[发明专利]一种磁力搅拌供液静电纺丝装置

说明书

技术领域

本发明用于静电纺丝技术领域，特别是涉及一种磁力搅拌供液静电纺丝装置。

背景技术

静电纺丝技术是一种制备纳米纤维的技术手段，其原理为：聚合物溶液在电场力作用下会在溶液尖端形成泰勒锥，随后泰勒锥锥尖产生电纺射流并经过电场力拉伸、溶液挥发等复杂过程，最后获得纳米纤维。静电纺丝制备的纳米纤维具有直径小、比表面积大等性能，在生物医学材料、水体过滤、电池隔膜等领域有着广泛的应用潜力。

在电纺过程中如何实现高效地供液已经成为了当前电纺技术研究领域的热点。传统静电纺丝装置采用单个或多个针头作为喷丝头进行电纺，由于针头内径小，当溶液挥发时容易出现针头滴液、堵塞现象，导致电纺中断。捷克的“纳米蜘蛛”装置采用滚筒蘸取溶液的供液方式实现电纺供液，但是，由于采用敞开式结构，溶液蒸发导致浓度变化，影响纤维质量。离心静电纺丝技术可以高效地进行静电纺丝供液，但是其喷头整体处于长期高速旋转状态，由于喷头内装有溶液或熔体，负重工作，对机械的长时间工作的稳定性要求较高，而且射流也跟随喷头旋转，因此要求收集器必须要环形排布，收集器定向布置收集较为困难。

中国专利CN101818381A提出了一种磁力搅拌静电纺丝喷头及其使用方法，采用磁搅拌装置驱动安置在喷丝头端内的旋转磁子搅动，使溶液处于流动状态，配合浮于聚合物溶液表层的金属网格线，通过搅拌产生的液面扰动，使其从扰动的液体上表面产生泰勒锥和射流，进行静电纺丝。但是，该发明的供液方式仍然为容器贮液式，上表面敞开，容易造成溶剂挥发浓度改变，造成纤维直径不均匀。另一方面，当磁力搅拌功率小时，液面扰动小，难以产生足够多的泰勒锥，而且纺丝过程不稳定，当磁力搅拌功率大时，产生打旋现象，金属圆网中心处与溶液不接触，不能产生泰勒锥。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种磁力搅拌供液静电纺丝装置，解决使用针头作为喷丝头所造成的纤维制造产量低、喷丝头易堵塞等问题和离心纺丝机械稳定性要求高，收集器定向布置收集困难的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种磁力搅拌供液静电纺丝装置，包括容器、磁力搅拌转子、驱动系统、收集装置和电源，所述磁力搅拌转子设在所述容器内，所述驱动系统可产生驱动所述磁力搅拌转子绕轴线自转以搅动容器内纺丝溶液或熔体形成旋涡的旋转磁场，所述容器具有环绕所述磁力搅拌转子并在内部形成储液腔的侧壁，位于所述磁力搅拌转子上方的侧壁上设有射流孔，所述收集装置正对所述射流孔设置，所述电源可在所述收集装置和射流孔间形成产生射流所需的电场。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述容器呈圆筒状或截面呈V形的漏斗状，所述容器的侧壁表面光滑。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述射流孔为直接开设在容器侧壁上的圆孔或狭缝，所述射流孔在容器侧壁上选择性定向布置或在多个方向阵列布置。

进一步作为本发明技术方案的改进，驱动系统位于容器的上方或下方，驱动系统的转速可调以产生不同转速的旋转磁场。

进一步作为本发明技术方案的改进，还包括可对所述容器加热的加热装置，加热装置位于容器的底部。

进一步作为本发明技术方案的改进，还包括可向所述容器内持续供入纺丝溶液或熔体的供液装置，所述供液装置通过供液管接入容器，并在容器的底部形成进液口。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述收集装置包括传送带收集器或滚筒收集器，所述收集装置与所述射流孔的距离可调。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述容器采用透明、耐腐蚀和不与有机溶剂反应的材料制成。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述电源的输出端与收集装置连接，容器内部的纺丝溶液或熔体接地，电源可提供任意波形、幅值、频率、偏置值的电压。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述电源的输出端与容器内部的纺丝溶液或熔体连接，收集装置接地，电源可提供任意波形、幅值、频率、偏置值的电压。

本发明的有益效果：本发明将磁力搅拌产生的打旋现象应用到纺丝装置中，在磁力搅拌离心力作用下，纺丝溶液或熔体会沿着容器侧壁爬升，若将射流孔置于高压电场中，射流孔会出现泰勒锥并形成射流，而消耗的纺丝溶液会由爬升的纺丝溶液不断补充，实现了连续、自动地喂液。可以稳定、连续的自主喂液，有利于纳米纤维的大规模工业化生产。

本发明利用打旋现象，利用搅拌离心力为电纺过程自动、连续地供液。由于大量纺丝溶液在容器壁爬升，在供液效率上有了极大的提高。