[发明专利]一种大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置以及方法

说明书

技术领域

本发明属于纳/微米纤维材料制备领域，具体涉及了一种大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置以及方法。

背景技术

制备聚合物纳/微米纤维的原理性技术有拉丝，模板合成，相分离、自组装和静电纺丝五种，由于前四种技术在工艺上存在如加工材料范围狭窄、工艺过于复杂、生产周期长等缺点，目前只有静电纺丝是唯一有望成为批量生产聚合物纳/微米纤维的工艺技术。静电纺丝技术在产业化的进程上仍然存在很多技术问题，这些技术问题也成为本领域的研究重点。

在此介绍一下静电纺丝的相关背景技术。静电纺丝又称电纺，是由美国人Formhals在1934年研究发现的，具有比表面积大和小孔尺寸等优点，可以在多个技术领域进行广泛应用，如人体组织工程支架、药物缓释材料、催化载体、传感器、过滤材料以及微电子与光电材料等。静电纺丝装置主要包括四部分组成：毛细管喷头、收集板、聚合物流体供给系统和高压静电发生器，其工作原理主要为：聚合物流体供给系统将聚合物流体供给到毛细管喷头顶端，同时高压静电发生器作用于毛细管顶端，毛细管顶端的流体液滴表面产生大量静电电荷，使得该位置流体液滴表面张力受静电斥力消弱，被逐渐拉长形成带电锥体，即俗称的泰勒锥，当电场强度增大到特定临界值时，毛细管顶端的流体液滴表面的电荷斥力大于其表面张力，带电流体就会从泰勒锥的顶端喷射出来，形成带电射流，带电射流通过毛细管喷头喷射到接地的收集板上。

但在实际应用中，由于作为带电射流的毛细管喷头的孔径较小，极易被阻塞，因此需频繁更换、清洗毛细管喷头，且同样由于毛细管喷头的孔径较小，导致其清洗步骤也比较困难，导致了静电纺丝的生产效率低下，无法进行规模化生产。

虽然目前已有很多关于静电纺丝的各类优化技术公开，如细化纤维、提高纤维的致密均匀度以及促进静电纺丝技术的批量生产。如公开号为CN2682089A的中国专利公开了一种多喷头静电纺丝装置，由内液罐、外液罐、液罐封头、多头组合喷头、供液机构、静电发生器等组成，可形成多根连续不断的共轴复合纳/微米纤维，从而提高静电纺丝的生产效率。

但这些技术仍然均为采用毛细管喷头来喷射带电射流，导致具体实施时发现这些公开的静电纺丝技术的生产效率仍然是低下的，无法实现规模化生产。因此，为了寻求一种大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置以及方法来解决此技术问题是十分迫切和积极意义的。

发明内容

有鉴于此，根据本发明的目的提出的一种大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置以及方法，避免了采用毛细管喷头喷射带电射流，有效提高了纳/微米纤维的静电纺丝的生产效率，使得纳/微米纤维的静电纺丝规模生产化或产业化的目标得以实现。

在介绍本申请之前，申请人有必要对以下与本申请人发明人相关的在先专利做出说明：

作为与本申请人发明人相关的在先专利，公开号为CN1986913A的中国专利公开了一种纳/微米纤维振动静电纺丝装置，具体包括用于存放纺丝用溶液或熔体的贮液池、高压静电发生器；还包括超声波发生器、压电传感器；存放溶液或熔体的贮液池为一顶部呈开口状的立方体贮液池，压电传感器设置在贮液池的近底部位置并与设置在贮液池外的超声波发生器相连；贮液池的上方设有纳/微米纤维的传送装置和接收装置。

但申请人在将上述专利技术进行产业化应用的过程中，发现仍然无法满足纳/微米纤维批量生产的需求，要实现该技术所述的静电纺丝的大批量制备，有必要在该专利基础上进行进一步改进。申请人经研究分析后发现，由于该专利采用超声波发生器和压电传感器的作用力使得在聚合物流体表面形成微波峰凸起，该方式获取凸起的成本不仅过高，且该工作原理形成微波峰凸起的数量是有限的，导致其获得的泰勒锥数量是非常局限的，即导致了最后收集的纳/微米纤维的数量也是非常有限的，本申请人在此基础上进行了再次研究开发，最终提出了本申请，本申请的技术方案采用如下：

一种大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置，其中，包括：

具有上方开口的贮液池，用于容纳聚合物流体；

与贮液池内的聚合物流体耦合连接的气泡发生装置和高压静电发生器，所述的气泡发生装置作用于贮液池内的聚合物流体，使得所述的聚合物流体液面形成大量有规律的凸起，在高压静电发生器的电荷极化作用下，各凸起的流体顶端形成泰勒锥；

位于贮液池开口上方的负极收集装置，与所述的聚合物流体液面形成静电场，在一定静电场的静电作用下，位于各泰勒锥顶端的极细流体最终喷射并沉积在所述的负极收集装置上，形成大量纳/微米纤维；