[发明专利]将液体聚合物静电纺丝成纳米级或亚微米级纤维的装置

说明书

一种用于将液体聚合物源连续无针式静电纺丝成纳米级或亚微米级聚合物纤维网的设备，包括静电纺丝外壳、位于静电纺丝外壳外部的线驱动系统和多个连续电极线。该静电纺丝外壳包括静电纺丝区和一个或多个液体聚合物涂覆器件，其中液体聚合物涂覆于多个连续电极线上。该多个连续电极线彼此平行，与线驱动系统啮合，并延伸通过静电纺丝外壳和位于其中的一个或多个液体聚合物涂覆器件。将高电压施加于静电纺丝区中的多个连续电极线，从而由涂覆于电极线上的液体聚合物形成纳米级或亚微米级聚合物纤维。

技术领域

本公开涉及用于将液体聚合物静电纺丝成纳米级或亚微米级(submicron scale)纤维的装置和方法，且更具体而言涉及在不使用常规喷嘴或针的情况下将液体聚合物静电纺丝成纳米级或亚微米级纤维的装置和方法。

背景技术

纳米级或亚微米级纤维适用于各种应用，包括过滤、组织工程、防护服装、复合材料、电池隔膜、储能等。静电纺丝是用于生成这个级别的高质量纤维的方法之一。然而，尽管静电纺丝相对容易做到，但它具有非常低的产量，并且因此具有非常高的生产成本。因此，静电纺丝成纳米级和/或亚微米级纤维不具有成本效益。因而，除了高价值应用之外，纳米纤维的静电纺丝已经在很大程度上仅限于学术研究。

目前注射喷嘴、针式喷射(needle-jet)和旋转喷射制造工艺中的生产速率通常为约0.05克每小时(g/h)至约0.15g/h每喷嘴/喷射。据研究和/或使用，有几种方法提高了生产速率。这些方法包括气体辅助静电纺丝；多喷嘴系统的使用；无喷嘴/无针系统的使用；和增加旋转喷射总数。然而，这些方法每一种都有其问题，导致每台(市售)机器的最大持续生产速率不超过约2千克每小时(kg/h)。与喷嘴/针头系统相关的问题包括：注射喷嘴/针头孔口的堵塞；难以优化喷嘴阵列；和难以保持通过每个喷嘴的均匀进料速率。与无喷嘴/无针系统相关的问题包括：无法控制溶液储槽中的溶剂蒸发，导致溶液浓度和粘度变化；以及聚合物层涂覆积聚于静电纺丝元件的表面上，导致纤维纺丝速率显著降低。

WO/2009/010020涉及一种用于在至少一个纺丝电极和紧靠其设置的集电极之间的静电场中将液体基质纺丝的方法，其中一个电极连接至高电压源的一极，而第二电极接地，液体基质进行纺丝的位置是在静电场中，纺丝电极的纺丝器件的绳的活性纺丝区。

通过本公开的各方面解决了这些和其它缺点。

附图说明

在附图中，并不一定按比例绘制，相同的附图标记可以描述不同视图中的类似组件。具有不同字母后缀的相同数字可以表示类似组件的不同实例。附图通过示例而非限制性的方式图示说明了本文件中讨论的各个方面。

图1是根据本发明的一个方面的简化静电纺丝装置的侧视图。

图2是根据本发明的一个方面的用于将液体聚合物层施加于多个连续电极线上的液体聚合物涂覆器件的侧视图。

图3是沿图2中A-A线截取的细节。

图4A是沿图2中的B-B线截取的细节。

图4B是根据本公开的一个方面的示例性电极线清洁组件的侧视图。

图5是显示包括静电纺丝外壳、线驱动系统和线张紧系统的多个连续电极线行进路径的简化图的侧视图。

图6是沿图5中A-A线截取的细节。

图7是沿图6中B-B线截取的细节。

图8是图示说明根据本发明的各方面的静电纺丝设备的辅助系统的示意图。

图9是根据本公开的一个方面的静电纺丝设备的详细示意图。

图10是显示图9的区段A的静电纺丝设备的部分示意图。

图11是显示图9的区段B的静电纺丝设备的部分示意图。