[发明专利]一种纳米纤维直径可控辅助诱导批量电纺装置

说明书

技术领域

本发明涉及电纺装置，尤其是涉及一种纳米纤维直径可控辅助诱导批量电纺装置。

背景技术

由于纳米纤维具有优异的电学、力学、光学特性和高比表面积，在过滤、电池隔膜、生物组织工程等领域都有很广泛的应用，而且在电子、能源等新兴领域中的市场比重也在不断上升，因此有着巨大的市场前景。

静电纺丝技术由于其本身优势，如系统简单、速度快、成本低、纤维连续、直径小且均匀等，已渐渐成为制备纳米纤维的主要技术。但传统电纺技术通常采用单根针头作为喷丝头，效率低下，产量很低，所以电纺纳米纤维批量装置也就成为了这项技术工业应用的关键。

目前，多针头的阵列是批量电纺的一种解决方法(F.L.Zhou,R.H.Gong,et al.Polymeric nanofiber via flat spinneret electrospinning[J].Polymer Engineering&Science,2009,49(12),2475-2481)，其优点是纤维直径分布较为均匀，起始电压低。但这种方法也有很多弊端，如喷头加工困难、成本高，喷头之间电场相互影响，最重要的是喷头不易清洗、易堵塞报废。而另一种批量电纺的方法为无针头的电纺装置，靠电场强度激发自由平面产生泰勒锥并产生射流。但其缺点是单纯依靠电场激发，需要电场强度达到107～108 V/m；无针头静电纺丝方法，纺丝射流来源于溶液表面的不稳定波动，射流初始直径受多方面因素的影响而产生较大的波动，纺丝射流可以在纺丝溶液表面进行移动迁移，纺丝纳米纤维直径也将发生较大范围的波动，并且纤维拉伸细化过程不充分，易于产生珠状结构，电纺纳米纤维的不均匀也进一步限制无针头静电纺丝技术的应用。引入辅助装置进行纺丝射流产生诱导和运动约限，已经成为了批量化静电纺丝装置研究的重要方向，并吸引了广泛的关注。如吹气诱导电纺(Y.Liu,J.H.He,et al,Biomimic fabrication of electrospun multiple nanofibers with high-throughput[J].Chaos Solution and Fractals,2008,37,643-651)，利用辅助气流的诱导作用纤维均匀性得以改善，但此方法产量较低，并且辅助气流控制难度大难以保证工艺的稳定性。再如中国专利CN200910235204公开了一种批量制造纳米纤维的电纺装置，产量显著提高，但验证实验表明，而且容易出现液滴，制备的纳米纤维直径很不均匀。诱导纺丝溶液表面产生波动，实现多个射流诱导产生是无针尖静电纺丝批量化喷射的关键。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种产量高，纤维直径在一定范围内可控，可连续生产的一种纳米纤维直径可控辅助诱导批量电纺装置。

本发明设有溶液槽、出液阀门、出液管道、纤维直径控制装置、超声激振器、进液管道、进液阀门、超声液面传感器、辅助诱导装置、工业CCD高清图像传感器、收集装置、直流高压电源；

所述纤维直径控制装置设有调整滑块、精密螺杆、光杆导杆；

所述辅助诱导装置设有直线导轨、滑块、滑块连接杆、安装基座；

所述收集装置送料辅助轧轮、收集板、送料滚筒、收集装置挂板、伺服电机、主动进给滚筒、进给辅助轧轮；

所述溶液槽设在超声激振器上，所述出液阀门、出液管道、进液管道和进液阀门设于溶液槽下端，一组调整滑块设在溶液槽内，并通过精密螺杆和光杆导杆连接；超声液面传感器设于溶液槽内壁；辅助诱导装置设于溶液槽内并安装在调整滑块上方1～3cm处，直线导轨连接在溶液槽的连接架上，滑块与直线导轨配合并由滑块连接杆连接，安装基座固定在滑块上；工业CCD高清图像传感器悬挂在溶液槽上方；收集板设于溶液槽正上方并位于送料滚筒与主动进给滚筒之间，送料辅助轧轮和进给辅助轧轮设在收集板两端，送料辅助轧轮、收集板、送料滚筒、主动进给滚筒和进给辅助轧轮均固定在收集装置挂板上并安装伺服电机上，送料滚筒和主动进给滚筒分别与伺服电机机械传动连接；直流高压电源的正极与调整滑块连接，直流高压电源的负极与收集板连接并接地。

所述辅助诱导装置还可设有绝缘棒料、激光发射器、激光接收器。

所述辅助诱导装置可采用绝缘棒料等空间电场诱导结构，激光等能量诱导机构，或针尖诱导醮取诱导装置等。