[發明專利]一種宏量制備納米纖維的靜電紡絲裝置及方法

在審

• 申請號: 201810048351.8
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108085754A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 辛斌杰;孟娜;鄭元生;陳卓明;劉巖;李瑪莎;姜宇;董軒
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00
• 代理公司: 上海唯智贏專利代理事務所(普通合伙) 31293
• 代理人: 劉朵朵

本發明涉及一種宏量制備納米纖維的靜電紡絲裝置及方法，屬于靜電紡絲技術領域。一種宏量制備納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于：由高壓靜電發生裝置、一個以上的射流發生裝置和纖維收集裝置組成，正高壓靜電發生器與射流發生裝置的紡絲軸相連，負高壓靜電發生器與纖維收集裝置的支撐板相連；射流發生裝置包括半圓柱形的儲液槽、安裝在儲液槽中的可旋轉的紡絲軸、與儲液槽連接的供液模塊和帶動紡絲軸旋轉的動力模塊，其中紡絲軸為圓柱狀，軸身上排列有以軸心向外放射狀分布的錐體；纖維收集裝置能上下移動調節與射流發生裝置的相對距離。本發明降低了電壓要求，能大幅提高納米纖維制備效率，并能獲得不同形態、不同孔隙率的纖維網結構。

技術領域

本發明涉及一種宏量制備納米纖維的靜電紡絲裝置，特別涉及一種宏量制備納米纖維的靜電紡絲裝置及方法。

背景技術

靜電紡絲是近十幾年來被廣泛研究開發和使用的制備納米纖維的一種新技術，具有操作工藝簡單以及較廣泛的適用性等特點，具體原理是將制備好的聚合物復合溶液形成射流，在高壓電場的拉伸作用以及射流內部電荷的排斥作用下，射流被細化后發生劈裂，最終形成納米纖維并沉積在收集裝置上。

目前使用的靜電紡絲技術主要有兩種，一是針式靜電紡絲技術，通過針頭中的噴絲嘴將溶液噴出形成射流，其缺點是單針頭紡絲效率低，增加針頭的個數雖然可以提高紡絲產量，但針頭間距的限制會造成設備體積龐大，電場分布不均勻，纖維不能連續生產等問題，而且紡絲針頭易堵塞，不易清洗；二是無針靜電紡絲技術，使射流在自由液體表面自發形成，無需毛細作用力影響，使其產量得到極大提高，從而實現纖維批量化生產，但發生電場所需電壓較高，且電極的形狀會對紡絲區域的電壓和電場分布造成一定的影響。并且兩種靜電紡絲技術都使用靜止的金屬板或導體作為收集裝置，其缺點是在連續紡絲、成型區高度調節和納米纖維的收集上并不方便且效果不好，甚至是存在納米纖維出現的短時重復涂覆和長時無涂覆的問題，最終導致收集的納米纖維微觀結構無序排列，牢固性及強度較差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種有著合理形狀的射流發生裝置、能調節纖維收集裝置高度并比現有技術節能的宏量制備納米纖維的靜電紡絲裝置及方法。

技術方案：

一種宏量制備納米纖維的靜電紡絲裝置，由高壓靜電發生裝置、一個以上的射流發生裝置和纖維收集裝置組成，纖維收集裝置位于射流發生裝置上方；高壓靜電發生裝置包括正負兩臺高壓靜電發生器，正高壓靜電發生器與射流發生裝置的紡絲軸相連，負高壓靜電發生器與纖維收集裝置的支撐板相連；射流發生裝置包括半圓柱形的儲液槽、安裝在儲液槽中的可旋轉的紡絲軸、與儲液槽連接的供液模塊和帶動紡絲軸旋轉的動力模塊，其中紡絲軸為圓柱狀，軸身上排列有以軸心向外放射狀分布的錐體；纖維收集裝置包括伸縮架、支撐板、卷取裝置和基布，安裝在裝置上方的伸縮架帶動支撐板和基布上下移動以調節與射流發生裝置的相對距離。

進一步地，正高壓靜電發生器產生高壓靜電的范圍為0～80KV，負高壓靜電發生器產生高壓靜電的范圍為0～-50KV。

進一步地，紡絲軸距儲液槽內液體表面的垂直高度不低于3mm，下半部分的錐體浸入儲液槽的溶液中；轉動速度由動力模塊調節，范圍為1-100r/min。

進一步地，錐體為三角錐或四角錐或圓錐，高度范圍為2.5-5mm，錐體頂端之間的間距范圍為2-10mm。

進一步地，供液裝置為大針筒，儲存的紡絲液為聚合物溶液或多元共混溶液或熔體。

進一步地，所述支撐板安裝在伸縮架上，為帶孔洞的金屬板，通過調節伸縮架能在5-50cm范圍內改變支撐板和基布與紡絲軸的垂直距離；基布為非織造布或錫箔或織物，兩端固定在卷取裝置上，中間經過支撐板下端，由卷取裝置帶動進行水平卷動，卷取裝置的卷繞速度范圍為1-80r/min。

一種宏量制備納米纖維的方法，使用了上述的靜電紡絲裝置進行納米纖維的制備。