[发明专利]一种规模化制备纳米纤维的装置及方法

说明书

本发明提供了一种规模化制备纳米纤维的装置，封闭式储液槽下方设有精确给液导管，精确给液导管下方设有圆环状喷丝头；每个圆环状喷丝头的左右两侧均设有电绝缘隔板，圆环状喷丝头的前后两侧分别设有第一接收滚筒、第二接收滚筒；直流高压电源的正极与圆环状喷丝头相连接，直流高压电源的负极与第一接收滚筒、第二接收滚筒相连接；圆环状喷丝头、第一接收滚筒、第二接收滚筒分别连接各自的驱动机构。本发明还提供了规模化制备纳米纤维的方法。本发明可以精确给液、纺丝液浓度稳定、喷丝头电场分布均匀、形成的纤维粗细均匀，喷丝头之间的电场不会相互干扰，并且可以同时纺出两种不同细度的纳米纤维。本发明大大提高了纺丝效率和纺丝品质。

技术领域

本发明涉及一种规模化制备纳米纤维的装置及方法，属于纳米纤维制备技术领域。

背景技术

纳米纤维由于具有孔隙率高、表面能和活性高、比表面积大、长径比大、纤维精细程度和均一性高等性能优势，体现出优异的过滤、拒水、抗菌、增强等功能，因而被广泛地应用于分离过滤、生物医疗、聚合物增强、储能材料、光电传感等领域。静电纺丝技术是制备纳米纤维的最简单有效的方法之一，但其较低的产量一直是限制其大规模应用的瓶颈。传统的单针头静电纺丝装置由于其针头容易堵塞，且纺丝速率只有0.1～1.0g/h，产量较低，难以实现批量化制备纳米纤维，不能满足产业化应用的需求。

为了实现静电纺丝技术规模化制备纳米纤维，人们对规模化制备纳米纤维的静电纺丝装置进行了研究开发。公开号为CN103628150A的中国专利申请公开了一种多喷头静电纺丝装置，相较于传统的单针头静电纺丝装置，其纺丝效率得到了明显的提高，但是仍然存在针头数量有限、清洗困难、针孔容易堵塞等缺点。

公开号为WO2005024101A1的国际专利申请公开了一种滚筒式的静电纺丝装置，其将滚筒局部浸没在储液槽内，并通过在滚筒表面设计凸起、锯齿、沟槽等，使滚筒在旋转的过程中表面携带纺丝液，进入静电场后，纺丝液形成大量射流，从而提高纤维的产量。但其滚筒表面曲率大，表面带液量多，电场在表面分布不均，且需要较高的纺丝电压来克服纺丝液的表面张力来形成泰勒锥，形成的纤维直径较粗且不均匀。而且其开放式的储液槽不能精确给液，容易导致溶剂的挥发，造成溶液的浓度降低，影响纺丝产品的稳定性。

公开号为WO2010043002A1的国际专利申请公开了一种螺旋线圈喷丝头的静电纺丝装置，相比公开号为WO2005024101A1的国际专利，其解决了电场分布不均、形成的纤维直径较粗且不均匀的问题。但其螺旋线圈之间仍存在着电场相互干扰的问题，且所采用的开放式储液槽，仍没有解决精确给液以及溶剂挥发的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何避免针头式静电纺丝装置容易堵塞、效率较低的弊端，同时解决开放式储液槽中不能精确给液、纺丝液浓度不稳定、喷丝头电场分布不均、形成的纤维直径较粗且不均匀、以及喷丝头之间的电场相互干扰等问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种规模化制备纳米纤维的装置，其特征在于：包括封闭式储液槽，封闭式储液槽下方设有精确给液导管，精确给液导管下方设有圆环状喷丝头；每个圆环状喷丝头的左右两侧均设有电绝缘隔板，圆环状喷丝头的前后两侧分别设有第一接收滚筒、第二接收滚筒；

直流高压电源的正极与圆环状喷丝头相连接，直流高压电源的负极与第一接收滚筒、第二接收滚筒相连接；圆环状喷丝头、第一接收滚筒、第二接收滚筒分别连接各自的驱动机构。

优选地，所述精确给液导管和圆环状喷丝头的数量一致，一一对应设置。

优选地，所述电绝缘隔板与圆环状喷丝头的圆形面平行；所述第一接收滚筒、第二接收滚筒均与圆环状喷丝头的圆形面垂直。

优选地，所述第一接收滚筒连接第一直流电机，圆环状喷丝头连接第二直流电机，第二接收滚筒连接第三直流电机；第一接收滚筒、圆环状喷丝头、第二接收滚筒分别由第一直流电机、第二直流电机、第三直流电机带动旋转。