[发明专利]一种用于制备纳米纤维管的无喷头静电纺丝装置及方法

说明书

技术领域

本发明属静电纺丝技术领域，特别是涉及一种用于制备纳米纤维管的无喷头静电纺丝装置及方法。

背景技术

静电纺丝技术始于20世纪30年代，是一种直接生产纳米纤维的常用方法。该方法工艺流程短，操作简单，其产品多用于高效的过滤材料、生物医学材料、化学传感器等高科技领域。

传统的静电纺丝设备是将注射器挤出的聚合物溶液置于高压静电场中，带电的聚合物液滴在电场库仑力的作用下被拉伸。当电场力足够大时，聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流。细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成非织造布状的微、纳米纤维膜。传统静电纺丝方法所制备的产品用途狭窄且产量低，如果需要制备纳米纤维管，则需带有转动和横动装置的收集设备，比较费时费力。近年来，为了制备静电纺丝纳米纤维管，人们提出了不同的静电纺丝方法和装置，如东华大学专利基于复合纳米纤维的小口径管状支架静电纺丝的制备方法（申请号：201010101356.6，公开号CN 101829366A）,同济大学专利并列式静电纺丝血管收集器（申请号：200810204349.1，公开号：CN101474105A）装置都为单针头式纺丝设备，可以制得纳米纤维管状材料。前者接收装置依靠高转速（500～1000转/分钟）来达到纺丝的均匀，后者则配置横动和转动装置，因而设备配备成本高。而且，由于单针头纺丝，产量很低且容易堵塞针头，供液装置复杂，在制备医用材料时增加了感染的几率，维护较为困难。

欧洲专利（WO2005024101）设计了一种无喷头纳米纤维纺丝机：它是通过带有正电荷的金属棒旋转汲取溶液并将溶液带出到金属棒的表面以形成Taylor锥，在静电场作用下拉伸成丝接收到外面的接收装置。但实验证明，当金属棒在聚合物溶液中旋转时，在高压静电作用下，会四处飞溅，无法集中收集到接收装置。同时根据Simon L.Gorenr和S.Tomotika等人关于液体自由表面不稳定性的研究认为液滴的形成与电极自由表面的直径有很大的关系，只有电极直径小于某一临界值时才能形成稳定的液滴进行纺丝，如果上述专利电极金属棒直径较大时，溶液会在电极表面成为膜状，难以拉伸成丝；而直径较小时却又无法满足大批量生产的目的。而本发明装置，纳米纤维收集装置接有正电极，而一定细度的绝缘棒为纺丝部件，利用由外到内的纺丝方式，不仅可以通过增加电极的数目来达到成倍提高产量的目的，而且电场分布均匀，避免了电极间的干扰而引起的纤维丝飞溅，能够稳定地进行纺丝，使生产过程更加的稳定。另我们因此使用绝缘电极（玻璃棒，聚四氟乙烯棒等），防止多个导体针头或电极彼此间引起电场的相互干扰，严重影响纺丝质量和效率，同时欧洲专利（WO2005024101）所制备的产品为纳米纤维片状材料，如要制备纳米纤维管，则需添加转动和横动装置，这样更增加了设备成本与能耗。

针对以上静电纺丝装置或方法制备纳米纤维管所存在的问题，我们设计了一种用于制备纳米纤维管的无喷头静电纺丝装置及方法以克服上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于制备纳米纤维管的无喷头静电纺丝装置及方法，能够快速化均匀化制备纳米纤维管。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于制备纳米纤维管的无喷头静电纺丝装置，包括溶液槽、转轴、高压静电发生装置、接收装置管、静电纺丝端，所述溶液槽上表面开放，所述溶液槽上方设有转轴，所述转轴可导电并连接高压静电发生装置，所述转轴两端连接转动驱动装置；所述转轴左右两侧分别固定有固定装置，所述转轴外表面且位于两个固定装置之间位置包有接收装置管，所述转轴连接若干组静电纺丝端；所述静电纺丝端包括绝缘棒和两个支架，所述绝缘棒两端分别通过支架连接转轴左右两侧的固定装置。

所述转轴采用金属材料制成，长度为30～40cm，直径为2～3cm，转速为4～8r/min。

所述转轴连接2组或8组静电纺丝端。

所述支架为可伸缩支架。

所述可伸缩支架包括支架外层、支架中层、支架内层，此三层相互嵌套组成可伸缩支架。

所述转轴与绝缘棒之间距离为50～60cm。

一种用于制备纳米纤维管的无喷头静电纺丝方法，包括下列步骤：

1）将一定量的高分子聚合物溶解于溶液或去离子水中，得到高分子聚合物溶液；

2）将高分子聚合物溶液倒入溶液槽中；

3）启动转动驱动装置以驱动转轴，并带动绝缘棒绕转轴旋转；

4）确认绝缘棒在旋转到转轴正下方时，能够浸泡在溶液槽内；