[發明專利]一種復式環形電極靜電紡絲裝置

有效

• 申請號: 201310153410.5
• 申請日: 2013-04-27
• 公開（公告）號: CN103215665A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 龍云澤;劉術亮;黃淵源;孫彬;張紅娣;張君誠
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 張世功

技術領域：

本發明屬于靜電紡絲設備技術領域，涉及一種大規模制備微納米纖維的復式環形電極靜電紡絲裝置，采用復式環形電極定點供液方式，實現快速、規模化制備靜電紡絲微納米纖維。

背景技術：

目前，制備連續一維微納米纖維的主要手段之一是靜電紡絲技術，靜電紡絲技術在過濾材料、隔音吸音材料、特種防護服、電子傳感器、紡織工程等領域都具有良好的發展前景，運用靜電紡絲法制備的微納米纖維具有傳統拉伸法、熔噴法等手段制備的纖維所不具備的比表面積大、孔隙率高等諸多特點，但是現有的單針頭靜電紡絲由于產量太低，無法滿足產業化需求。現有技術中提高紡絲產率的主要手段是噴絲方式的改進設計，例如中國專利200910031948.2公開的陣列多噴頭靜電紡絲設備和中國專利200310109222.9公開的共軸復合連續微/納米纖維的多噴頭靜電紡絲裝置都是通過增加噴絲針頭數目來提高紡絲效率；中國專利201210177134.1公開的氣泡靜電紡絲裝置是利用爆炸氣泡產生多股射流的方式來實現靜電紡絲的快速制備；捷克ELMARCO公司生產的第一代“納米蜘蛛”系列設備采用圓柱形旋轉電極系統和線型旋轉電極系統，通過在一維或二維方向上增加溶液與噴絲頭的接觸面積來增加射流數目從而提高產率；以上公開的技術在理論上都可以實現靜電紡絲的快速生產，但實際應用效果并不是很好，例如多針頭噴絲裝置由于針頭容易堵塞，無法實現長時間均勻的電紡，在產業化領域并不被看好；在氣泡靜電紡絲裝置和第一代“納米蜘蛛”系列設備的開放式設計中，由于紡絲溶液的高揮發性，無法實現對供液釜里的溶液進行有效保護，從而導致電紡纖維過程中溶液濃度和纖維直徑隨電紡時間變化較大，致使同批次的產品性能具有差異性，而且第一代“納米蜘蛛”系列設備所采用的電極浸入待紡溶液的設計，無法實現紡絲液的100%利用，雖然ELMARCO公司生產的第二代“納米蜘蛛”設備采用靜置線型電極系統設計，避免了第一代設備的待紡溶液溶劑揮發問題，但還是沒能實現紡絲溶液利用率和產品性能的有效提升。因此尋求設計一種大規模制備微納米纖維的復式環形電極靜電紡絲裝置，對實現快速、大規模制備微納米纖維具有良好的現實意義和經濟價值。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計提供一種復式環形電極靜電紡絲裝置，以實現微納米纖維的快速、規模化制備的同時避免溶劑揮發和溶液浪費。

為了實現上述目的，本發明涉及的靜電紡絲裝置主體結構包括電機、液刷、絕緣帶、金屬軸、金屬環形電極、微納米纖維、金屬收集極、高壓電源負極、絕緣滑輪、高壓電源正極、絕緣軸、高壓電源、供液系統、分流管、收集襯底、進料滾筒和出料滾筒；圓掛式金屬軸上固定安裝有同心的4-8組金屬環形電極，金屬軸的一端通過高壓電源正極與高壓電源電連接；絕緣軸上固定安裝有同心的4-8組絕緣滑輪，電機的輸出軸與絕緣軸聯動并帶動所有的絕緣滑輪旋轉，絕緣滑輪旋轉時通過絕緣帶帶動金屬環形電極轉動；高壓電源的電荷通過高壓電源正極和金屬軸傳輸到金屬環形電極上；分流管的一端與供液系統連通，分出的多條管的開口處分別固定安裝有液刷，絕緣帶穿過液刷攜帶出溶液，帶有收集襯底的金屬收集極置于金屬環形電極的正上方；高壓電源負極與金屬收集極電連接；金屬收集極、收集襯底、進料滾筒和出料滾筒共同組成金屬環形電極頂端的電紡纖維傳送裝置，其中進料滾筒和出料滾筒分別設置在金屬收集極的兩端，收集襯底由進料滾筒送入金屬收集極的下方一側用來接收來自金屬環形電極的微納米纖維，并通過出料滾筒回收；本裝置使用時，先進行溶液配制并將配好的溶液放入供液系統內，打開控制絕緣滑輪轉動的電機，使絕緣滑輪開始轉動并通過絕緣帶帶動金屬環形電極旋轉；然后接通高壓電源的，調節到30-50千伏電壓，此時高壓正電荷經過高壓電源正極和金屬軸到達金屬環形電極上，高壓負電荷經過高壓電源負極到達金屬收集極上，使得在金屬環形電極和金屬收集極之間形成高壓靜電場；再連通金屬環形電極頂端的電紡纖維傳送裝置，使收集襯底開始移動，同時打開供液系統并調節好流量，當溶液到達液刷的內部時會粘附在絕緣帶上并由其攜帶出來，當溶液經過金屬環形電極時帶上電荷并在電荷作用下形成射流，射流在空氣中經拉伸固化形成微納米纖維并沉積在收集襯底上，最后微納米纖維連同收集襯底一起卷在出料滾筒上，然后對裝置進行拆卸清理備用。