[实用新型]一种制备纳米纤维的静电纺丝装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种可制备纳米纤维的静电纺丝装置，属于纺织和新材料技术领域，具体以一种喷液器喷射类似喇叭花形状的薄液膜，并在高压静电发生器、电极以及接收帘等共同作用下该液膜顶端有多股射流产生并最终形成纳米纤维毡的装置。 

背景技术

静电纺丝技术是一种利用静电力使聚合物溶液或熔体产生射流并最终固化为纳米纤维的技术。该技术的主要原理是首先使聚合物溶液或熔体形成表面弯曲的液滴、液柱膜、气泡、火山口状隆起等，然后利用静电力作用从曲面顶端喷出射流。射流在电场力、表面张力等作用下飞向负极板，期间被拉伸细化，溶剂蒸发，射流固化为纳米纤维并最终沉积在接收板上，形成纳米纤维毡。由静电纺丝技术获得的纳米纤维直径从数十纳米到数微米不等，其比表面积大，纤维间孔隙率高，已在纺织服装、环境工程、传感器、组织工程、药物缓释、能源材料和催化等方面获得了广泛应用。 

传统的静电纺丝装置多采用类似注射器针头大小的喷丝头，因此喷丝头顶端形成的泰勒锥一般为直径约1毫米的小液滴。静电纺丝过程中小液滴顶端一般只喷射单根射流，纳米纤维产量较低，约为0.01-0.3g/h(可见文献《Needleless electrospinning：influences of fibre generator geometry》(Niu H，Wang X，Lin T.The Journal of the Textile Institute，103(7)，2012，787-794.))，不能满足工业化生产和应用对纳米纤维的需求。因此，国内外许多研究人员和企业纷纷研制新型静电纺丝方法及装置。 

目前，常用的可提高纳米纤维产量的静电纺丝装置包括多喷头静电纺丝装置、旋转滚筒静电纺丝装置等。这些静电纺丝方法及装置可见文献《Experimental investigations on the multi-jet electrospinning process》(A.Varesano，R.A.Carletto，and G.Mazzuchetti，，J Mater Process Tech，209(11)(2009)5178-5185)、 《Needleless electrospinning.I.A comparison of cylinder and disk nozzles》(H.Niu，T.Lin，and X.Wang，，J.Appl.Polym.Sci.，114(6)(2009)3524-3530.)、《平行排列多喷头静电纺丝机纺丝状态及纤维结构》(潘方良，查帅冲，潘志娟，丝绸[J]，2012(1)，21-26.)和中国专利如CN200999274、CN101050550等，美国专利如US1975504、US2011／0059261A1等，世界专利WO2012／077867A1和欧洲专利EP2557206等。这些方法仍存在如设备复杂、成本高、技术不够完善、商业化生产困难等缺陷。 

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种结构简单、设计合理、成本低且能够提高纳米纤维产量的静电纺丝装置。该装置主要由喷液器、高压静电发生器、针状电极、平板电极、纺丝池、贮液池、送液泵、抽液泵、导管、接收帘、送帘辊、卷帘辊、传动电机组成，其特征是：喷液器固定在纺丝池底由导管与送液泵相连，送液泵同时与贮液池相连，纺丝池底部近壁处有排液孔，排液孔由导管经抽液泵与贮液池相连，针状电极为若干根安装在纺丝池底部的金属针组成，并通过导线与高压静电发生器相连，平板电极固定在纺丝池正上方并通过导线与大地连接，纺丝池和平板电极间有一接收帘，接收帘紧靠平板电极，且两端与送帘辊和卷帘辊相连。纺丝时首先将配置好的溶液装入贮液池，通过送液泵将纺丝液压入喷液器，由于喷液器上压嘴的折射作用形成喇叭花形状的薄液膜，类似传统静电纺丝的泰勒锥，在针状电极和平板电极间形成静电场，在静电力的作用下液膜顶端有射流射出，飞向接收帘，期间射流中溶剂挥发，射流固化为纳米纤维，沉积在接收帘上形成纳米纤维毡，经传动电机、送帘辊和卷帘辊使纳米纤维毡成卷。所述的制备纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于喷液器主要由喷液管、压嘴和固定螺丝组成。所述的喷液器，其特征在于压嘴，该压嘴倾角范围为0-90度之间。所述的制备纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于针状电极是空心针或实心针。所述的制备纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于纺丝池为绝缘材料制成。所述的制备纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于纺丝池底部近壁处均匀分布有1-4个排液孔，排液孔经导管与抽液泵和贮液池相连。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：