[实用新型]聚合物溶液静电纺丝组件和装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及聚合物纳米材料制备技术，更具体地说，涉及一种聚合物溶液静电纺丝组件和装置。

背景技术

静电纺丝技术是制备聚合物纳米材料的有效方法，可以获得直径在几十纳米至几百纳米的一维纤维。相比常规纤维，纳米纤维具有更高的高孔隙率和比表面积。这使得静电纺丝技术在过滤领域得到了广泛的研究和应用。

常见的单针头静电纺丝设备主要由高电压源、纺丝泵、纺丝针头和收集板等部件组成。通过高压电源，在纺丝针头和收集板之间形成了高压静电场，纺丝针头出口处的聚合物溶液液滴在静电场的作用下，形状会变成锥形，成为“泰勒锥”。随着电场力的增加，“泰勒锥”逐渐变尖，当锥顶角达到一个临界值后，锥顶表面分子受到足够大的电场力来克服溶液的表面张力，聚合物溶液从锥顶喷射出来，形成喷射流。电场力使射流拉伸数千倍至数百万倍，射流的直径随之减小到几个微米到十几个纳米。随着溶剂挥发，所得的纤维最终杂乱无章地分布在收集板上，形成纳米纤维无纺布。

在单针头的静电纺丝方法中，纺丝效率很低(一般纺丝液的流速为0.1-10mL/h)，无法满足工业生产对生产效率的要求。

公开号为CN1962966(公开日2007年5月16日)的专利申请文件公开了一种多针头静电纺丝方法，可以对单针头纺丝进行放大。其缺点在于纺丝效率受限于针头的数量，且针头易被堵塞，在工业生产中将导致不稳定，且极难清理。

公开号为CN1849418A(公开日2006年10月18日)的专利申请文件公开了一种圆柱形的轴对称纺丝电极，其一部分浸入纺丝液，纺丝电极与对电极形成静电场，通过该电极绕其对称轴旋转，将纺丝液连续地供应到静电场中，达到连续纺丝的目的。这一发明，很好地解决了针头纺丝量小、且多针头之间电场互相影响的问题。而该发明的圆柱形纺丝电极需要一个较大的溶液池，以使圆柱形电极可以在其中自由旋转而将溶液不断供入电场。该发明的缺点在于圆柱形的电极在旋转过程中，将纺丝后剩余的旧溶液直接带入溶液池和新溶液混合，这将极大地影响整个溶液池的聚合物溶液性质，加速了池中溶液的老化，影响纺丝产品质量。具体原因如下：纺丝后的旧溶液与新溶液浓度不同，混合后会影响溶液浓度，而溶液浓度和纳米纤维的直径、结构和性能有直接联系，溶液浓度的异常将带来纳米纤维产品的不稳定；旧溶液与空气中的水蒸气接触，溶液性质改变，再和新溶液混合，同样会影响纺丝质量；旧溶液已被电极极化而部分老化，与新溶液混合将使新溶液老化。

公开号为CN101755079A(公开日为2010年6月23日)的专利申请文件公布了一种在缆线上施加液相基质的纺丝方法，在该方法引入了液相基质施加和去除的机构，相比专利申请CN1849418A(公开日2006年10月18日)的圆柱电极的纺丝方法解决了新旧溶液混合带来了的纳米纤维产品质量问题。该发明的不足在于纺丝所用缆线因直径小，处于静电场中的纺丝区域位于缆线的上表面的一部分，这使得纺丝区域面积过小，导致纺丝效率较低。

实用新型内容

为克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种聚合物溶液静电纺丝组件和装置，以解决聚合物溶液静电纺丝设备纺丝区域面积过小而导致的纺丝效率较低的问题。

本实用新型第一个方面提供了一种聚合物溶液静电纺丝组件，包括：

第一电极、与所述第一电极相对放置的第二电极以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的喷涂机构，其中，所述第一电极为平板电极，所述喷涂机构用于向所述第一电极表面喷涂溶液。

进一步地，所述喷涂机构在平行于所述第一电极的平面上移动。

进一步地，所述喷涂机构在平行于所述第一电极的平面上移动的速率范围为2-30厘米/秒。

进一步地，所述喷涂机构包括位于靠近所述第一电极侧的平行设置的喷管和平板，其中，所述喷管的长度方向平行于第一电极所在的平面，所述喷管的管壁上具有用于向所述第一电极喷涂溶液的开口，所述平板和所述第一电极表面之间存在间隙。

进一步地，所述喷管的截面为圆形、椭圆形或多边形。

进一步地，所述开口包括若干个喷嘴。

进一步地，所述开口包括若干个小孔。

进一步地，所述开口为沿着所述喷管长度方向的狭缝。

进一步地，所述狭缝的长度与喷管的长度相等。

进一步地，所述喷涂机构还包括与所述喷管平行设置的用于去除所述第一电极表面上溶液的刮刀，所述喷管位于所述平板和所述刮刀之间。

进一步地，所述第一电极的表面形状为多边形，所述多边形的边长尺寸在5～2000毫米之间，或者所述第一电极的表面形状为圆形，所述圆形的直径在5～2000毫米之间。