[发明专利]纳米纤维制备装置及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及静电纺织技术领域，特别是涉及一种纳米纤维制备装置及其制备方法。

背景技术

纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料，包括纤维直径为纳米量级的超细纤维，还包括将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改性的纤维。

纳米纤维具有以下特点：

表面效应，粒子尺寸越小，表面积越大，由于表面粒子缺少相邻原子的配位，因而表面能增大极不稳定，易于其他原子结合，显出较强的活性；

小尺寸效应，当微粒的尺寸小到与光波的波长、传导电子的德布罗意波长和超导态的相干长度透射深度近似或更小时，其周期性的边界条件将被破坏，粒子的声、光、电磁、热力学性质将会改变，如熔点降低、分色变色、吸收紫外线、屏蔽电磁波等；

量子尺寸效应，当粒子尺寸小到一定时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级，此时，原为导体的物质有可能变为绝缘体，反之，绝缘体有可能变为超导体；

宏观量子的阳隧道效应，隧道效应是指微小粒子在一定情况下能穿过物体，就像里面有了隧道一样可以通过。

层次结构的超细/纳米纤维具有非常优越的性能，如碳纳米管。将层次结构超细/纳米纤维的制备方法用于制作缆绳，然而现有技术中制备的缆绳质量较重，用料偏多，缆绳强度和韧性一般。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种纳米纤维制备装置及其制备方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有层次结构的纳米纤维制备装置及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种纳米纤维制备装置，所述装置包括：若干上端开口的旋转贮液池、与所述旋转贮液池相连通的气压提供装置、与旋转贮液池相连的高压静电发生器、位于所述旋转贮液池正上方且与接地电极相连的纳米纤维收集装置，所述旋转贮液池的底面设有垂直向上的喷头，所述喷头通过导气管与气压提供装置相连通，且喷头与高压静电发生器电性导通，所述纳米纤维收集装置包括位于旋转贮液池正上方的接收装置、位于接收装置两端的导辊以及分别与两个导辊相连的卷绕辊和退绕辊。

作为本发明的进一步改进，所述接收装置设置为接收板或滚筒。

作为本发明的进一步改进，所述气压提供装置设置为气泵或手风器。

作为本发明的进一步改进，所述导气管与气压提供装置相连处高于旋转贮液池内的液面。

作为本发明的进一步改进，所述旋转贮液池为内径可调节设置的圆柱体或正方体或长方体。

作为本发明的进一步改进，所述纳米纤维收集装置与旋转贮液池上端距离设为0.1cm~100cm。

相应地，一种纳米纤维制备方法，所述方法包括：

S1、在旋转贮液池中注入用于制备纳米纤维的溶液或熔体；

S2、打开气压提供装置，提供低气压将导气管中液体排出，再加大气压，使液面出现有规律的气泡状凸起；

S3、然后打开高压静电发生器，调节电压，使液体内部和气泡表面自由电荷在高压静电作用下将被极化；

S4、纳米纤维收集装置接地形成负极，与液面之间形成电场，当电场力大于溶液表面张力时，将有射流从气泡顶端射向并沉积在纳米纤维收集装置上，形成大量的纳米纤维；

S5、纳米纤维收集装置将接收到的纳米纤维在导辊、卷绕辊和退绕辊的共同作用下带离沉积区并卷装成品。

作为本发明的进一步改进，所述气压提供装置输出的气流流速范围是0~100m/s。

作为本发明的进一步改进，所述高压静电发生器的输出电压范围是1V~100KV。

与现有技术相比，本发明纳米纤维制备装置及其制备方法能够制备层次结构的纳米纤维性能好，具有非常高的实际应用价值。纳米纤维收集装置通过导辊、卷绕辊和退绕辊的设置，能够实现纳米纤维制备的自动化生产，提高了制备产量。由此制备的纳米纤维用于制备缆绳，在缆绳相同长度时质量更轻、用料更少，在相同粗细时强度更高、韧性更强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明优选实施方式中纳米纤维制备装置的结构示意图；

图2为本发明优选实施方式中纳米纤维制备方法的流程示意图；

图3为本发明另一实施方式中纳米纤维制备装置的结构示意图。