[发明专利]一种宏量制备纳米纤维的静电纺丝装置及方法

说明书

本发明涉及一种宏量制备纳米纤维的静电纺丝装置及方法，属于静电纺丝技术领域。一种宏量制备纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于：由高压静电发生装置、一个以上的射流发生装置和纤维收集装置组成，正高压静电发生器与射流发生装置的纺丝轴相连，负高压静电发生器与纤维收集装置的支撑板相连；射流发生装置包括半圆柱形的储液槽、安装在储液槽中的可旋转的纺丝轴、与储液槽连接的供液模块和带动纺丝轴旋转的动力模块，其中纺丝轴为圆柱状，轴身上排列有以轴心向外放射状分布的锥体；纤维收集装置能上下移动调节与射流发生装置的相对距离。本发明降低了电压要求，能大幅提高纳米纤维制备效率，并能获得不同形态、不同孔隙率的纤维网结构。

技术领域

本发明涉及一种宏量制备纳米纤维的静电纺丝装置，特别涉及一种宏量制备纳米纤维的静电纺丝装置及方法。

背景技术

静电纺丝是近十几年来被广泛研究开发和使用的制备纳米纤维的一种新技术，具有操作工艺简单以及较广泛的适用性等特点，具体原理是将制备好的聚合物复合溶液形成射流，在高压电场的拉伸作用以及射流内部电荷的排斥作用下，射流被细化后发生劈裂，最终形成纳米纤维并沉积在收集装置上。

目前使用的静电纺丝技术主要有两种，一是针式静电纺丝技术，通过针头中的喷丝嘴将溶液喷出形成射流，其缺点是单针头纺丝效率低，增加针头的个数虽然可以提高纺丝产量，但针头间距的限制会造成设备体积庞大，电场分布不均匀，纤维不能连续生产等问题，而且纺丝针头易堵塞，不易清洗；二是无针静电纺丝技术，使射流在自由液体表面自发形成，无需毛细作用力影响，使其产量得到极大提高，从而实现纤维批量化生产，但发生电场所需电压较高，且电极的形状会对纺丝区域的电压和电场分布造成一定的影响。并且两种静电纺丝技术都使用静止的金属板或导体作为收集装置，其缺点是在连续纺丝、成型区高度调节和纳米纤维的收集上并不方便且效果不好，甚至是存在纳米纤维出现的短时重复涂覆和长时无涂覆的问题，最终导致收集的纳米纤维微观结构无序排列，牢固性及强度较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有着合理形状的射流发生装置、能调节纤维收集装置高度并比现有技术节能的宏量制备纳米纤维的静电纺丝装置及方法。

技术方案：

一种宏量制备纳米纤维的静电纺丝装置，由高压静电发生装置、一个以上的射流发生装置和纤维收集装置组成，纤维收集装置位于射流发生装置上方；高压静电发生装置包括正负两台高压静电发生器，正高压静电发生器与射流发生装置的纺丝轴相连，负高压静电发生器与纤维收集装置的支撑板相连；射流发生装置包括半圆柱形的储液槽、安装在储液槽中的可旋转的纺丝轴、与储液槽连接的供液模块和带动纺丝轴旋转的动力模块，其中纺丝轴为圆柱状，轴身上排列有以轴心向外放射状分布的锥体；纤维收集装置包括伸缩架、支撑板、卷取装置和基布，安装在装置上方的伸缩架带动支撑板和基布上下移动以调节与射流发生装置的相对距离。

进一步地，正高压静电发生器产生高压静电的范围为0～80KV，负高压静电发生器产生高压静电的范围为0～-50KV。

进一步地，纺丝轴距储液槽内液体表面的垂直高度不低于3mm，下半部分的锥体浸入储液槽的溶液中；转动速度由动力模块调节，范围为1-100r/min。

进一步地，锥体为三角锥或四角锥或圆锥，高度范围为2.5-5mm，锥体顶端之间的间距范围为2-10mm。

进一步地，供液装置为大针筒，储存的纺丝液为聚合物溶液或多元共混溶液或熔体。

进一步地，所述支撑板安装在伸缩架上，为带孔洞的金属板，通过调节伸缩架能在5-50cm范围内改变支撑板和基布与纺丝轴的垂直距离；基布为非织造布或锡箔或织物，两端固定在卷取装置上，中间经过支撑板下端，由卷取装置带动进行水平卷动，卷取装置的卷绕速度范围为1-80r/min。

一种宏量制备纳米纤维的方法，使用了上述的静电纺丝装置进行纳米纤维的制备。