而对射来的射流进行收集，进而实现离心纺丝纤维的收集。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种免堆积的离心纺丝装置及其使用方法中，在纺丝纤维生成的同时，驱动杆原地自转，以通过螺纹配合带动中间轴承沿驱动杆向上运行，从而使网格圆环的环面从平面结构被拉扯成顶窄底宽的圆锥台结构，然后由该圆锥台结构的内侧面对射来的射流进行收集，该种圆锥台结构的内部是一个圆锥台结构的内腔，所有的射流都先射向该内腔，再射至网格圆环上的金属丝上，该设计包括以下优点：首先，收集面是一个立体的圆锥台结构，利于对纤维进行分散收集，降低堆积的概率；其次，金属丝交织而成的网格能够避免纺丝纤维的堆积；再次，当环面被拉扯成圆锥台结构时，环面依然在旋转中，能对周围气场进行扰动，产生内吸力，更利于对纤维的收集，避免射流的四散，第四，驱动杆可以沿一个方向一直转动，如顺时针方向，也可以顺时针、逆时针方向依次间隔切换，从而使环面的结构沿“平面——圆锥台——平面——圆锥台”的规律循环变化，由于相邻的两个圆锥台结构的转动方向相反，每次的圆锥台结构都能对前一次圆锥台结构收集的纤维进行分散、整理，再一次降低纤维堆积的概率；最后，网格圆环在纵向的往返运动既能扩大收集范围，又能提升分散效果。因此，本发明不仅纺丝收集效果较好，而且不易发生纺丝堆积。
17.2、本发明一种免堆积的离心纺丝装置及其使用方法中，盛液内腔中装填有离心纺丝液，同时，离心纺丝液还蔓延至主喷筒、次喷筒中，并使得主浮片、次浮片都浮在液面上，此时，由于主浮片的面积小于主喷筒的横截面的面积，次浮片的面积小于次喷筒的横截面的面积，因而，主浮片与主喷筒的内壁之间夹成有弧形的主狭缝，次浮片与次喷筒的内壁之间夹成有弧形的次狭缝，应用时，当盛液底壳、盛液顶壳、主喷头、次喷头及其内部的离心纺丝液被旋转时，离心纺丝液会向外甩出，并从主狭缝、次狭缝处向外甩出射流以形成离心纺丝纤维，甩出的离心纺丝纤维会射向收集装置以被收集，可见，本设计能够同时产生多根纺丝，产量较高，而且射流除了能生成纺丝纤维之外，还能对主浮片、次浮片造成驱动，使得主浮片、次浮片在对应的主喷筒、次喷筒内不断的改变位置，以调整射流的位置与角度，发挥射流对纺丝液液面的影响，以提升生成纤维的分散性，提升纺丝效果。因此，本发明不仅产量较高，而且分散性较强。
18.3、本发明一种免堆积的离心纺丝装置及其使用方法中，主浮片的底部通过至少两根主支撑丝与主喷筒的内壁相连接，同时，次浮片的底部通过至少两根次支撑丝与次喷筒的内壁相连接，当主浮片、次浮片在旋转力或射流的作用下发生位置改变时，主支撑丝、次支撑丝会产生形变，该形变带来的回复力能够反作用于主浮片、次浮片，增加其位置改变的多样式，利于生成分散程度更好，结构更加多样化的纺丝纤维，更利于提升收集质量，避免后续整理时对产品的破坏。因此，本发明的分散性较强，产品的层次更加多样化。
19.4、本发明一种免堆积的离心纺丝装置及其使用方法中，盛液顶壳包括中央部与多个支臂部，其中，中央部的周围与所有支臂部的内端相连接，支臂部的外端向外延伸，中央部上开设有主液口以与主喷筒相连通，支臂部上开设有次液口以与次喷筒相连通，对主喷头、次喷头的布局结构进行调整，利于提升纺丝效率，增强纺丝效果，此外，当支臂部的数量为八个，且沿同一圆周均匀设置时，既能提升纺丝效率，又能避免生成的纺丝之间相互干扰，确保纺丝质量。因此，本发明不仅纺丝效率较高，而且纺丝效果较好。
附图说明
20.图1是本发明的结构示意图。
21.图2是本发明中网格圆环沿驱动杆上行时的形态变化示意图。
22.图3是本发明中网格圆环的环面变成圆锥台结构时的结构示意图。
23.图4是本发明中网格圆环的俯视图。
24.图5是本发明中盛液顶壳的俯视图。
25.图6是本发明中主浮片的运动示意图。
26.图7是本发明中主浮片的结构示意图。
27.图8是本发明中浮片喷嘴的结构示意图。
28.图9是本发明中主喷头与次喷头的相对位置示意图。
29.图10是本发明中主喷筒的一种结构示意图。
30.图11是本发明中主喷筒的另一种结构示意图。
31.图中：侧围外壳1、盛液内腔11、盛液底壳2、进液口21、盛液顶壳3、主液口31、次液口32、中央部33、支臂部34、主喷头4、主喷筒41、主浮片42、主支撑丝421、主狭缝43、浮片底板44、浮片通孔441、浮片喷嘴45、片喷中筒451、片喷顶口452、片喷底口453、次喷头5、次喷筒51、次浮片52、次支撑丝521、次狭缝53、进液管6、输液筒7、输液管71、液源72、上弧形片73、下弧形片74、旋转驱动端75、网格圆环8、中间轴承80、驱动杆81、环面82、金属丝821、网孔822、下限位块83、上限位块84、配重环85、生成单元x、喷头x1、收集单元y。
具体实施方式
32.以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
33.参见图1—图11，一种免堆积的离心纺丝装置，包括生成单元x及其正上方设置的收集单元y；所述生成单元x包括多个喷头x1以向外甩出离心纺丝纤维；所述收集单元y包括中间轴承80与网格圆环8，所述中间轴承80的内部穿经而过有一根驱动杆81，中间轴承80的内侧壁与驱动杆81的外侧壁进行螺纹连接，中间轴承80沿驱动杆81进行上下滑动配合，中间轴承80的外侧壁与网格圆环8的内环相连接，网格圆环8的外环向外延伸；所述网格圆环8上位于内环、外环之间的环面82由多根金属丝821相互交织而成，且交织出多个网孔822；所述环面82在生成单元x上的投影覆盖所有喷头x1的出口端。
34.所述驱动杆81上位于网格圆环8下方的一端与下限位块83相连接，驱动杆81上位于网格圆环8上方的一端与上限位块84相连接，且下限位块83、上限位块84的宽度都大于中间轴承80的内径。
35.所述网格圆环8的外环与配重环85的内环相连接，所述配重环85的直径大于网格圆环8的直径。
36.所述生成单元x包括盛液底壳2、盛液顶壳3、主喷头4与多个次喷头5，所述盛液底壳2的周边通过侧围外壳1与盛液顶壳3的周边相连接，盛液底壳2、侧围外壳1、盛液顶壳3共围成一个盛液内腔11，盛液顶壳3的中部开设有主液口31与多个次液口32，且主液口31与主喷头4一一对应，次液口32与次喷头5一一对应；所述主喷头4包括主喷筒41与主浮片42，所述主喷筒41的底端经主液口31与盛液
内腔11相通，主喷筒41的顶端向上延伸，主喷筒41内近其顶端的部位漂浮有一个主浮片42，主浮片42的面积小于主喷筒41的横截面的面积，主浮片42与主喷筒41的内壁之间夹成有弧形的主狭缝43，主浮片42的底部通过至少两根主支撑丝421与主喷筒41的内壁相连接；所述次喷头5包括次喷筒51与次浮片52，所述次喷筒51的底端经次液口32与盛液内腔11相通，次喷筒51的顶端向上延伸，次喷筒51内近其顶端的部位漂浮有一个次浮片52，次浮片52的面积小于次喷筒51的横截面的面积，次浮片52与次喷筒51的内壁之间夹成有弧形的次狭缝53，次浮片52的底部通过至少两根次支撑丝521与次喷筒51的内壁相连接；所述盛液底壳2的底部开设有进液口21，该进液口21与进液管6的一端相连接，进液管6的另一端与输液筒7的顶端相连接，所述输液筒7的底端与旋转驱动端75相连接。
37.所述主支撑丝421、次支撑丝521的制作材料都为金属或弹性塑料。
38.所述主浮片42与次浮片52的结构一致，都包括浮片底板44及其上设置的多个浮片喷嘴45；所述浮片底板44上开设有多个贯穿的浮片通孔441，所述浮片喷嘴45包括片喷中筒451及其两端开设的片喷顶口452、片喷底口453，所述片喷顶口452高于浮片底板44设置，所述片喷中筒451经片喷底口453与浮片通孔441相连通。
39.所述盛液顶壳3、盛液底壳2的结构一致，均包括中央部33与多个支臂部34，所述中央部33的周围与所有支臂部34的内端相连接，支臂部34的外端向外延伸；所述盛液顶壳3的中央部33上开设有主液口31，所述盛液顶壳3的支臂部34上开设有次液口32，所述盛液底壳2的中央部33上开设有进液口21。
40.所述支臂部34的数量为八个，且沿同一圆周均匀设置。
41.所述输液筒7的顶端与进液管6相连通，输液筒7的侧围上近其底端的部位通过输液管71与液源72相连通，所述输液管71的内部设置有上下正对的上弧形片73、下弧形片74，所述上弧形片73向下凸起，下弧形片74向上凸起，上弧形片73、下弧形片74的固定端均近液源72设置，上弧形片73、下弧形片74的自由端均近输液筒7设置。
42.一种上述免堆积的离心纺丝装置的使用方法，包括以下步骤：先驱动生成单元x旋转，以使喷头x1向外甩出射流以形成离心纺丝纤维，同时，驱动驱动杆81进行原地自转，以由驱动杆81通过螺纹配合带动中间轴承80沿驱动杆81向上运行，在中间轴承80上行的过程中，网格圆环8的环面82从平面结构被拉扯成顶窄底宽的圆锥台结构，然后驱动网格圆环8作纵向的往返运动，以使圆锥台结构的环面82将所有喷头x1罩在其内部，从而对射来的射流进行收集，进而实现离心纺丝纤维的收集。
43.除以上限定之外，本发明还优选以下限定：优选主支撑丝421、次支撑丝521都为金属弹簧丝。
44.优选主浮片42与次浮片52都采用金属材料或耐高温的塑料制作。
45.优选片喷中筒451为顶窄底宽的圆锥台结构，所述片喷顶口452的面积小于片喷底口453的面积。
46.优选一种上述免堆积的离心纺丝装置的使用方法，包括以下步骤：先由输液筒7通过进液管6向盛液内腔11内输送离心纺丝液，直至主喷筒41、次喷筒51中都漫延有纺丝液，且主浮片42、次浮片52都浮在液面上，再通过旋转驱动端75驱动盛液底壳2、侧围外壳1、盛液顶壳3一并转动，以带动盛液内腔11旋转，此时，在旋转力的作用下，离心纺丝液会向外甩出，并从主狭缝43、次狭缝53处向外甩出射流以形成离心纺丝纤维，甩出的离心纺丝纤维会
射向收集装置8以被收集，同时，射流会推动主浮片42、次浮片52在液面上移动，以改变主浮片42、次浮片52的位置，从而改变主狭缝43、次狭缝53的位置与形状，进而形成不同位置或角度的射流，此外，主支撑丝421、次支撑丝521的回复力会对应的作用于主浮片42、次浮片52，以改变主浮片42、次浮片52的位置。
47.本发明的原理说明如下：本发明中驱动杆81的转动，既可以是一个方向一直转动，如逆时针方向，也可以是顺时针、逆时针方向切换来操作，以造成环面82在“平面——圆锥台”之间轮流切换，且相邻的圆锥台结构的转动方向不同，每次的圆锥台结构都能对前一次圆锥台结构收集的纤维进行分散、震动、整理，从而提升对纺丝纤维的收集效果，最大程度上避免纺丝纤维发生堆积。
48.本发明中的离心纺丝液是指熔融物或溶液。
49.本发明中的盛液顶壳3优选为拱起的弧型结构，如图9所示，在这种设计中，主喷筒41不仅位于中央，而且位于最高处，同时，次喷筒51不仅围绕主喷筒41设置，而且在某一个方向上，如某一个支臂部34上，由高至低依次呈现为阶梯式排布。
50.实施例1：参见图1—图11，一种免堆积的离心纺丝装置，包括生成单元x及其正上方设置的收集单元y； 所述生成单元x包括多个喷头x1以向外甩出离心纺丝纤维；所述收集单元y包括中间轴承80与网格圆环8，所述中间轴承80的内部穿经而过有一根驱动杆81，中间轴承80的内侧壁与驱动杆81的外侧壁进行螺纹连接，中间轴承80沿驱动杆81进行上下滑动配合，中间轴承80的外侧壁与网格圆环8的内环相连接，网格圆环8的外环向外延伸；所述网格圆环8上位于内环、外环之间的环面82由多根金属丝821相互交织而成，且交织出多个网孔822；所述环面82在生成单元x上的投影覆盖所有喷头x1的出口端。
51.一种上述免堆积的离心纺丝装置的使用方法，包括以下步骤：先驱动生成单元x旋转，以使喷头x1向外甩出射流以形成离心纺丝纤维，同时，驱动驱动杆81进行原地自转，以由驱动杆81通过螺纹配合带动中间轴承80沿驱动杆81向上运行，在中间轴承80上行的过程中，网格圆环8的环面82从平面结构被拉扯成顶窄底宽的圆锥台结构，然后驱动网格圆环8作纵向的往返运动，以使圆锥台结构的环面82将所有喷头x1罩在其内部，从而对射来的射流进行收集，进而实现离心纺丝纤维的收集。
52.实施例2：基本内容同实施例1，不同之处在于：结构上：所述生成单元x包括盛液底壳2、盛液顶壳3、主喷头4与多个次喷头5，所述盛液底壳2的周边通过侧围外壳1与盛液顶壳3的周边相连接，盛液底壳2、侧围外壳1、盛液顶壳3共围成一个盛液内腔11，盛液顶壳3的中部开设有主液口31与多个次液口32，且主液口31与主喷头4一一对应，次液口32与次喷头5一一对应；所述主喷头4包括主喷筒41与主浮片42，所述主喷筒41的底端经主液口31与盛液内腔11相通，主喷筒41的顶端向上延伸，主喷筒41内近其顶端的部位漂浮有一个主浮片42，主浮片42的面积小于主喷筒41的横截面的面积，主浮片42与主喷筒41的内壁之间夹成有弧形的主狭缝43，主浮片42的底部通过至少两根主支撑丝421与主喷筒41的内壁相连接；所述次喷头5包括次喷筒51与次浮片52，所述次喷筒51的底端经次液口32与盛液内腔11相通，次喷筒51的顶端向上延伸，次喷筒51内近其顶端的部位漂浮有一个次浮片52，次浮片52的面积小于次喷筒51的横截面的面积，次浮片
52与次喷筒51的内壁之间夹成有弧形的次狭缝53，次浮片52的底部通过至少两根次支撑丝521与次喷筒51的内壁相连接；所述盛液底壳2的底部开设有进液口21，该进液口21与进液管6的一端相连接，进液管6的另一端与输液筒7的顶端相连接，所述输液筒7的底端与旋转驱动端75相连接。
53.方法上：先由输液筒7通过进液管6向盛液内腔11内输送离心纺丝液，直至主喷筒41、次喷筒51中都漫延有纺丝液，且主浮片42、次浮片52都浮在液面上，再通过旋转驱动端75驱动盛液底壳2、侧围外壳1、盛液顶壳3一并转动，以带动盛液内腔11旋转，此时，在旋转力的作用下，离心纺丝液会向外甩出，并从主狭缝43、次狭缝53处向外甩出射流以形成离心纺丝纤维，甩出的离心纺丝纤维会射向收集装置8以被收集，同时，射流会推动主浮片42、次浮片52在液面上移动，以改变主浮片42、次浮片52的位置，从而改变主狭缝43、次狭缝53的位置与形状，进而形成不同位置或角度的射流，此外，主支撑丝421、次支撑丝521的回复力会对应的作用于主浮片42、次浮片52，以改变主浮片42、次浮片52的位置。
54.实施例3：基本内容同实施例2，不同之处在于：所述主浮片42与次浮片52的结构一致，都包括浮片底板44及其上设置的多个浮片喷嘴45；所述浮片底板44上开设有多个贯穿的浮片通孔441，所述浮片喷嘴45包括片喷中筒451及其两端开设的片喷顶口452、片喷底口453，所述片喷顶口452高于浮片底板44设置，所述片喷中筒451经片喷底口453与浮片通孔441相连通。所述片喷中筒451为顶窄底宽的圆锥台结构，所述片喷顶口452的面积小于片喷底口453的面积。
55.实施例4：基本内容同实施例2，不同之处在于：所述盛液顶壳3、盛液底壳2的结构一致，均包括中央部33与多个支臂部34，所述中央部33的周围与所有支臂部34的内端相连接，支臂部34的外端向外延伸；所述盛液顶壳3的中央部33上开设有主液口31，所述盛液顶壳3的支臂部34上开设有次液口32，所述盛液底壳2的中央部33上开设有进液口21。优选支臂部34的数量为八个，且沿同一圆周均匀设置。
56.实施例5：基本内容同实施例2，不同之处在于：所述输液筒7的顶端与进液管6相连通，输液筒7的侧围上近其底端的部位通过输液管71与液源72相连通，所述输液管71的内部设置有上下正对的上弧形片73、下弧形片74，所述上弧形片73向下凸起，下弧形片74向上凸起，上弧形片73、下弧形片74的固定端均近液源72设置，上弧形片73、下弧形片74的自由端均近输液筒7设置。应用时，上弧形片73、下弧形片74的组合不仅能起单向阀的效果，而且能对盛液内腔11中纺丝液的液面稳定性进行调整。此外，还可以在转动的同时控制进液量，不仅能够起补充效果，而且还起将纺丝溶液向外推的功能，增强离心纺丝效果。
57.以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。