[发明专利]添加电场屏蔽装置的多喷头高压静电纺丝设备

说明书

技术领域

本发明属于高压静电纺丝技术领域，具体涉及一种添加了电场屏蔽装置的具有多尺度微/纳米纤维、多尺度微球/纤维的单组分及多组分材料同时共纺叠加的多喷头高压静电纺丝设备。

背景技术

高压静电纺丝技术是近些年受到广泛重视的微纳米纤维制备技术，通过调节实验参数，能将纤维的尺寸在几个纳米到几十微米之间任意调节，是目前制备纳米纤维材料的简单、廉价方法，所得纤维薄膜具有孔隙率高、表面积大的优点，广泛用在超过滤材料、组织工程支架等许多领域，在以往的研究中，人们大多使用单一喷头，电纺一种材料，更加关注纳米纤维的尺寸超细化和均一性问题，但是随着纤维直径的降低，其机械性能显著减弱，非常容易破碎，虽然使用碳纳米管作为增强材料，能提高材料的强度，但碳纳米管的成本较高，不适合大规模纤维制备，而使用多个喷头将微米纤维和纳米纤维同时叠加共纺在一起，则可以形成以微米纤维为骨架，以纳米纤维为填充的复合纤维膜，从而将微米纤维的高强度和纳米纤维的高表面积结合在一起，解决单一纳米纤维强度较差的问题；同时在组织工程等材料制备中，需要将多种纤维叠加在一起形成具有多种功能的薄膜，这是使用一个喷头无法解决的，而多个喷头也可以解决这个问题；此外，现有的单一喷头电纺丝装置纺丝速度较低，使用多个喷头还可以大幅度提高纺丝速度，从而实现大面积纤维薄膜的连续制备。

在以往的多喷头高压电纺丝研究中，人们大多使用一个连续转动的辊筒作为接收器，在辊筒侧面的相对位置各放置一个装有高分子溶液的喷头，然后在喷头和辊筒间同时施加一定的电压，则从两个喷头喷出的纤维随着辊筒的转动层层叠加在一起，由于两个喷头与辊筒分别形成的电场，它们彼此之间相互干扰和排斥；同时从各喷头喷出的纤维束在到达负极之前是带有电荷的，它们彼此之间是互相排斥的(同种电荷相斥)，从而使得这些纤维束在电场拉伸及本身电荷斥力的双重作用下互相不兼容，最终导致两个喷头生成的纤维只能沿着各自的电场轨迹运行，不能完全叠加或混合在一起，因此在纺丝初期混合的还较好，但随着时间的延长，就会发现，两个喷头喷出纤维的会发生分离。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，设计一种与现有文献报导均不同的新型高压静电纺丝装置，从而实现了多尺寸纤维的同时共纺叠加。

我们发明了一种多尺度电纺产物同时叠加共纺的新方法——多喷头独立电场共纺法，采取措施使得喷头之间彼此隔离，使之与辊筒之间形成相对独立电场，有效防止了多个喷头之间的彼此干扰，具有操作简单、快速、成本低廉的特点，通过控制微米纤维比例、可以调节纤维膜强度；通过调节各喷头液体种类，可以获得多功能纤维；通过调节喷头数量和液体流速，可以控制各尺寸纤维比例，应用本技术可以实现大面积纤维材料的可控、连续制备；同时还可以将多尺寸纤维和微球等多种形态电纺丝产物叠加在一起，控制纤维薄膜的表面粗糙度。

本发明所述的添加电场屏蔽装置的多喷头高压静电纺丝设备，可以包括双喷头、三喷头、四喷头以上等多种形式，整个装置包括高压电源、给料装置、喷射装置和收集装置，其特征在于：在各个喷头之间添加了电场屏蔽装置。

所述的高压电源是指输出0.1～500kV的直流电源或交流电源，可以为正高压输出或负高压输出；所述的给料装置可以采用注射泵、气压、重力、高位槽等形式；所述的喷射装置为单喷头、多喷头或平板式等多种形式，每个喷头独立地接高压电源，可以同为正极输出、也可以同为负极输出，也可以正负极交替或相间输出；所述的收集装置可以为转速可控的圆盘或辊筒，转速可以任意控制在10～10000转/min，收集装置可以接地，也可以另外连接电源，从而在喷头和收集装置间形成电场，收集装置可以为一个辊筒单独使用，也可以两个或多个辊筒并联使用；所述的电场屏蔽装置是指安装在收集装置轴上的绝缘平板，起到将各喷头与辊筒间所形成电场彼此屏蔽、减少干扰的作用，可以为绝缘电木板、塑料、纸张、纤维布、玻璃、有机玻璃等；所属的电场屏蔽装置除使用安装在辊筒轴上的平板结构以外，还可以为环绕在各个喷头外面的锥形结构、立方体结构、柱形结构或筒形结构；喷射装置可以单独安装在辊筒的周围，也可以单独安装在连接多个辊筒之间的铝箔、纤维布、或金属网上方；还可以同时安装在辊筒周围和铝箔(或纤维布、金属网)上方。