[發(fā)明專利]一種新型無針靜電紡絲裝置及其紡絲方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710532908.0
• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN109208090B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林童;顏貴龍;牛海濤
• 申請（專利權(quán)）人: 林峰
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00
• 代理公司: 上海三和萬國知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31230
• 代理人: 張勤繪

一種新型無針靜電紡絲裝置及其紡絲方法，包括有紡絲液儲存單元、紡絲形成單元及紡絲收集單元，所述紡絲形成單元包括有紡絲液容腔、帶電電極、紡絲狹縫、中介電極及氣流通道；所述收集單元包括有收集電極板；在所述的帶電電極與收集電極板之間形成第一靜電場；在所述的帶電電極與中介電極之間形成第二靜電場；所述紡絲液容腔中的紡絲液在第二靜電場的作用下、經(jīng)由紡絲狹縫噴出紡絲纖維，所述紡絲纖維在氣流通道的引導(dǎo)及第一靜電場的作用下，收集到收集電極板。本發(fā)明的一種新型無針靜電紡絲裝置及其紡絲方法，可提供一種均勻性高、產(chǎn)量更多、射程更遠(yuǎn)、纖維直徑更細(xì)的靜電紡絲。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于靜電紡絲領(lǐng)域，具體涉及一種新型無針靜電紡絲裝置及其紡絲方法。

背景技術(shù)

納米纖維通常是指直徑小于1000nm的超細(xì)纖維。相對于普通的纖維，納米纖維具有比表面積大，孔隙率高等優(yōu)點(diǎn)，在諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。靜電紡絲技術(shù)是一種制備納米纖維常用的技術(shù)，適用范圍廣泛，操作簡單，工藝可控。靜電紡絲技術(shù)的基本原理是，置于高壓靜電場中的聚合物液滴會形成泰勒錐，當(dāng)電場力足夠大，液滴可克服表面張力從泰勒錐錐尖噴射并形成射流，射流在靜電場力、粘滯阻力、表面張力等作用下不斷細(xì)化，最終落在纖維收集電極上形成納米纖維。傳統(tǒng)的靜電紡絲技術(shù)主要是以空心針頭作為噴絲頭，其紡絲生產(chǎn)能力有限，每個噴絲針頭只能產(chǎn)生一根聚合物噴絲，每個針每小時生產(chǎn)纖維量小于300毫克。低下的納米纖維生產(chǎn)效率極大地限制了靜電紡絲技術(shù)的工業(yè)化進(jìn)程。

一種常用的提高靜電紡絲納米纖維產(chǎn)量的方法是運(yùn)用多個針頭。由于單個針頭的纖維產(chǎn)量極低，導(dǎo)致要生產(chǎn)達(dá)到市場需求克重的納米纖維，須排列大量的針頭。然而不同的針頭之間存在著電場干擾，限制了它們的最小間距，增大了設(shè)備空間成本。同時，聚合物的沉積物或者雜質(zhì)容易堵塞針頭，因此紡絲過程的持續(xù)運(yùn)作需要頻繁地清理針頭，使納米纖維產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量都受到影響。為了增加靜電紡絲的生產(chǎn)效率，多種無針式紡絲頭被引入。Formhals(美國專利US1975504)使用鋸齒狀的轉(zhuǎn)輪作為納米纖維的發(fā)生器，制備得到了纖維素纖維以及醋酸纖維素纖維，并設(shè)計了干法和濕法紡絲的纖維收集電極。Reneker等(國際專利WO2000022207)使用一種特殊的環(huán)形柱狀體作為纖維的發(fā)生器，在該裝置中，聚合物紡絲液首先被擠壓到環(huán)形柱狀體末端，然后中心通過氣流使紡絲液形成薄膜，薄膜進(jìn)入電場被進(jìn)一步拉伸形成紡絲射流。Lucas等(國際專利WO2005024101)使用一個導(dǎo)電的圓柱體作為纖維的發(fā)生器，在此裝置中，導(dǎo)電圓柱體的一部分浸沒在聚合物紡絲液中，通過旋轉(zhuǎn)該圓柱體使紡絲液體進(jìn)入到電場中，大量的射流在圓柱體表面形成，最后可在收集器上得到納米纖維。在此基礎(chǔ)上，PETRAS等(國際專利WO2006131081)將導(dǎo)電圓柱體替換為一系列復(fù)雜的導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)體，與Lucas等人的專利相似，紡絲液體也在其表面形成射流。Lin等(國際專利WO2010043002)公開了一種無針靜電紡紗裝置，包括局部浸沒在聚合物溶液容器內(nèi)的螺旋線形紡絲電極(或噴絲頭)。對電極處于離螺旋電極一定距離的收集器上。容器中的聚合物溶液在螺旋線圈表面形成一層薄膜，進(jìn)入紡絲電極和接收電極之間電場中。

當(dāng)電極之間的靜電場強(qiáng)度足夠大可以將溶液拉進(jìn)泰勒錐時，在線圈表面一些點(diǎn)處形成納米纖維。納米纖維堆積在收集器表面，形成非織納米纖維氈。

上述多種靜電紡絲裝置均采用開放式的體系，聚合物紡絲液的表面暴露在空氣中，造成大量溶劑揮發(fā)。隨著紡絲過程進(jìn)行，溶液濃度會越來越大，纖維也隨溶液濃度的增加越來越粗。因而影響納米纖維生產(chǎn)的穩(wěn)定性。同時，上述靜電紡絲裝置均需要較高的電壓以保證較大的電場強(qiáng)度，但高電壓容易引起放電，在實際生產(chǎn)過程中存在巨大的安全隱患。

申請?zhí)枮?01410022675.6的中國發(fā)明申請，公開了一種“無針頭式靜電紡絲裝置”，由噴絲頭、接收電極、高壓電源、儲存聚合物溶液的溶液罐、廢液槽、基材及其卷繞系統(tǒng)等組成，或者由噴絲頭、接收電極、高壓電源、儲存聚合物熔融體的儲液罐、廢液槽、基材及其卷繞系統(tǒng)，以及加熱裝置及其電加熱控制裝置等組成。其噴絲頭采用狹縫型噴絲頭；由左、右半片噴絲頭緊密貼合通過螺紋聯(lián)接件緊固一體構(gòu)成；或者由左、右兩片噴絲頭構(gòu)件與夾在二者之間的均流柵柵板夾片構(gòu)成。