[发明专利]一种多喷头循环静电纺丝设备及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多喷头循环静电纺丝设备及其工作方法，属于纳米纤维的制造设备和方法技术领域，具体地属于循环微孔无喷头静电纺丝技术中的多角度喷射和接收设备及方法技术领域。

背景技术

静电纺丝技术是一种简单且有效的生产微米至纳米尺寸的纤维技术，通常通过对聚合物溶液施加外部电场，进而产生极细的连续的纤维以形成非织造垫。由于这种纤维独特的性质，即比表面积大、孔隙率高和机械性能优良等，纳米纤维可应用在过滤、组织支架、药物缓释、防护服、高性能传感器和能量存储等诸多领域。

传统的静电纺丝采用的是单针头喷丝，用以生产纳米纤维。然而，单针静电纺丝系统生产效率底，通常在0.01～0.3克/小时（H. Niu, X. Wang, T. Lin. Needleless electrospinning: influences of fibre generator geometry. J Text I, 103 (2012), pp:787–794），这限制了纳米纤维的商业化。虽然通过增加喷嘴的数量可以提高生产率，但喷嘴间的相互作用消弱了电场力的作用，从而导致生产出的纤维非织造垫不均匀。近来，诸如针尖式辊筒静电纺丝技术、线圈静电纺丝技术、气泡静电纺丝技术，以及棱锥形静电纺丝技术等为工业需求开发并成产了具有高潜力的纳米纤维。但这些技术在使用中产生诸多新的问题，包括高压电源的稳定性、溶剂挥发的快速、成产安全性低以及维护高成本等，均是工业化生产纳米纤维的障碍。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种多喷头循环静电纺丝设备及其工作方法，结合传统针孔式静电纺丝的优点，避免了无针头式静电纺丝的开放式溶液，提高静电纺丝的生产效率，减少纺丝之间的静电场干扰，以便稳定制备纳米纤维的静电纺丝设备。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种多喷头循环静电纺丝设备，包括：用于放置纺丝溶液的储液装置和螺旋管道，所述储液装置设置有溶液输出口和溶液回流口，所述螺旋管道的两端分别连接所述溶液输出口和所述溶液回流口，且所述储液装置的所述溶液输出口和所述螺旋管道之间设置有用于使所述纺丝溶液循环流动且调节控制流速的供液泵，所述螺旋管道上设置有纺丝微孔；还包括高压直流电源和纺丝接收装置，所述高压直流电源的一个电极与所述螺旋管道中的所述纺丝溶液电连接，所述高压直流电源的另一个电极和所述纺丝接收装置相互电连接，或所述高压直流电源的另一个电极和所述纺丝接收装置均与公共接地端电连接。

作为上述技术方案的改进，所述储液装置、所述螺旋管道、所述供液泵以及串联管道均为耐腐蚀性材料制成，所述串联管道用于串联所述储液装置、所述螺旋管道和所述供液泵。

作为上述技术方案的改进，所述储液装置还设置有溶液加料口，且所述溶液加料口和所述溶液回流口均位于所述储液装置的顶部，所述溶液输出口位于所述储液装置的底部。

作为上述技术方案的改进，所述螺旋管道的外径为2.4～8.0毫米，所述螺旋管道的管壁厚度为0.5～2.0毫米，所述螺旋管道相邻螺旋单元之间的间距为0.3～1.0厘米，所述纺丝微孔的孔径为0.2～1.0毫米，相邻所述纺丝微孔之间的间距为0.5～1厘米，所述纺丝微孔的轴向与所述螺旋管道的管壁径向成30°～60°的夹角。

作为上述技术方案的改进，所述纺丝接收装置为金属片或金属网，所述纺丝接收装置为平面结构或为弧度为0～180°的弧面结构，所述纺丝微孔与所述纺丝接收装置之间的距离为5～30厘米。

作为上述技术方案的改进，所述高压直流电源向所述纺丝溶液施加的静电电压为10～25千伏。

本发明所述的一种多喷头循环静电纺丝设备，通过螺旋管道底部微孔静电纺丝方法，由于聚合物溶液在管道内流动产生的剪切力和自身的粘性，使得溶液微凸出微孔，在高压静电场的作用下牵伸纺丝，该设备纺丝不仅拥有传统针头式静电纺丝稳定的优点，而且可循环加微孔，提高制备纳米纤维的效率。

本发明所述的一种多喷头循环静电纺丝设备，在纺丝的整个过程是在动态情况下进行，纺丝溶液浓度稳定，设定的工艺参数稳定。

上述一种多喷头循环静电纺丝设备的工作方法，包括以下步骤：

步骤一、将所述高压直流电源和所述纺丝接收装置的电连接线接好，调节所述纺丝微孔与所述纺丝接收装置之间的距离，使之为5～30厘米；

步骤二、配制所述纺丝溶液，将所述纺丝溶液加入到所述储液装置中，启动所述供液泵，使所述纺丝溶液在整个系统中稳定循环流动，根据所述纺丝溶液的性质调节流速；