[发明专利]快速制备蓬松聚合物纳米纤维的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物纳米纤维材料领域，特别是涉及一种制备蓬松聚合物纳米纤维的装置及方法。

背景技术

由于聚合物纳米纤维具有优异的隔热性能、过滤性能、吸波性能、储能性能、吸附性能等性能，使其在防寒保暖、环境工程、医药卫生、航空航天，军事防护以及建筑等领域将会得到广泛的应用，特别是蓬松纳米纤维在隔热保温方面的性能尤为突出。虽然专利申请CN102206883B公开过一种蓬松状超细纤维的制备方法，但该方法有非常大的局限性，过程繁琐，适用性差，而且所制备的纤维直径较粗，在微米级上。实际上，目前还没有快速制备蓬松聚合物纳米纤维的好方法。在这种情况下，本发明专利提出一种通过空气放大器的气体附壁放大效应，使高温热空气快速集中在静电纺丝喷头及电喷射流周围，快速去除射流中的溶剂，使电纺纳米纤维快速干燥、并沉积在收集器上形成蓬松的聚合物纳米纤维团或纳米纤维絮片。

发明内容

本发明提供一种快速制备蓬松聚合物纳米纤维的装置及利用该装置制备蓬松聚合物纳米纤维的方法，该方法简单、方便，适用于各种聚合物，而且制备的蓬松纤维直径均在纳米级。

本发明的快速制备蓬松聚合物纳米纤维的装置，包括静电纺丝装置、接收装置、热空气源及空气放大器，该热空气源置于该空气放大器的吸气口侧，静电纺丝喷头的末端在该空气放大器的出气口的中心轴上，与出气口之间的距离在0-10cm范围内可调；喷头与接收器之间的距离在0.5-3.0米之间可调。

较佳的，所述空气放大器的“引风”入口缝隙为0-2.0mm。

较佳的，所述静电纺丝装置的静电纺丝喷头是不锈钢质的针状毛细管，针状毛细管的数量为1-10支。

较佳的，所述接收装置为不锈钢网。

较佳的，所述热空气源为热风枪。

利用以上装置，本发明的快速制备蓬松聚合物纳米纤维的方法，包括以下步骤：

A.配置静电纺丝用溶液；

B.开启热风，根据不同聚合物的性质设定热风的温度；

C.开启空气放大器，使热风通过空气放大器；

D.开始静电纺丝；

E.收集蓬松纳米纤维。

较佳的，所述被加热后的热空气温度为40-120℃；静电纺丝时，高压静电场的场强为10-200kv/m。

较佳的，聚合物溶液通过塑料管输入电纺喷头，输入动力为齿轮泵、气压或液压。

所述接收装置的接收方式为动态或静态。

所述聚合物包含聚丙烯腈、聚酰亚胺、尼龙、芳香聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚乙烯醇、醋酸纤维素、聚乳酸、聚乙烯醇缩丁醛、线性聚酚醛树脂。

本发明通过空气放大器的气体附壁放大效应，使高温热空气快速集中在静电纺丝喷头及电喷射流周围，快速去除射流中的溶剂，形成的聚合物纳米纤维间没有任何的粘连，使电纺纳米纤维快速干燥、并沉积在接收装置上形成蓬松的聚合物纳米纤维团或纳米纤维絮片等。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明快速制备蓬松聚合物纳米纤维的装置的结构示意图；

图2A及图2B为本发明实施例1制备的蓬松聚丙烯腈(PAN)纤维的SEM图；

图3A及图3B为本发明实施例2制备的蓬松聚酰亚胺(PI)纤维的SEM图。

附图标记说明：1-静电纺丝喷头；2-接收装置；3-热空气源；4-空气放大器；41-吸气口；42-出气口的中心轴；43-“引风”入口缝隙；44-静电纺丝喷头与出气口之间的距离；5-蓬松纳米纤维；10-输送聚合物溶液管道。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的快速制备蓬松聚合物纳米纤维的装置及方法其具体实施方式、结构、制备方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

如图1所示，为本发明快速制备蓬松聚合物纳米纤维的装置的结构示意图，包括静电纺丝装置、接收装置2、热空气源3及空气放大器4，该热空气源3置于该空气放大器4的吸气口侧41，静电纺丝喷头1的末端在该空气放大器的出气口的中心轴42上，与出气口之间的距离在0-10cm范围内可调；喷头与接收器之间的距离在0.5-3.0米之间可调。

一实施例中，空气放大器4的“引风”入口缝隙43为0-2.0mm。