[发明专利]无喷头式静电纺丝装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种无喷头式静电纺丝装置及其使用方法，涉及静电纺丝技技术领域。该装置包括圆柱芯体、圆柱壳体、转轴、圆柱形接收装置、驱动装置和高压静电发生器，圆柱芯体具有实心结构，圆柱壳体具有中空结构，圆柱芯体设于中空结构内并与圆柱壳体同心，圆柱芯体上底面与圆柱壳体上底面连接，圆柱芯体下底面与圆柱壳体下底面连接，圆柱芯体侧面与圆柱壳体侧面形成环状溶液槽，圆柱壳体侧面均匀设有预设数量微孔，圆柱壳体设于中空凹槽结构内；转轴上部与圆柱壳体底部固定连接，转轴下部与驱动装置可传动连接；高压静电发生器正极与圆柱壳体底部相连，负极与圆柱形接收装置相连。该装置具有静电纺丝效率高，生产的纳米纤维膜厚度均匀的优点。

技术领域

本发明涉及静电纺丝技术领域，特别涉及一种无喷头式静电纺丝装置及其使用方法。

背景技术

静电纺丝技术始于20世纪30年代，是一种直接生产纳米纤维的常用方法。该方法工艺流程短，操作简单，其产品多用于高效的过滤材料、生物医学材料、化学传感器等高科技领域。

传统的静电纺丝设备是将注射器挤出的聚合物溶液置于高压静电场中，带电的聚合物液滴在电场库仑力的作用下形成泰勒锥被拉伸，当电场力足够大时，聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流，细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成非织造布状的微纳米纤维膜。

传统静电纺丝方法所制备的产品用途狭窄且产量低，近年来人们提出了不同的静电纺丝方法和装置，如单喷头、多喷头、旋转喷头或复合喷头的静电纺丝装置，比如，欧洲专利（WO2005024101）设计了一种无喷头纳米纤维纺丝机，该专利通过带有正电荷的金属棒旋转汲取溶液并将溶液带出到金属棒的表面以形成泰勒锥，在静电场作用下拉伸成丝并由接收装置接收来实现微纳米纤维膜的制备。但实验证明，当金属棒在聚合物溶液中旋转时，在高压静电作用下，会四处飞溅，无法集中收集到接收装置。同时根据Simon L.Gorenr和S.Tomotika等专家关于液体自由表面不稳定性的研究认为液滴的形成与电极自由表面的直径有很大的关系，只有电极直径小于某一临界值时才能形成稳定的液滴进行纺丝，如果上述专利提供的电极金属棒直径较大时，溶液会在电极表面成为膜状，难以拉伸成丝；而直径较小时却又无法满足大批量生产的目的；另外，不管是单喷头、多喷头、旋转喷头或复合喷头，纺丝装置多为导电的金属材料，在高压静电场中，由于接受距离较短，装置部件之间的电场会相互干扰，甚至在电压较高时容易击穿，无法纺丝，这大大影响了静电纺丝的效率和纳米纤维的质量。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种无喷头式静电纺丝装置及其使用方法，所述无喷头式静电纺丝装置具有静电纺丝效率高，生产的纳米纤维膜厚度均匀，产品质量高，生产耗能少，生产成本低的优点，本发明的技术方案如下：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种无喷头式静电纺丝装置，所述装置包括：圆柱芯体、圆柱壳体、转轴、圆柱形接收装置、驱动装置和高压静电发生器；

其中，所述圆柱芯体具有实心结构，所述圆柱壳体具有圆柱形的中空结构，所述圆柱芯体设于所述中空结构内并与所述圆柱壳体同心，且所述圆柱芯体的上底面与所述圆柱壳体的上底面固定连接，所述圆柱芯体的下底面与所述圆柱壳体的下底面固定连接，所述圆柱芯体的侧面与所述圆柱壳体的侧面共同形成环状溶液槽，所述圆柱壳体的侧面还均匀设有预设数量的微孔；

所述圆柱形接收装置为无上底面的中空凹槽结构，所述圆柱壳体设于所述中空凹槽结构内；

所述转轴的上部通过所述圆柱形接收装置的下底面与所述圆柱壳体的底部固定连接，所述转轴的下部与所述驱动装置可传动连接；

所述高压静电发生器的正极与所述圆柱壳体的底部相连，所述高压静电发生器的负极与所述圆柱形接收装置相连；

所述圆柱芯体、所述圆柱壳体以及所述转轴的材质均为绝缘材料，所述圆柱形接收装置的材质为导电金属材料。