[发明专利]一种顺重力多片层刷式静电纺丝装置及方法

说明书

本发明公开了一种顺重力多片层刷式静电纺丝装置及方法。所述装置包括往复运动式刷头与多片层纺丝头，所述多片层纺丝头下方设有至少两个三棱柱片，多片层纺丝头与高压正电极连接；所述往复式刷头包括与供液装置连接的刷头，刷头与电机连接，电机固定于支架上；刷头上设有多个与三棱柱片相配合的V型槽。纺丝方法为：将微量注射泵和电机打开，使得刷头进行往复运动，并为多片层纺丝头刷上纺丝溶液；打开高压正电极，缓慢增加高压，当电压超过临界值时，开始静电纺丝，通过收集装置收集，形成纳米纤维。本发明通过往复运动式刷头对纺丝溶液进行控制，使得多片层纺丝头尖端边缘蘸有极薄的纺丝溶液，在电场力作用下，实现顺重力方向的静电纺丝。

技术领域

本发明涉及一种顺重力多片层刷式静电纺丝装置及方法，属于静电纺丝和纺织机械技术领域。

背景技术

静电纺丝是制备纳米纤维材料的最有效方式之一，相比于拉伸法、模板合成法、自组装等纳米材料的制备技术，静电纺丝具有操作简单、制备流程短、材料选择广泛等优点。而与传统纺织纤维材料相比，纳米纤维材料由于极小的尺度，拥有许多在大尺度下难以展现的特性，比如明显的表面与界面效应，特有的小尺寸效应，极大的比表面积和极高的孔隙率等。因此纳米纤维材料拥有更广泛的应用领域，比如在空气过滤，油水分离，医用辅料，组织工程支架等方向，纳米纤维材料都发挥着令整个行业为之瞩目的作用，使其拥有非常光明的应用前景。

传统的静电纺丝装置以单针头或多针头为主，但是该两种装置都存在产量低的缺陷，难以满足产业所需的生产量。近年来，设计改造静电纺丝装置，提高其纳米纤维的产量已经成为静电纺丝技术领域的一大研究热点。在全世界范围内，批量化生产静电纺纳米纤维的装置和方法也井喷式地不断涌现。其中最知名的就是Elmarco公司依托捷克利贝雷茨工科大学开发的Nanospider静电纺丝装置，其最早实现了静电纺纳米纤维的商业化生产。

目前实现批量化生产静电纺丝纳米纤维的设备，其纺丝方向大多是反重力式的自下而上，而在传统的纤维材料领域，纤维的收集方向恰恰相反，因此这一方向的技术缺失，局限了静电纺丝在实际生产中的应用。而限制其方向的重要原因是供液方式，对于批量化生产设备而言，大量的纺丝液需要被供给，而改变其装置的方向则极容易使得溶液外漏，无法连续生产并影响纺丝过程。因此，设计一种既能批量化生产静电纺纳米纤维又能改变其纺丝方向，并保证纺丝过程连续稳定静电纺丝装置是尤为必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：目前批量化生产静电纺丝纳米纤维的技术，其纺丝方向是较为单一的自下而上，局限了静电纺丝技术更广泛的应用。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：提供一种顺重力多片层刷式静电纺丝装置，其特征在于，包括相互配合的往复运动式刷头与多片层纺丝头，所述多片层纺丝头下方设有至少两个三棱柱片，多片层纺丝头与高压正电极连接；所述往复式刷头包括与供液装置连接的刷头，刷头与电机连接，电机固定于支架上；刷头上设有多个与三棱柱片相配合的V型槽。

优选地，所述供液装置为微量注射泵，刷头通过软管与微量注射泵连接。

优选地，所述多片层纺丝头下方的三棱柱片的截面为等腰三角形，该等腰三角形的顶点向下设置，底边长度为10-20mm，高为100-150mm，三棱柱片的棱长为300-400mm，底部边缘打磨锋利。

更优选地，两个所述三棱柱顶部之间的距离为150-300mm。

优选地，所述刷头的材质为聚四氟乙烯；三棱柱片的材质为黄铜。

本发明还提供了一种顺重力多片层刷式静电纺丝方法，其特征在于，采用上述顺重力多片层刷式静电纺丝装置，将微量注射泵和电机打开，使得刷头进行往复运动，并为多片层纺丝头刷上纺丝溶液；打开高压正电极，缓慢增加高压，当电压超过临界值时，开始静电纺丝，通过收集装置收集，形成纳米纤维。