[发明专利]一种多实心针电极纳米纤维非织造布生产装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝装置，具体为一种多实心针电极纳米纤维非织造布生产装置。

背景技术

纳米纤维狭义上是指直径小于100nm以下纤维，由于其直径极细，使得纤维的比表面积发生了质的飞跃，极大地提高了其表面能，从而赋予了其特殊的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，在物理(光、热、电磁等)、化学等性质方面均表现出优异特性，成为未来二十一世纪的研究热点。纳米纤维非织造布在环保过滤材料、纳米复合增强材料、组织工程支架、药物释放载体、光电器件、催化材料等方面具有广泛的应用前景。

静电纺丝是目前制备纳米纤维非织造布的最有效技术之一，该技术于1934年由美国人Formhals首先发明[A.FORMHALS.Process and apparatus for preparing artifical threads：USA，1975504[P]1934.]，其核心是在高压静电场力的作用下的聚合物溶液或熔体产生喷射射流，喷射状的纺丝细流在空气中将发生“扰动现象”又分裂成许多更微细的纤维细流，不断拉伸变细，同时细流中溶剂挥发(或熔体细流冷却)，纤维固化成形，被收集装置接受，得到纳米纤维非织造布。静电纺种类包括溶液静电纺和熔融静电纺两大类，其中溶液静电纺由于其设备及工艺简单而得到快速发展。

溶液静电纺丝机或装置主要包括喷丝头、纺丝液供给系统、高电压发生器和纤维收集板四大主要部分。传统静电纺丝机采用单金属毛细针管为喷丝头，如中国专利200420020596.3，200410025622.6，200420107832.5等所公开的技术，美国专利US6753454，US6656394，US6713011等所公开的技术。

随着静电纺纳米纤维非织造布受到工业界日益重视，传统单针管静电纺丝机由于产率较低，无法满足大规模应用的需求，已经成为制约其进一步发展的瓶颈问题。提高电纺纳米纤维产量已成为专家、学者共同关心和面对的问题。

在单针静电纺装置的基础上，许多学者开发了多针静电纺丝装置，Theron等将多个金属针管按照直线排列或矩阵排列的多喷头静电纺丝机[S.A.THERON，A.L.YARIN，E.ZUSSMAN，E.KROLL.Multiple jets in electrospinning：experiment and modeling.Polymer，2005，46(9)：2889-2899.]，国际上也出现了很多类似专利，如WO2005/073441 1、WO 2004/016839 A1、USA 6,382,526、USA，6,616,435B2等。尽管多针静电纺丝技术在产量上有了大幅提高，而且通过合理布置针的位置可以降低多针间的相互干扰等问题。但是在成千上万个针头纺丝过程中，一旦某个或多个针头出现堵塞或滴液现象，将严重影响产品的均匀性、质量，而且清理工作繁琐，影响生产。

2004年，由捷克的ELMARCO公司于制造出的旋转滚筒静电纺丝技术开创了无针静电纺丝技术的先河，并申请了专利(WO2005/024101 A1)。该技术的主要原理是在储液池中安装部分浸入溶液的旋转金属辊轴(或刻有不同花纹)，纺丝液随着辊轴的旋转带到辊轴表面，在储液池内或辊轴上施加有一高压静电，在电场力作用下辊轴表面的纺丝液形成多股射流，遍布滚筒长度方向，因而可获得较高的产量，该设备产量可达1～15g/min，纤维直径约100～1000nm，为纳米纤维工业化生产的目标实现奠定了坚实的基础。由于该纺丝喷丝区域是在辊轴表面，未使用传统的毛细金属针管，故称之为无针静电纺丝机。与针式静电纺丝相比，由于其纤维喷射方向朝上，避免了液滴的产生，而且具有较高产量。但该无针辊轴式静电纺丝设备在纺丝过程中需要比针式纺丝机更高的高压静电，其启动电压(纺丝液形成泰勒锥时的电压值)通常在40kV以上，其原因在于辊轴表面曲率较大，电场在其表面分布不集中，而且辊轴旋转时，其表面带液量较多，因此需要更高的电压来克服纺丝液的表面张力而形成泰勒锥；此外，辊轴式无针头静电纺制的纤维直径较针式电纺纤维粗，一般在300nm以上，有的甚至超过1μm；再则过高的电压值会导致击穿、漏电现象，对设备绝缘要求更高，纺丝能耗相应增加。涉及可无针头辊轴式静电纺丝装置专利还有：中国专利200410025622.6、200610036635.2、200710036447.4、200810032247.6等。