[發(fā)明專(zhuān)利]一種分離控制電場(chǎng)多孔圓柱形靜電紡絲裝置及其紡絲方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811627015.5
• 申請(qǐng)日: 2018-12-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109629015A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李瑞鋒;李政委;王青江;李啟航
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 李瑞鋒
• 主分類(lèi)號(hào): D01D5/00
• 分類(lèi)號(hào): D01D5/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種分離控制電場(chǎng)多孔圓柱形靜電紡絲裝置及其紡絲方法。裝置包括：高壓發(fā)生器，金屬電場(chǎng)控制環(huán)，電機(jī)一，傳動(dòng)軸，多孔圓柱形靜電紡絲噴頭，電機(jī)二，金屬滾筒，孔，儲(chǔ)液槽，紡絲液，蠕動(dòng)泵和供液裝置。多孔圓柱形靜電紡絲噴頭為表面光滑的實(shí)心圓柱體，其圓柱面上分布有多個(gè)孔；多孔圓柱形靜電紡絲噴頭的下部浸漬于紡絲液中；儲(chǔ)液槽外側(cè)套有金屬電場(chǎng)控制環(huán)，金屬電場(chǎng)控制環(huán)與高壓發(fā)生器的正極連接。紡絲方法為：打開(kāi)接收裝置；打開(kāi)供液裝置；打開(kāi)電機(jī)一，使多孔圓柱形靜電紡絲噴頭紡絲液中旋轉(zhuǎn)，紡絲液在圓柱面、孔表面分別形成兩種狀態(tài)的液膜；打開(kāi)高壓發(fā)生器，使圓柱面、孔表面的液膜分別產(chǎn)生不同細(xì)度的射流,射流拉伸固化沉積在接收裝置上形成納米纖維。本發(fā)明在不使用多種紡絲液不調(diào)整紡絲參數(shù)的情況下可以制備兩種直徑分布的納米纖維,并可控制納米纖維的堆砌結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種分離控制電場(chǎng)多孔圓柱形靜電紡絲裝置及其紡絲方法，屬于納米纖維和紡織機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

靜電紡絲技術(shù)始于20世紀(jì)30年代，是一種直接生產(chǎn)納米纖維的常用方法。該方法工藝流程短，操作簡(jiǎn)單，其產(chǎn)品多用于高效的過(guò)濾材料、生物醫(yī)學(xué)材料、化學(xué)傳感器等高科技領(lǐng)域。

當(dāng)將聚合物纖維直徑從微米尺度降至亞微米尺度或納米尺度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)一系列驚奇的特性。如非常大的體積比表面積，納米纖維的體積比表面積基本是微米纖維的1000倍；可以靈活地進(jìn)行表面功能化；與其他已知材料形式相比所表現(xiàn)出優(yōu)越的效應(yīng)和機(jī)械性能，如表面與界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)及剛度、抗張強(qiáng)度等。這些杰出的性能使得納米纖維成為許多重要應(yīng)用的首選材料，在高效過(guò)濾、生物醫(yī)用、智能傳感等領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Α＞C合考慮操作可行性、穩(wěn)定可控性(包括纖維直徑及其分布）、加工材料范圍、加工耗時(shí)等，靜電紡絲加工技術(shù)就成為目前唯種可以制造連續(xù)的聚合物納米纖維的方法。

隨著納米材料科學(xué)的興起和快速發(fā)展，利用靜電紡絲方法制備納米纖維成為工程材料科學(xué)界的研宄熱點(diǎn)。

傳統(tǒng)的單針頭靜電紡絲裝置較為簡(jiǎn)單，主要由高壓電源系統(tǒng)、供液系統(tǒng)和收集系統(tǒng)三部分組成。供液系統(tǒng)包括微量注射泵、醫(yī)用針管及平口金屬針頭，高聚物溶液流量由微量注射泵控制，高壓電源的正極與平口金屬針頭連接，收集系統(tǒng)是金屬平板并接地。高壓電源電壓逐漸增大，金屬針頭的液滴逐漸形成泰勒錐，當(dāng)高壓電源電壓進(jìn)一步增大，電場(chǎng)力會(huì)克服高聚物溶液的表面張力、黏滯力等作用形成微小的直線射流而后會(huì)出現(xiàn)鞭動(dòng)現(xiàn)象到達(dá)接地金屬收集板，在這個(gè)過(guò)程中，溶劑揮發(fā)，高聚物固化形成納米纖維沉積在金屬收集板上。

傳統(tǒng)的靜電紡絲裝置得到的納米纖維產(chǎn)量很低，很難滿足納米纖維在大量應(yīng)用時(shí)的需求，單針頭靜電紡絲裝置還存在針頭容易堵塞的問(wèn)題，這會(huì)嚴(yán)重影響到納米纖維紡絲過(guò)程的順利進(jìn)行。

當(dāng)前靜電紡絲納米纖維批量化制備裝置國(guó)內(nèi)外有一些報(bào)道。中國(guó)專(zhuān)利200710036447.4公開(kāi)了一種噴氣式靜電紡絲裝置，該裝置通過(guò)在液槽底部通入氣體在高聚物自由液面形成氣泡，氣泡在電場(chǎng)力作用下形成泰勒錐和多射流以提高納米纖維產(chǎn)量，但在機(jī)理上氣泡形成泰勒錐破裂的同時(shí)有許多形狀大小不一的氣泡碎片被電場(chǎng)力拉伸，造成纖維的直徑分布較寬。而且較大的高聚物自由液面溶劑極易揮發(fā)，紡絲方向受限；中國(guó)專(zhuān)利201310032194.9公開(kāi)了一種傘狀靜電紡絲噴頭及靜電紡絲方法，這種方法可以實(shí)現(xiàn)納米纖維的批量化制備，但傘狀噴頭的溶液自由表面與大氣環(huán)境接觸，溶劑極易揮發(fā)，從而會(huì)影響到紡絲的穩(wěn)定性及最終納米纖維的品質(zhì)，并且自由液面邊緣溶液曲率不可調(diào)控；中國(guó)專(zhuān)利201510278266.7公開(kāi)了一種噴氣輔助多針頭靜電紡絲裝置，該裝置可以提高單位時(shí)間內(nèi)納米纖維的產(chǎn)量，紡絲方向不受限，但是存在針頭易堵塞的缺點(diǎn)，同時(shí)，針頭的排列方式要考慮到施加高壓靜電后電場(chǎng)之間的相互影響，所以多針頭靜電紡絲裝置的設(shè)計(jì)較為繁瑣和復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)纖維直徑分布可控的納米纖維產(chǎn)品。