[发明专利]锥形凸起辊筒式静电纺丝装置及其制备纳米纤维膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于静电纺丝技术领域，涉及一种锥形凸起辊筒式静电纺丝装 置，本发明还涉及利用上述装置制备纳米纤维膜的方法。

背景技术

静电纺丝技术是目前生产纳米纤维膜最简单有效的方法，该方法是带电 聚合物液滴在电场力、表面张力及重力等力共同作用下被拉伸变形，得到聚 合物射流，这些射流经过溶剂挥发固化成纳米纤维，最后聚集在收集装置上 形成纤维膜。纳米纤维由于其比表面积、孔隙率等微观结构及性能在某些方 面优于普通纤维，因此可广泛应用在复合材料、过滤材料、环保材料、过滤 材料、防护材料等领域。

传统的单针头静电纺丝装置由于产量低而不能满足产业化需求，所以各 国研究人员都在致力于研究规模化制备方法。多针头和无针头纺丝装置是现 阶段研究人员普遍研究的方向，大量的发明装置都是围绕着这两种方法展 开，虽然都能在一定程度上提高纳米纤维的产量，但是它们依然存在不足。 例如，对于多针头静电纺丝装置，各个针头位置固定，可变性差，导致纤维 膜聚集形式单一，收集均匀性差，有时还会出现针头堵塞现象，使生产无法 进行；对于无针头静电纺丝装置，要通过外部条件来使聚合物溶液形成泰勒 椎，控制条件要求高，导致了装置的复杂性，形成的泰勒锥大小不一且有一 定的随机性。

发明内容

本发明的目的是提供一种锥形凸起辊筒式静电纺丝装置，解决了现有纳 米纤维膜制备中针头堵塞和纤维膜均一性不足的问题。

本发明的另一目的是提供利用上述锥形凸起辊筒式静电纺丝装置制备 连续纳米纤维膜的方法。

本发明所采用的技术方案是，一种锥形凸起辊筒式静电纺丝装置，包括 纺丝部分和收集部分，

纺丝部分包括放置纺丝液的储液槽，储液槽相对的两个侧壁上安装有传 动轴，储液槽内设置有辊筒，辊筒通过传动轴固定于储液槽内，传动轴分别 与直流高压发生器负极和辊筒电机连接；辊筒上设置有锥形凸起；

收集部分包括具有水平移动功能的收集卷帘，收集卷帘位于储液槽正上 方，收集卷帘接直流高压发生器正极。

本发明的特点还在于，

锥形凸起设置有多个，且锥形凸起在辊筒表面均匀排列。

收集卷帘两端分别设置有卷帘辊轴，卷帘辊轴与卷帘电机连接。

本发明所采用的另一技术方案是，一种制备连续纳米纤维膜的方法，所 采用的锥形凸起辊筒式静电纺丝装置，包括纺丝部分和收集部分，

纺丝部分包括放置纺丝液的储液槽，储液槽相对的两个侧壁上安装有传 动轴，储液槽内设置有辊筒，辊筒通过传动轴固定于储液槽内，传动轴分别 与直流高压发生器负极和辊筒电机连接；辊筒上设置有锥形凸起；

收集部分包括具有水平移动功能的收集卷帘，收集卷帘位于储液槽正上 方，收集卷帘接直流高压发生器正极；

锥形凸起设置有多个，且锥形凸起在辊筒表面均匀排列；

具体按以下步骤实施：

将纺丝液注入上述装置的储液槽中，在室温和相对湿度35％～60％的环 境中，调节正对收集卷帘的锥形凸起的顶端与收集卷帘的垂直距离，开启辊 筒电机，通过辊筒旋转使锥形凸起携带纺丝溶液；待辊筒转动稳定后，开启 直流高压发生器，调节外加电压和辊筒转速，辊筒表面的锥形凸起与收集卷 帘之间形成电场，在电场力作用下每个锥形凸起的顶端产生射流，待液滴和 射流稳定后，开启收集部分，使收集卷帘水平移动，纺丝射流沉积在收集卷 帘上，即得到均匀的纳米纤维膜。

本发明的特点还在于，

收集卷帘两端分别设置有卷帘辊轴，卷帘辊轴与卷帘电机连接。

正对收集卷帘的锥形凸起的顶端与收集卷帘的垂直距离为100mm～ 200mm。

辊筒转速200r/min～500r/min。

收集卷帘的移动速度为6m/min～60m/min。

本发明的有益效果是，

1.本发明装置结构简单，操作便利，相比光滑圆形辊筒，纺丝临界电压 可有效降低；

2.本发明采用锥形凸起旋转辊筒作为纺丝装置，代替了传统针头，解决 了针头堵塞的问题，在形成泰勒锥时避免了液滴的大小不一和随机性；

3.本发明中辊筒上的锥形凸起规则排列，大小适宜，使纳米纤维膜均匀 收集。

附图说明

图1是本发明锥形凸起辊筒式静电纺丝装置的结构示意图；