[发明专利]一种大规模磁纺设备及用该设备制备微纳米纤维的方法

权利要求书

1.一种大规模磁纺设备，其特征在于，包括支架(11)，可以控制给料速率的给料装置，纺丝喷射装置和水平设置的滚筒式收集装置，所述滚筒式收集装置的收集滚筒(9)安装在支架(11)上，收集滚筒(9)与直流无刷电机(5)的输出轴对接联动，收集滚筒(9)和直流无刷电机(5)的输出轴的中心轴线相重合，直流无刷电机(5)电连接电源和控制电机转速的电机控制器(10)，所述收集滚筒(9)的表面固定有提供磁场的条形永磁铁(8)，所述条形永磁铁(8)的长轴与收集滚筒(9)的中轴线平行，所述纺丝喷射装置设置有多个纺丝喷头(3)，所述多个纺丝喷头(3)均匀排成一列，纺丝喷头(3)的喷射口指向设置于收集滚筒(9)表面的条形永磁铁(8)，且各个纺丝喷头(3)的喷射口与条形永磁铁(8)间的间距相同，所述纺丝喷射装置与供给纺丝液的给料装置相连，纺丝喷射装置还包括可带动所有纺丝喷头(3)沿收集滚筒(9)中轴线方向做往复运动的喷头驱动机构。

2.如权利要求1所述的一种大规模磁纺设备，其特征在于，所述纺丝喷射装置包括内部设置有导液槽的活动板体(12)，所述导液槽的一端封闭，另一端通过输液管(2)与给料装置相连，导液槽与所有纺丝喷头(3)连通，所述活动板体(12)的底部通过与收集滚筒(9)中轴线平行的滑轨安装在支架(11)上，所述喷头驱动机构包括固定安装于纺丝喷射装置上方支架(11)上的微型直流无刷电机(4)，安装在微型直流无刷电机(4)输出轴上的齿轮(13)和与齿轮(13)啮合的齿条(14)，所述齿条(14)与收集滚筒(9)中轴线平行，齿条(14)安装在活动板体(12)的上表面上，所述微型直流无刷电机(4)电连接控制其正反转往复运动的控制器和电源。

3.如权利要求1所述的一种大规模磁纺设备，其特征在于，所述给料装置包括微量注射泵(6)，连接微量注射泵(6)的注射器针管(1)，以及与注射器针管(1)针头相连的输液管(2)，所述输液管(2)与纺丝喷射装置相连。

4.使用权利要求1至3中任一种大规模磁纺设备制备微纳米纤维的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)铁磁流体纺丝液的配制：加入表面活性剂将磁性纳米颗粒分散到有机溶剂中配制成铁磁流体溶液，高分子聚合物溶于溶剂中配制高分子聚合物溶液，将铁磁流体溶液与高分子聚合物溶液混合制成铁磁流体纺丝液；

(2)微纳米纤维的制备：将步骤(1)制得的铁磁流体纺丝液注入给料装置中，开启给料装置，调整给料装置的给料速率，纺丝喷头(3)喷射口处的铁磁流体纺丝液液滴在磁场力的作用下形成射流与条形永磁铁(8)搭连成桥，此时打开喷头驱动机构开关和直流无刷电机(5)的电机控制器(10)开关，调节电机转速，直流无刷电机(5)带动收集滚筒(9)旋转，在磁场力作用下铁磁流体射流不断被拉出，在拉伸细化过程中伴随着溶剂挥发，在收集滚筒(9)上缠绕形成有序磁性微纳米纤维。

5.如权利要求4所述的使用大规模磁纺设备制备微纳米纤维的方法，其特征在于，步骤(1)所述的表面活性剂是十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、吐温80、油酸、烷基季铵盐中的一种；步骤(1)所述的高分子聚合物是聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚己内酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；步骤(1)所述的溶剂是氯仿、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮和水中的一种或多种；磁性纳米颗粒是γ-Fe₂O₃、Fe₃O₄、钴、镍中的一种，或者为多种磁性元素的复合磁性纳米颗粒。

6.如权利要求5所述的使用大规模磁纺设备制备微纳米纤维的方法，其特征在于，所述步骤(1)铁磁流体纺丝液的配制方法：选用十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂，将直径在20纳米的γ-Fe₂O₃磁性纳米颗粒分散到氯仿中配制质量分数为11.5％的铁磁流体溶液；配制的高分子聚合物溶液与铁磁流体溶液以1：1的比例混合制成铁磁流体纺丝液。