[发明专利]一种纳米无机盐纤维熔融静电纺丝制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及静电纺丝技术领域，具体来说，涉及一种纳米无机盐纤维熔融静电纺丝制备方法。

背景技术

随着科技的发展，纳米纤维的研究业已成为前沿研究领域之一。纳米纤维在各种应用领域均存在巨大的应用潜力，例如，生物医学（组织工程，创伤敷裹），过滤（海水淡化，PM2.5治理），复合材料（军事航海、航空领域空气涂层（纳米材料可以在船体形成一层气层，减小阻力）），传感和化学催化领域。尽管纳米纤维潜在的应用领域较大，但是，现在纳米材料的发展受到了限制。

然而，目前存在的问题主要有以下四点：

1）现有技术中，静电纺丝的对象都为聚合物高分子材料，这一类材料都易被氧化，寿命低，难以循环使用；

2）现有技术中，静电纺丝很难从高熔点或高表面张力的非聚合物材料中制备纳米纤维；

3）传统玻璃纳米纤维的生产工艺，效率低、能耗高、不均匀、无顺序、不可控；

4）在应用传统溶剂法静电纺丝得到的纳米材料中，溶剂分子可能掺入纺丝中，从而带来中毒危险以及对环境的破坏，同时溶剂法静电纺丝有—些附属但必要的工艺（如将多羟基化合物和异氰酸盐加入到聚氨酯中或者回收大多数的溶剂），这些工艺会耗费大量的成本。

在目前的研究过程中，针对上述问题，目前尚无有效地解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种纳米无机盐纤维熔融静电纺丝制备方法，能够实现高效、精确地在非溶剂环境下，制备高熔融温度的无机非金属盐类纳米纤维。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种纳米无机盐纤维熔融静电纺丝制备方法，该方法包括以下步骤：

建立温度场：采用石墨管作为无机盐材料的导热载体，对石墨管进行加热，加热温度大于无机盐材料的熔融温度；

建立压力场：在所述石墨管前端设置喷头且内部设置有柱塞结构，以对石墨管内部的无机盐熔融液进行喷吐，喷头直径1mm；

建立静电场：采用所述石墨管作为正电极，并与高压静电发生器输出端相连，采用辊筒作为负电极，建立静电场，石墨管的喷头距辊筒轴线距离为5-100mm，电压为3～5万伏特；

静电纺丝：通过所述温度场制备无机盐熔融液，通过所述压力场实现无机盐熔融液从喷头进行喷吐，喷吐后的无机盐材料进入所述静电场并带上静电，并在纺丝方向吹冷的惰性气体，无机盐材料在静电场内进行迅速拉伸，形成纳米纤维；

接收纤维：通过所述辊筒作为纤维接收器，辊筒转速20000rpm。

进一步地，所述方法还包括所有制备过程都是在真空状态下完成。

进一步地，所述无机盐材料为SiO₂材料。

进一步地，所述温度场的加热温度不小于1500℃。

进一步地，所述温度场的建立是采用在所述石墨管的外壁设置高频加热线圈进行加热。

进一步地，所述高频加热线圈外围设置有隔热材料。

优选地，所述柱塞结构为石墨材料，所述喷头为钨丝针式喷头。

优选地，所述静电场建立过程中，所述石墨管作为发射电极，通过石墨胶与所述高压静电发生器输出端相连。

进一步地，所述发射电极的电位通过信号发生器控制，且所述信号发生器与所述发射电极间连接有高压放大器。

进一步地，所述喷头的尖端上施加三角波直流偏置电压，所施加的电压在20到80KV之间。

通过本发明所述的纳米无机盐纤维熔融静电纺丝制备方法，可以实现以下优点：

1）不使用溶剂，是一种绿色制造方法；

2）熔融静电纺丝得到的纳米材料即为最终产品，生产工艺简单、无杂质、可制备表面光滑且连续的微/纳米纤维；

3）熔融静电纺丝法制备的无机非金属盐类纳米纤维耐氧化、寿命长、可重复使用；

4）熔融静电纺丝制备的纳米纤维为可控、有序、连续结构，传统熔喷法无法实现，为三维直写建构立体微纳米结构打下基础；

5）熔融静电纺丝法可以改变现有技术中只能生产聚合物高分子材料纳米纤维的现状，推动高熔点或高表面张力的无机非金属盐类向着纳米级方向发展。

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。