[发明专利]一种规模式制备微纳米纤维的静电纺丝装置

说明书

技术领域：

本发明属于静电纺丝装置技术领域，涉及一种能够快速、大规模制备微纳米纤维的线状喷头结构的静电纺丝装置，特别是一种规模式制备微纳米纤维的静电纺丝装置。

背景技术：

静电纺丝方法制得的纳米纤维材料具有比表面积大、孔径尺寸小等特点，这些纤维材料在高效过滤材料、生物医用材料、高精密仪器、防护材料、纳米复合材料等领域均有很好的应用前景。然而，目前其生产装置仍以单针头静电纺丝装置为主，其生产率极低（0.1-1克/小时），主要用于科学研究，难以满足工业化、产业化需要。近几年，各国科学家及相关专业研究人员均在对此问题进行攻关，依据多射流的获得来提高产量的思路，先后提出了改制单针头、多针头、无针头的静电纺丝装置。考虑到针头供液的易堵性，及多针头排列的结构复杂性，无喷头静电纺丝装置得到了广泛的关注。目前，世界上有些研究者的结果已经使静电纺丝初步从实验室走向了应用的阶段，比较有代表性的是捷克利贝雷茨技术大学与爱勒马可（ELMARCO）公司合作生产的纳米纤维纺丝机“纳米蜘蛛”，其制备的纳米纤维毡已经初步进入了商业应用阶段，该纺丝机消除了喷丝头的限制，提高了静电纺丝的生产效率；但是该技术还没有十分完善，它对纺丝液的要求苛刻，静电纺丝所需要的电场强度很大；它还需要有真空装置和吹风装置等辅助系统来完成纺丝过程；该纺丝装置结构比较复杂，纺丝工艺要求高，而且圆筒上的薄膜极易越来越厚，不易于泰勒（Taylor）锥的形成。国内有很多高校及科研院所也在从事静电纺丝规模化的研究，例如：中国专利“共轴复合连续纳/微米纤维的多喷头静电纺丝装置”（专利申请号200310109222）中提到的纺丝装置通过增加喷头一定程度上增加了纺丝量，但是该设备结构比较复杂，工艺不容易控制，喷出丝后，溶剂不易及时挥发，可能导致纤维间相互粘连在一起，造成纤维粗细不均匀等缺点；中国专利“超细聚合物纤维高速气吹静电纺丝复合制备方法及装置”（专利申请号200710009595）通过高速气流提高静电纺丝速度，与单针头纺丝相比速度可以提高10倍以上，具有较好应用前景,但该专利对外界条件（高速气流）依赖性强，且结构相对复杂。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计制作一种可用于规模式制备微纳米纤维的静电纺丝装置，以细的金属链条为纺丝喷头，通过细的金属链条的传动实现纺丝溶液在金属链条的涂覆，加上高电压后会在金属链条上形成一维方向上的喷丝，通过增加射流数目，达到提高纺丝产量的效果。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括供液釜、绝缘导管、供液泵、绝缘驱动滑轮、直流电机、绝缘基座、金属链条、调速器、纺丝收集极、金属棒电刷、高压电源正极、绝缘被动滑轮、高压电源负极、高压电源、微纳米纤维和绝缘杆；箱式结构的供液釜中盛有静电纺丝前驱体溶液，对称安装的两个供液泵与供液釜管道连通，从供液釜中抽取溶液，并分别通过各自的直径为2-4mm的绝缘导管向宽度为1-4mm的金属链条上的不同位置均匀输送纺丝溶液；板式绝缘基座上侧面左端安装有直流电机，板式绝缘基座的前侧边中心处制有调速器，调速器用以控制固定于绝缘基座上的直流电机的转速；板式结构的绝缘基座的长×宽×高分别为500×80×5mm，半径为10-20mm的绝缘驱动滑轮固定在直流电机的轴上并同步连动，绝缘被动滑轮的半径为10-20mm，固定安装在绝缘基板上侧面右端直立的绝缘杆上，绝缘被动滑轮绕绝缘杆自动转动，金属链条环绕在驱动滑轮和被动滑轮之间，两个滑轮的中心之间的距离为400-600mm，直流电机的转动通过两个绝缘滑轮转化成金属链条的传动；直立式固定在绝缘基座右端后侧的金属棒电刷的上端与金属链条滑动接触，金属棒电刷的下端牢固固定在绝缘基座上，并通过高压电源正极与高压电源的输出正极电相连，将来自于高压电源的电荷导入到金属链条上；纺丝收集极与高压电源负极电相连，纺丝收集极的几何尺寸的长×宽×高为600×100×5mm，纺丝收集极与绝缘基座之间悬空式对应平行固定安放，两者的平行间距能够在10-100cm之间调节，以便收集静电纺丝制备的微纳米纤维。