[發明專利]一種批量制造納米纖維的靜電紡絲裝置、方法及系統

有效

• 申請號: 201510467607.5
• 申請日: 2015-07-31
• 公開（公告）號: CN105088366B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 朱自明;陳新度;王晗;房飛宇;夏遠祥;溫尊偉;梅晨;江傳玉
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司44205
• 代理人: 胡輝,譚昉

技術領域

本發明涉及微納加工領域，特別是涉及一種批量制造納米纖維的靜電紡絲裝置、方法及系統。

背景技術

靜電紡絲技術已經成功實現包括聚合物、金屬、陶瓷等材料制備成3納米到5微米范圍的電紡纖維。其原理是：在高壓靜電發生器作用下，紡絲液噴射裝置和納米纖維接收裝置之間形成高壓靜電場；聚合物溶液在高壓電場作用下電荷聚集而受電場力拉伸，變形產生Taylor錐；當電場力足夠大時，帶點液滴克服表面張力形成帶電射流，朝收集器加速運動；伴隨溶劑揮發發生彎曲和拉伸，帶電射流被拉伸變細、固化形成納米纖維結構。

近幾年來，靜電紡絲技術以其連續、方便、快速、工藝簡單、成本低廉的特點逐漸成為納米纖維制造的主流技術；靜電紡絲納米纖維具有形貌可控、比表積大、透氣性好等諸多優勢，己在過濾材料、防護材料、酶載體、傳感器膜等領域獲得了廣泛應用。但是，傳統的靜電紡絲裝置只能進行單射流紡絲，產量只有0.1～1g/h，效率非常低，難以適應靜電紡絲技術產業化的需要。因此，改變紡絲噴射電極結構實現多射流噴射是目前靜電紡絲技術批量生產研究的重點。目前，提高靜電紡絲效率的方法主要是采用多針頭靜電紡絲裝置（J.C.Almekinders and C.Jones.Multiple jet electrohydrodynamic spraying and applications [J].J.Aerosol.Sci., 1999, 17:969-971 ）來進行批量制造，從而提高納米纖維生產效率。但是，多紡絲噴頭的陣列排布易產生不均勻電場，噴頭之間相互電導播抑制影響，各個噴頭的噴射狀態不一致，難以保證各個噴嘴同時進行持續穩定射流噴射；并且，射流之間的靜電排斥作用也增加了射流的不穩定性，從而導致各個噴頭所噴射獲得的納米纖維形態尺寸差異很大，影響了所制備納米纖維薄膜的質量。此外，傳統靜電紡絲裝置大多采用標準注射紡絲噴頭作為噴嘴，具有易于堵塞、清洗困難等缺點，阻礙了其工業化推廣。

發明內容

為了克服上述技術問題，本發明的目的在于提供一種批量制造納米纖維的靜電紡絲裝置，其紡絲均勻。

本發明所采用的技術方案是：

一種批量制造納米纖維的靜電紡絲裝置，包括：

氣室，所述氣室的一個面上設有平板電極，所述平板電極上開設若干微孔；

供氣單元，對所述氣室供氣；

與平板電極相對設置的導電收集器，所述導電收集器在氣室外；

電源，所述電源的兩極分別連接平板電極和導電收集器。

作為本發明的進一步改進，還包括在導電收集器與平板電極之間的刮板，所述刮板具有在平面上往復運動的行程，所述的平面為平行于平板電極的平面。

作為本發明的進一步改進，所述刮板與平板電極之間的距離可調。

作為本發明的進一步改進，所述氣室由平板電極及連接平板電極的箱體圍成。

作為本發明的進一步改進，所述箱體與平板電極之間設有密封圈。

作為本發明的進一步改進，所述供氣單元包括氣源，所述氣源與氣室之間通過管路連接。

作為本發明的進一步改進，所述氣源的出口位置設有調壓閥。

本發明還公開上述裝置的紡絲方法，其采用的技術方案是，包括以下步驟：

a. 將紡絲溶液平鋪在平板電極上；

b. 從微孔噴出的氣流帶動溶液凸起，凸起的溶液在電場作用下產生電荷聚集；

c. 電荷聚集到射流濃度時，凸起的溶液在電場中形成射流并蒸發；

d. 溶液蒸發后沉積在導電收集器上形成均勻的納米纖維。

作為本發明的進一步改進，使用刮板往復運動刮磨溶液表面，來保證溶液厚度的均勻性。

作為本發明的進一步改進，調整刮板的高度來調節溶液的厚度。

本發明還公開一種批量制造納米纖維的靜電紡絲系統，包括：

兩個以上的氣室，各所述氣室同一方向的面上設有平板電極，所述平板電極上開設若干微孔；

供氣單元，對各所述氣室供氣；

與各平板電極相對設置的導電收集器，所述導電收集器在任一氣室外；

電源，所述電源的兩極分別連接各平板電極和各導電收集器。

本發明的有益效果是：本發明在氣室上采用帶微孔的平板電極作為紡絲電極，微孔的分布可以使得紡絲的射流更加均勻，紡絲過程中氣室中的氣流從微孔中噴出，使得誘發紡絲更容易，并且射流在沉積前在氣流作用下得到進一步的拉伸，導電收集器中沉積纖維也更均勻。

附圖說明

下面結合附圖和實施方式對本發明進一步說明。