[发明专利]高压静电梭纳米纺丝装置

说明书

技术领域

本发明属于静电纺丝技术领域，具体涉及一种高压静电梭口纳米纺丝装置。

背景技术

静电纺丝技术是非牛顿流体在高压静电场下产生射流，形成微米乃至纳米纤维的一种技术，它是可以用来制备有机、无机以及复合纳米纤维的最直接方法。由于电纺纳米纤维在过滤、医药、环境、组织工程、器件、催化以及军事等诸多领域都有着良好的应用前景，因此有关电纺丝设备的研究在最近成为了全球学者的热点问题之一。

目前，批量化生产纳米纤维的电纺丝设备主要有三种形式：多喷头式、多管式以及辊式电纺丝法。多喷头式是将纺丝针尖进行组合，其喷射效率为0.1～1.0g/h，其缺点是生产效率低，经常出现静电干扰，纳米纤维直径均一性难以保持，喷头结构复杂易堵塞，不适合于大批量工业化生产。多管式同样具有纺丝效率低等问题。辊式静电纺丝的代表是捷克“纳米蜘蛛”技术，其纺丝效率是1～5g/分，面积密度为0.1～5g/米²，纳米纤维直径在50～300nm范围内，幅宽可达1.5米。然而，它的电纺丝溶液是处于一个纺丝槽的敞开体系中，它易受环境的气流、温度和湿度影响，有着设备结构复杂，清洗繁琐，不易维护，成本和能耗高等问题。另外，该设备生产具有产品单一性，一台设备只能定向生产一种产品，这不仅使纳米纤维产品领域的发展受到了限制，也严重影响了其工业化应用进程。

发明内容

本发明的目的是提供一种静电梭口纳米纺丝装置，其不但克服“纳米蜘蛛”技术中存在的问题，而且具有高效、低能耗、低成本、不受环境(温度/湿度)影响的优良效果，发射力强，纺丝速率高，单位时间内形成的无纺布密度大，通过改换梭口尺寸、增加梭的数目、调整纺丝电压、采用多个静电梭口串联以及并联，可以改变纳米纤维直径和无纺布的幅宽，获得面密度可调、幅宽可调、纳米纤维直径可调的多种类型无纺布，使之适合于实验室、中试以及工业化生产。

如图1，本发明所述的高压静电梭纳米纺丝装置，由非导电体储料罐8、阀门9、非导电供料管10、静电梭、非导电回料管11、非导电体溢料回收罐14、管状金属支架12、金属接收装置62、接收底物61、高压静电发生器1组成；

静电梭包括非导电梭套21和梭芯两部分，梭芯通过管状金属支架12上端的支撑安装在梭套21的内部，梭芯的四周与梭套21间均留有空隙，梭芯包括非导电储液腔3和安装在其上端面的静电梭口4，静电梭口4的上边缘高于梭套21的上表面；在储液腔3的下方、梭套21的内底部设置安装有与管状金属支架12电连接的金属高压电极22；

在非导电体储料罐8具有进料口和出料口，在其出料口上安装有阀门9，非导电供料管10的一端与阀门9密闭连接，另一端伸入管状金属支架12的底端并密闭；管状金属支架12的底端同时与高压静电发生器的一端电连接，管状金属支架12的上端伸入到梭套21的内部并支撑储液腔3；

非导电回料管11安装在梭套21的底部，其下端置于溢料回收罐14内；

金属接收装置62位于静电梭口4的上方并与高压静电发生器的另一端电连接，接收底物61附着在金属接收装置62上。

装在储料罐8中的电纺丝溶液依靠压差(重力或外加压力)经出料口、阀门9、供料管10、管状金属支架12进入储液腔3内，管状金属支架12同时作为辅助电极对电纺丝液进行极化，电纺丝液在高压静电的作用下在静电梭口4的边缘发射细流并劈裂成纳米纤维，被吸附附着在金属接收板62的接收底物61上；通过阀门9的调节使储液腔3内电纺丝液的流入量与发射量基本相匹配，静电梭口4的溢出料流入梭套21中，经回料管11进入溢料回收罐14。梭套中的金属高压电极22用于纳米纤维走向的控制，其面积与梭套21的内底表面积相等或相接近。

非导电供料管和非导电出料管的材料是非金属高介电常数材料，它可以是玻璃、塑料、陶瓷等。管状金属支架12的长度为1～20cm，中空，为铜、铝、铁等各种金属材料。

金属接收装置62的形状可以是平板或圆辊，当是平板形状时，其接收面积是金属高压电极22面积的2倍以上。接收底物61可以是各种纸张、纱布、高分子无纺布、金属板等。

本发明所述的高压静电梭纳米纺丝装置，可以在敞开体系(无箱体)进行电纺丝，也可以将高压静电梭纳米纺丝装置置于一长方箱体15内进行电纺丝，长方箱体的体积大于1m³。同时在长方箱体的底部设置有电恒温器13，由电恒温器13控制长方箱体15内的温度和湿度。电恒温器13使箱体15内的温度在10～50℃范围内、湿度在10～60％RH范围内连续变化。