[发明专利]一种基于在线算法的多针头式纺丝纤维制备装置及方法

说明书

本申请公开了一种基于在线算法的多针头式纺丝纤维制备装置及方法，其通过设置高压输液装置驱动纺丝液流动至实心针头与喷口凹槽之间的间隙处，并通过直流高压发生器使得实心针头与旋转球壳之间形成电场，在实心针头的引流下，可以使得纺丝液在实心针头的针尖处形成泰勒锥的液体包，并在电场作用的拉伸下，使得在实心针头的针尖处的纺丝液进行喷射纺丝纤维并在旋转球壳的表面沉积，而旋转球壳为高速旋转，使得纺丝纤维在机械力的作用下，纤维规整分布，并使得纤维直径更细，从而使得提高了纺丝纤维取向度，而本申请设置了多个喷射凹槽与对应的实心针头，同时，通过高压输液装置进行驱动纺丝液流速以加快喷丝，使得纺丝效率更高。

技术领域

本申请涉及静电纺丝设备技术领域，尤其涉及一种基于在线算法的多针头式纺丝纤维制备装置及方法。

背景技术

静电纺丝是目前制备聚合物纳米纤维最简单高效的方法之一，以其装置简单、原料来源广泛、成本低廉等优点，受到国内外广泛的关注。

静电纺丝装置主要分为3个部分：高压直流电源、喷丝装置和目标电极，直流高压电源的作用是提供高压，在喷丝装置与目标电极之间形成强电场，以便对带电聚合物进行高倍拉伸，喷丝装置连接高压电源正极，产生喷射细流，目标电极提供负极以用于收集纤维。一般认为，在外加电场中，静电纺丝的液流表面聚集电荷，电荷之间的排斥力与表面张力抗衡，随着电场强度增加，在半球状的液滴表面将形成倒三角锥。在临界场强的作用下，表面电荷的排斥力将与表面张力平衡，此时的倒锥称为泰勒锥。当电场超过此临界值，电荷间的排斥力将克服表面张力在泰勒锥的顶端形成带电喷射细流。喷射细流经过拉伸延长，并做不稳定运动，产生鞭动和分裂，最后随着溶剂的挥发而凝固后便得到静电纺丝纤维。

传统的静电纺丝设备，所得到的纤维均以无纺布的形式存在，这在一定程度上限制了它的应用范围。由于静电纺丝过程中聚合物射流运动过程相当复杂，目前只能通过改善接收装置才能有效地提高纤维排列的取向度，且根据是否存在机械运动分为静态和动态两类，其中，静态收集装置是利用纤维之间存在的静电斥力或磁场力使纤维取向分布，对纤维的直径、表观形貌等没有影响；而动态收集装置是在机械力的作用下将纤维规整分布，对纤维的直径、表观形貌等有一定的影响。

为了制备连续而有序的纳米纤维，德国Dal-ton等人用两个金属圆环来收集静电纺丝纤维。他们将两个不锈钢环作为收集极，顶部距喷头为150mm，且用接地的鳄鱼夹固定。所有的金属器件都与高压电源相隔离，整个静电纺丝过程采用15kV的高压进行60s。静电纺丝结束后，将收集到的纤维进行特殊的加工，得到排列情况比较好的纳米纤维。Li Dan等采用一种简单有效的方法来制备平行取向纳米纤维，在常规的收集器上凿开一个槽，在附加电场的作用下，纳米纤维横跨槽的两边形成平行取向排列。更有采用磁场诱导磁化电纺丝排列，得到了大面积排列、有序度高的静电纺丝纤维，其附加磁场收集器，在纺丝装置中放置两块永磁铁，这两块磁铁平行对立在平板负极之上，在溶液中加入少量纳米四氧化三铁，得到磁化高分子溶液。当静电纺丝纤维喷出后，磁化电纺丝在磁场中沿磁力线方向排列，从而使电纺丝平行悬搭在两块磁铁的空隙中。

上述现有技术为双环收集法、附加电场收集法以及附加磁场收集法，其中双环收集法由于纺丝量小而导致效率低，所以仅适用于实验室静电纺丝，并不适合于工业化大批量的生产模式；附加电场收集法所制备的纤维的取向度较低；附加磁场收集法由于需要在溶液中加入少量纳米四氧化三铁，对溶液成分有所改变，同时也不满足工业化生产的效率要求。

发明内容

本申请提供了一种基于在线算法的多针头式纺丝纤维制备装置及方法，用于解决现有技术中制备纺丝纤维效率低下、纤维取向度低以及成分被改变的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种基于在线算法的多针头式纺丝纤维制备装置，包括：高压输液装置、接收板、喷丝板、高速旋转球壳收集装置、设置于所述喷丝板上的喷丝头、主输液管与直流高压发生器；