[发明专利]一种离心熔体静电纺丝制备金属微纳米纤维的方法

权利要求书

1.一种离心熔体静电纺丝制备金属微纳米纤维的方法，其特征在于，该方法采用离心熔体静电纺丝装置来制备金属微纳米纤维，该装置包括纺丝系统、电磁加热系统、收集系统、传动系统、机架和高压电源，其中纺丝系统由定制坩埚、保温套筒、端盖和多孔喷头组成，其中定制坩埚以石墨为主要材料制造，其内壁平滑，对于完成纺丝后可能存在的金属残留，能用硝酸或盐酸清洗和细砂轻磨处理；保温套筒用以防止定制坩埚壁散热过快，减小定制坩埚各部位的温差；端盖上开设一个观察口用来查看定制坩埚内部金属块的融化情况，在端盖中间部位开设一个小孔能够使得K型热电偶通过并伸入到金属熔体之中；定制坩埚底部设置一个凸台并开孔，通过螺纹接头与转轴相连，螺纹上升的方向与转轴的旋转方向相同，保证定制坩埚在旋转的过程中与转轴的连接越来越牢固，不会被甩掉；在定制坩埚3/5高度处的侧面开一个用于熔体流动的孔，在保证能够较大范围调整转速的情况下增加原料的容量，并通过螺纹连接的方式与多孔喷头相连以实现喷丝；多孔喷头由上模块、下模块、定位圈和固定端盖四部分组成，上模块的顶端加工成螺纹的形式与定制坩埚相连，上、下模块组合形成流道，主流道直径由细到粗，分流位置设置为圆弧状的凸起，从而降低金属熔体对各部分的冲击压力；多孔喷头使用定位圈定位各部件位置，然后采用12个紧定螺钉通过固定端盖与其他三部分相连，起到固定整体的作用；多孔喷头各部分材质均为不锈钢，方便随时拆卸更换；电磁加热系统由电磁感应线圈、K型热电偶和综合控制台组成；其中电磁感应线圈通过螺纹与支架相连，支架通过螺钉固定在机架上，K型热电偶直接伸入到定制坩埚内的金属熔体中，对其进行实时温度监测，并反馈到综合控制台，通过仪表显示、记录，从而便于根据实时温度操控电磁感应线圈的加热与否，实现对定制坩埚内金属熔体的加热及温度控制；K型热电偶外部装有金属保护管；收集系统由收集板和氧化铝隔板组成，收集板与氧化铝隔板之间，氧化铝隔板与机架之间分别通过螺钉相连固定；传动系统由高速电机和转轴组成，高速电机固定在地面上，垂直于机架放置，由综合控制台控制启动和调整工作频率，通过驱动转轴的旋转，从而带动定制坩埚旋转以提供纺丝离心力；转轴通过螺纹接头与定制坩埚相连，通过轴承固定在机架上；机架支撑整个装置并接地保护，高压电源正极与收集板相连，负极接地，从而在定制坩埚与收集板之间形成高压静电场，实现静电纺丝；整个离心熔体静电纺丝装置水平放置，转轴分别与定制坩埚和机架相接，三者拥有良好的导电性能，并通过机架接地保护；多孔喷头与收集板存在一定距离，控制电压在一定范围内，保证两者之间不会发生击穿短路，影响纺丝过程。

2.根据权利要求1所述的一种离心熔体静电纺丝制备金属微纳米纤维的方法，其特征在于，该方法采用如下步骤：

步骤一：将一定质量的纯金属块放入到定制坩埚中，盖上端盖，安装固定好K型热电偶；

步骤二：启动综合控制台电源，打开电磁感应加热开关，通过电磁感应线圈对定制坩埚进行加热；

步骤三：通过观察口进行观察，直到金属块被加热到彻底融化之后再保温一定时间；

步骤四：启动高压电源和高速电机，高压电源提供高压静电力，高速电机设置一定转速，通过转轴的作用带动定制坩埚旋转以提供纺丝离心力；

步骤五：定制坩埚中的金属熔体在离心力和高压静电力的双重作用下通过多孔喷头以纤维的形式均匀落到收集板上，得到长金属纤维。

3.根据权利要求2所述的一种离心熔体静电纺丝制备金属微纳米纤维的方法，其特征在于，所述步骤一中的金属块质量为10-50g。

4.根据权利要求2所述的一种离心熔体静电纺丝制备金属微纳米纤维的方法，其特征在于，所述步骤三中的保温时间为10-30min。

5.根据权利要求2所述的一种离心熔体静电纺丝制备金属微纳米纤维的方法，其特征在于，所述步骤四中的转速区间为800r/min-2000r/min。