[發(fā)明專利]連續(xù)電紡生產(chǎn)定向納米纖維的設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910057375.0
• 申請(qǐng)日: 2009-06-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101570899A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉立華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海宛陵材料科技有限公司
• 主分類號(hào): D01D5/00
• 分類號(hào): D01D5/00;D01D13/00
• 代理公司: 上海浦東良風(fēng)專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 陳志良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及連續(xù)電紡生產(chǎn)定向納米纖維的設(shè)備。

背景技術(shù)

電紡拉絲(Electrospinning)是一項(xiàng)新的、用來(lái)生產(chǎn)連續(xù)直徑在納米級(jí)的纖維的高新技術(shù)。在傳統(tǒng)的單噴頭電紡裝置中，一種或多種材料溶液在高強(qiáng)靜電場(chǎng)的作用下，會(huì)在噴頭位置形成泰勒?qǐng)A錐，隨著電壓的增強(qiáng)，在泰勒?qǐng)A錐處的流體表面張力和靜電力的力平衡被打破，從而形成一束流體從泰勒?qǐng)A錐頂部射出，該流束在其飛向收集裝置的過(guò)程中，由于靜電和流體粘彈性的作用，流束會(huì)被拉長(zhǎng)，拉細(xì)幾千倍，同時(shí)流束中溶劑的揮發(fā)，流束會(huì)固化，從而生成最終的固態(tài)納米纖維。如果有多種材料從不同的噴頭中拉絲，會(huì)生產(chǎn)出混合的纖維氈。然而，由于該生產(chǎn)工藝過(guò)程中流束的不穩(wěn)定性，最后所生產(chǎn)的納米纖維都是成雜亂無(wú)章的排列的。而在很多應(yīng)用中，例如，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，微電子元器件等，需要定向的纖維。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有生產(chǎn)過(guò)程中流束不穩(wěn)定性的缺陷，提供一種可工業(yè)化的連續(xù)電紡生產(chǎn)定向納米纖維的設(shè)備。

本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

連續(xù)電紡生產(chǎn)定向納米纖維的設(shè)備，包括含有電紡容腔的電壓加載系統(tǒng)、纖維定向控制系統(tǒng)和由滾輪和傳輸帶構(gòu)成的纖維收集系統(tǒng)，所述電壓加載系統(tǒng)中，所述電紡容腔的金屬蓋板上設(shè)有靜電加載器，所述靜電加載器的位置與所述電紡容腔底部規(guī)則排列的噴頭位置相對(duì)應(yīng)，并在所述傳輸帶的下方設(shè)有接地板。

所述纖維定向控制系統(tǒng)由與振蕩電源相連的、位于所述纖維收集系統(tǒng)兩側(cè)、與所述傳輸帶運(yùn)行方向平行的金屬板構(gòu)成。

與所述靜電加載器相連的直流電源的輸出電壓幅值為5000～30000V。

所述纖維定向控制系統(tǒng)中的金屬板相距40～80cm。

所述振蕩電源的頻率和電壓幅值分別為3000～7000Hz和2000～8000V。

所述纖維收集系統(tǒng)還包括尾部與纖維靜電吸附裝置相連的轉(zhuǎn)接輪。

所述靜電加載器為金屬導(dǎo)電針。

所述纖維靜電吸附裝置為一與所述轉(zhuǎn)接輪相連的直流電源。

所述噴頭間距為1～5cm。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明連續(xù)電紡生產(chǎn)定向納米纖維的設(shè)備通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有電壓加載系統(tǒng)和纖維定向控制系統(tǒng)，利用可調(diào)節(jié)頻率和電壓幅值的振蕩電場(chǎng)來(lái)克服傳統(tǒng)電紡過(guò)程中流束的不穩(wěn)定性，引導(dǎo)纖維在振蕩電場(chǎng)方向排列從而達(dá)到控制最后生產(chǎn)的纖維的收集方向。在流束從噴頭射出以后帶有大量電荷，電荷間的相互靜電排斥作用和流束本身的粘流體特性形成流束的不穩(wěn)定性，從而使流束呈現(xiàn)彎曲不規(guī)則形態(tài)。在引入所述纖維定向控制系統(tǒng)后，由于流束中大量電荷的存在，在特定振蕩電場(chǎng)強(qiáng)度和頻率下，帶電荷的流束能在靜電場(chǎng)中自發(fā)調(diào)整其位置并克服傳統(tǒng)工藝方法中的流束彎曲行為，從而達(dá)到最后固化的纖維能在振蕩電場(chǎng)方向定向。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為連續(xù)電紡生產(chǎn)定向納米纖維的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為電壓加載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)圖1、2，本發(fā)明連續(xù)電紡生產(chǎn)定向納米纖維的設(shè)備有四個(gè)子系統(tǒng)組成，包括連續(xù)供液系統(tǒng)，電壓加載系統(tǒng)，纖維定向控制系統(tǒng)和纖維收集系統(tǒng)。

連續(xù)供液系統(tǒng)采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，由儲(chǔ)液容器1通過(guò)管道2連接到具有流速調(diào)節(jié)控制模塊的微型泵3，微型泵3將電紡液通過(guò)管道4供給給電紡容腔12。通過(guò)流速調(diào)節(jié)控制模塊中的液體調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要控制泵的流量，以此調(diào)整電紡液供給速率。

電紡容腔是由金屬蓋板5，密封圈7，和液槽8通過(guò)螺栓組連接而成，電紡容腔底部規(guī)則排列的噴頭9的間距為1～5cm，靜電加載器6集成在電紡容腔金屬蓋板上，金屬蓋板裝有多個(gè)金屬導(dǎo)電針，并且每個(gè)導(dǎo)電針都插入相應(yīng)的噴頭，從而使各噴頭處的電勢(shì)相同。電紡容腔金屬蓋板通過(guò)導(dǎo)電線11與直流電源10連接，電源輸出電壓幅值在2萬(wàn)伏。由直流電源10，導(dǎo)線11，靜電加載器6和接地板17組成電壓加載系統(tǒng)。

纖維定向控制系統(tǒng)中平行金屬板14通過(guò)導(dǎo)電線15與振蕩電源13相連，平行金屬板相距50cm，振蕩電源發(fā)生器可以實(shí)時(shí)地調(diào)控振蕩電源的頻率和電壓幅值來(lái)控制纖維的定向，振蕩電源產(chǎn)生的振蕩電源頻率到5000～6000Hz，電壓幅值到3000V。

纖維收集系統(tǒng)由滾輪16帶動(dòng)的接收傳輸帶和轉(zhuǎn)接輪18組成。轉(zhuǎn)接輪18上安裝有纖維靜電吸附裝置——直流電源19。