[發明專利]一種曲邊碟形靜電紡絲裝置及其使用方法

有效

• 申請號: 202110355602.9
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113151910B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 覃小紅;周智勇;王黎明;權震震;張弘楠;王榮武;俞建勇
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 王亮

本發明涉及一種曲邊碟形靜電紡絲裝置及其使用方法，屬于生產制備亞微米纖維領域。包括曲邊碟形靜電紡絲噴頭，供電壓系統，供液系統，納微米纖維收集裝置、升降與橫移系統，所述靜電紡絲噴頭為曲邊碟形，為一端開口的容器狀，具體使用方法為：將其盛滿紡絲液直至飽和，連接高電壓，在一定電壓下，其所盛的紡絲液將克服其表面張力，并在液面沿著噴頭邊緣不斷激發形成射流，射流分化并最終沉積在納微米纖維收集裝置上，得到納微米纖維。通過該靜電紡絲噴頭，不僅有效解決傳統單針頭靜電紡絲產量低、易堵塞等問題，與其他無針靜電紡絲裝置相比，可在一定程度上降低激發的電壓，為保護設備和使用人人身安全提供了保障。

技術領域

本發明涉及靜電紡絲技術領域，特別是涉及一種曲邊碟形靜電紡絲裝置及其使用方法。

背景技術

納米是一種長度計量單位，為10^-9米，當材料的尺寸介于納米尺度時，由于體積效應、量子尺寸效應、量子隧道效應以及介電限域效應，材料的物性將會發生明顯的改變，從而獲得一些新的性能。納微米纖維以其極大的比表面積、高孔隙率等特點，在高效過濾、生物醫藥、安全防護、電子器件等領域得到的廣泛的關注，表現出巨大的應用和發展潛力。當前，制備納米纖維的技術有模板合成法、拉伸法、溶劑法、化學氣相沉積法、氣象-液相-固相生長法、自組裝和靜電紡絲法等。其中，靜電紡絲法憑借其制備相對高效、工藝可控性高、于操作、設備簡單、可連續、穩定生產等特點，表現出極大的應用價值。

靜電紡絲設備主要由三部分組成，分別是高壓電源裝置、收集裝置、以及紡絲裝置。其中，紡絲裝置為其核心部件，傳統單針頭靜電紡絲噴頭為一類似于醫用注射器，通過吸取一定量的紡絲液，并在其針管處接上高壓，其收集裝置接地，在高壓電場的作用下，位于針管前端的紡絲液克服其表面張力，被拉伸形成射流，最后分裂形成納微米纖維并沉積在收集裝置上。其沉積形態一般為雜亂無序的纖維網狀，在纖維膜平面內為各向同性，其力學性能較差，成為限制其廣泛應用的因素。但是，另一更重要的限制因素是，傳統靜電紡絲技術制備納微米纖維的產量極低，一般為0.1~1g/h，難以實現規模化生產。

為了提高靜電紡絲的產量，多針頭靜電紡絲以及無針靜電紡絲的相關技術被提出。但是對于多針頭靜電紡絲，由于靜電屏蔽效應，其不同針頭上場強分布具有明顯差異，可能造成針頭堵塞，造成紡絲過程難以正常連續出絲以及纖維品質不一等問題。對于無針靜電紡絲技術，其正好避過了此類的問題，同時實現了產量上的又一突破。

當前靜電紡絲納米纖維批量化制備裝置國內外有一些報道。中國專利200710036447 .4公開了一種噴氣式靜電紡絲裝置，該裝置通過在液槽底部通入氣體在高聚物自由液面形成氣泡，氣泡在電場力作用下形成泰勒錐和多射流以提高納米纖維產量，但在機理上氣泡形成泰勒錐破裂的同時有許多形狀大小不一的氣泡碎片被電場力拉伸，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，紡絲方向受限；中國專利201310032194 .9公開了一種傘狀靜電紡絲噴頭及靜電紡絲方法，這種方法可以實現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境接觸，溶劑極易揮發，從而會嚴重影響到紡絲的穩定性及最終納米纖維的品質，并且紡絲方向受限；中國專利201510278266 .7公開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間內納米纖維的產量，紡絲方向不受限，但是存在針頭易堵塞的缺點，同時，針頭的排列方式要考慮到施加高壓靜電后電場之間的相互影響，所以多針頭靜電紡絲裝置的設計較為繁瑣和復雜，難以實現批量化生產纖維直徑分布窄的納米纖維產品。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種曲邊碟形靜電紡絲裝置及其使用方法，解決目前無針靜電紡絲噴頭工作電壓較大以及生產連續性較差的問題，在較低的電壓下連續生產納微米纖維；同時，可使用小尺寸該噴頭進行高效批量生產納微米纖維，提高了靜電紡絲噴頭的空間利用率，為使用多噴頭無針靜電紡絲進行批量化生產納微米纖維提供新的可能性。