[发明专利]一种磁透镜静电纺丝装置

说明书

本发明公开了一种磁透镜静电纺丝装置，包括高压电源、直流电源、收集板、注射器、微量推进器和磁透镜。针头安装在注射器的一端，收集板放置于针头前面合适距离并接地，微量推进器安装在注射器的另一端，高压电源正极连接针头，负极连接收集板；所述磁透镜包括磁轭、极靴、励磁线圈和直流电源，由直流电源供电产生磁聚焦效应。微量推进器推出注射器内溶液在高压电场的作用下形成螺旋发散的带电射流，在磁透镜的磁聚焦作用下射流发散程度大幅度减小，纤维直径变细，且纤维粗细均匀度提高，最终沉积在收集板表面。本发明能使静电纺丝射流更稳定，所得到纤维膜的纤维直径更细、粗细更加均匀，促进了其在一些关键领域的应用。

技术领域

本发明涉及静电纺丝领域，特别涉及可以制备更细、粗细更均匀的纳米纤维的磁场控制装置。

背景技术

静电纺丝技术是目前获得纳米直径纤维最直接有效的方法之一，目前已经广泛应用于生物医疗、锂离子电池电极、污水过滤和医用防护等领域，特别是目前新冠肺炎疫情期间，对口罩的数量和质量需求日益增长，而静电纺丝技术可以开发出更好的产品满足这一需求。

静电纺丝技术虽然得到了越来越广泛的应用，但同时也对其产品质量提出了越来越高的要求，比如在废水过滤和电池隔膜的应用领域希望纤维膜的直径更细且粗细分布更均匀，但是现阶段生产的静电纺丝纤维膜很难满足要求并形成大规模的工业化生产，其主要原因之一就是难以对静电纺丝发散带电射流进行有效控制，导致所得到的纤维膜纤维直径较粗、粗细分布不均匀。出现这种现象的根本原因，就是传统针板式静电纺丝过程中，从针头喷出的射流运动易受干扰，在针头至收集板间的不均匀高压电场中，产生一个幅度越来越大的呈螺旋状的摆动，且这一摆动具有方向不定性，因此，如何对射流螺旋摆动不稳定进行控制，从而进一步细化纤维直径成为解决上述问题的关键点。目前，研究者们从静电纺丝设备的角度进行了不少试验研究，也取得了一些有益的成果。但迄今为止还没有一个有效改善静电纺丝射流螺旋不稳定性，并细化纤维直径，提高粗细均匀度的成熟方案。

公开号为CN201410098854.8的中国发明专利公开了一种带有辅助气流的静电纺丝装置及其设备，其要点是：纺丝辊筒上均匀设置有多个通孔，纺丝辊筒内设置有位置保持静止的喷气结构，喷气结构的喷气区与静电放纺丝区相对应，喷气结构向上喷出气流，气流通过通孔吹入静电纺丝区。在气流吹力与静电力的配合下完成静电纺丝，以达到细化纤维直径的目的。此方法可在一定程度上细化纤维直径，但是此套装备的结构比较复杂，而且气流量很难均匀控制，因此纤维平均直径降低的同时，其控制不稳定性与纤维粗细不均匀性也随之增大。

公开号为CN201610064382.3的中国发明专利公开了一种静电纺丝机，其要点是：引入了磁场发生装置，包括两个沿竖直方向设置的磁极板，转动装置用于带动所述磁极板沿所述中轴线作旋转运动使得磁场方向围绕该中轴线不停的改变，从而降低纺丝过程中纤维内部的各向异性，提高了纤维粗细均匀率以及成纤质量。此方案引入了可旋转的磁场装置，由于是永磁铁，不可调节磁场大小，最主要的是磁场分布过于分散，对射流的约束作用很小，甚至影响了泰勒锥的形成，干扰了正常纺丝。

发明内容

本发明的目的是：减小静电纺丝射流的不稳定性，并细化纤维直径和提高纤维粗细均匀度。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种磁透镜静电纺丝装置，其特征在于，包括高压电源、直流电源、收集板、注射器、微量推进器和磁透镜；

针头安装在注射器的前，收集板放置于针头前面，收集板与针头之间保持合适距离并接地；微量推进器安装在注射器的后端；高压电源的正极连接针头，负极连接收集板；磁透镜放置于针头与收集板之间并与针头同轴，磁透镜连接直流电源产生聚焦磁场，约束带电射流的发散，在电场力和磁场力的综合作用拉伸下，被微量推进器推出针头的纺丝液形成纳米级纤维沉积在收集板表面，通过磁透镜产生的聚焦磁场细化纳米级纤维直径，使纳米级纤维粗细更均匀。