[發明專利]基于靜電紡絲技術一步法直接制備出中空納米紗線的裝置及方法

在審

• 申請號: 201811235323.3
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109023560A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 葉雅靜;景卓元;周雅青;尹大川
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;D01F1/08;D01H1/08
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種基于靜電紡絲技術一步法直接制備出中空納米紗線的裝置及方法，裝置為：鋼絲軸置于紡絲液槽上，軸與電機連接帶動旋轉；漏斗置于紡絲液槽1的一側，位于鋼絲軸旋轉射線路徑；漏斗下端設有收集滾筒和水槽，水槽上設有水泵，水泵的出口與漏斗連通。在高壓電場作用下，每個液滴都會形成泰勒錐，進而形成射流，并最終在接收端固化成絲。無針頭靜電紡絲不使用任何針頭，當電場強度超過臨界值時，大量射流直接從開放的自由液面形成，避免了針頭堵塞的問題，極大地提高了紡絲效率和纖維產量，為靜電紡絲產業化提供了可行的途徑。

技術領域

本發明屬于靜電紡絲技術和材料領域，涉及一種基于靜電紡絲技術一步法直接制備出中空納米紗線的裝置及方法，涉及一種無針頭靜電紡絲系統，具體涉及一步法直接量產中空纖維紗線的裝置及方法。

背景技術

靜電紡絲法是一種特殊的纖維制造工藝，聚合物溶液在強電場中進行噴射紡絲。在電場作用下，針頭處的液滴會由球形變為圓錐形(即“泰勒錐”)，并從圓錐尖端延展成細絲，細絲在空氣中運行一段距離后，最終在負極固化成纖維。這種方式可以生產出納米至微米級直徑的聚合物細絲。靜電紡絲以其制造裝置簡單、紡絲成本低廉、可紡物質種類繁多、工藝可控等優點，成為制備納米纖維材料的主要途徑之一。中空納米纖維是一類擁有中空單通道結構的功能納米材料,其尺寸分布在10nm-10μm之間,是納米科學技術中不可或缺的材料，在保溫材料、污水處理、過濾薄膜研究中具有巨大的潛在價值。

傳統的靜電紡絲法能夠獲得無紡纖維氈，纖維排布無序，不能進行織造，因而只能應用在相對較為狹窄的一些領域，例如過濾材料、組織骨架、膜材料及傷口敷料等。經過對電場進行約束，或者改進接收裝置(如滾筒接收)，也可以獲得一定取向性的纖維。然而，由于單根纖維強度過低，無法進行加工操作，難于批量加工生產，只有具有一定強度的連續性單軸向的納米纖維絲束被生產出來，納米纖維才能夠真正的得到實際應用。以上方法效率較低(消耗紡絲溶液為1-3mL/h)，難以獲得量產纖維；同時，對于取向性纖維只能通過二次加捻裝置才能實現紗線的制備，大大限制了靜電紡絲纖維的應用。因此，有必要對現有技術進行改造，發明一種基于靜電紡絲技術一步法量產中空纖維紗線的裝置。

文獻1“申請號為200810018267.8的中國專利”公開的一種靜電紡納米纖維紗線系統及納米纖維紗線的制備方法，該系統使用加捻羅拉對納米纖維進行加捻成為紗線，紗線具有一定的強度，但該系統使用一個噴絲頭進行電紡絲，紡絲效率低，單位時間內纖維生成產量低，在紡絲效率方面有待提高。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種基于靜電紡絲技術一步法直接制備出中空納米紗線的裝置及方法，所得的中空納米纖維紗線具有良好的力學性能、一定的取向性和優異的再加工性能，可直接用于保溫材料，污水處理和過濾薄膜等領域。

技術方案

一種基于靜電紡絲技術一步法直接制備出中空納米紗線的裝置，其特征在于包括紡絲液槽1、鋼絲軸2、漏斗4、收集滾筒6、水槽7和水泵8；鋼絲軸2置于紡絲液槽1上，軸與電機連接帶動旋轉；漏斗4置于紡絲液槽1的一側，位于鋼絲軸2旋轉射線路徑；漏斗4下端設有收集滾筒6和水槽7，水槽7上設有水泵8，水泵8的出口與漏斗4連通；所述鋼絲軸2包括圓柱形金屬軸、兩個金屬圓盤和多根不銹鋼鋼絲，兩個金屬圓盤固定于圓柱形金屬軸兩端，多根不銹鋼鋼絲固定于兩個金屬圓盤之間。

所述多根不銹鋼鋼絲為18根。

一種采用所述裝置制備中空納米紗線的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：聚合物溶液置于溶液槽中；

步驟2：在紡絲液槽1的鋼絲軸2與漏斗4之間施加一個高壓電場；