[发明专利]一种磁场辅助的聚合物熔体静电纺丝装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝装置，特别是适合于聚合物熔体的静电纺丝装置。

背景技术

静电纺丝又称电纺，从其发现到现在已有将近100年的历史。早在1934年Anton Fomhals就已经在专利中报道了高压静电场纺丝，然而直到1993年，这一技术才被定义为静电纺丝技术。近些年来，随着纳米科技的升温，静电纺丝技术已成为当今最热门的研究领域之一。目前已有三十多种聚合物成功通过静电纺丝的方法制得超细的纤维，最细的纤维直径可以达到几十纳米。静电纺丝的原理可简述为，在高压静电场下，聚合物溶液或熔体在电场力的作用下，从毛细管末端形成细流飞向接收装置，细流在到达接收装置前产生高度的拉抻，溶液的溶剂蒸发或熔体固化，最后在接收装置上形成超细的纤维。目前关于静电纺丝的研究大多都集中在溶液静电纺丝上，而对于聚合物熔体的静电纺丝的研究则很少。目前国内针对聚合物熔体的静电纺丝专利还没有。

基于溶液的静电纺丝虽然可以纺出细至几十纳米的纤维，但它由于使用溶剂而出现一系列的问题：(1)溶剂的回收问题。由于用于溶液静电纺丝的溶剂一般都是有毒的，所以必须回收。溶剂回收困难是阻碍溶液静电纺丝工业化的原因之一。(2)应用于生物医药领域的安全问题。由于在纤维上可能有残留的溶剂，因而当其应用于生物医药领域就会出现安全的问题。(3)一些聚合物如聚丙烯和聚乙烯，在室温下找不到适当的溶剂配成溶液。这是溶液静电纺丝的局限之一。(4)溶剂的蒸发导致纤维表面不光滑，甚至出现缺陷。这会影响到静电纺丝纤维在纤维复合材料增强领域的应用。(5)产量低，0.01g/min。用于静电纺丝的溶液中溶剂占很大的比重，一般都在90％以上。静电纺丝过程，占溶液大部分的溶剂都蒸发掉了，因而产量极低。这也是溶液静电纺丝难于工业化的原因之一。6)昂贵的溶剂的使用会增加成本。溶液静电纺丝还存在一个很严重的问题，喷丝孔极容易堵塞。这也是溶液静电纺丝不能连续大量生产的原因之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁场辅助的适用于聚合物熔体静电纺丝的装置。本发明由于不需要借助溶剂就能顺利进行纺丝，因而可以解决溶液静电纺丝由于使用溶剂而出现的一系列问题。在本发明中，毛细管在纺丝过程中一直处于高温的环境中，不会出现堵塞的现象，因而可以实现连续大量的生产。本发明提出的用于熔体的静电纺丝装置由于解决了以上问题，因而与溶液静电纺丝相比具有更经济、更环保、更安全、生产率高，易于实现工业化的优点。

本发明提供的一种磁场辅助的聚合物熔体静电纺丝装置的技术方案，采用了由接收装置(1)、磁场装置(2)、毛细管(3)、喷嘴(4)、螺钉(5)、加热圈(6)、料筒(7)、活塞轴(8)、加压装置(9)、端盖(10)、温度传感器(11)、温控装置(12)、高压静电发生器(13)等组成的静电纺丝装置。接收装置(1)位于毛细管(3)正下方，接收装置(1)连接高压静电发生器(13)的正极输出端，高压静电发生器(13)的另一电极接地。磁场装置(2)由两对N极S极相对着的永久磁铁沿一个角度在同一个平面上交错放置组成，磁场装置在毛细管与接收装置之间形成一个平行于电场的方向近似均匀的磁场。毛细管(3)与喷嘴(4)采取锥面配合，毛细管通过引出导线与大地相接。喷嘴(4)与料筒(7)通过4个在圆周方向均布的螺钉(5)连接，喷嘴(4)与料筒(7)也可以直接通过螺纹连接等其它连接方式或加工成一体。用于加热聚合物熔体的电加热圈(6)包覆在料筒(7)表面，加热圈(6)的电源端子通过导线接到温控装置(12)上。温度传感器(11)与料筒(7)采用螺纹连接，温度传感器(11)的接线端通过导线接到温控装置(12)上。端盖(10)与活塞轴(8)采用螺纹等连接，或两者加工成一体。活塞轴(8)可在料筒(7)内上下往复运动。加压装置(9)放在端盖(10)正上方。

本发明适合于聚合物熔体的静电纺丝，聚合物可以聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等热塑性材料，纺丝原料可以是聚合物颗粒料或粉料或切片或熔体。接收装置可以采取多种形式如导电平板、导电网、卷筒等。磁场装置中的永久磁铁也可以用通电线圈来代替。毛细管采用金属等导电材料制成，其内径小于1mm。加压装置可以通过加砝码的方式实现或采用微量推进器。高压静电发生器(13)的输出极为正极。