[发明专利]连续静电纺丝装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种纺丝设备，尤其是涉及一种使用在制备纳米纤维的静电纺丝设备及其方法。

背景技术

纳米纤维及其复合材料由于其高比表面积、高孔隙率及微孔径等优点，在组织工程、生物科技、纺织工程、能源、医疗与卫生健康等众多领域都有十分广阔的应用前景，而受到科学界越来越多的关注。目前制备纳米纤维的技术主要包括共轭纺丝法、牵伸法、模板聚合法、自组装法、熔喷法、静电纺丝法等。其中，能达到工业级生产的是熔喷法与静电纺丝法。

相对于熔喷法，静电纺丝法具有原料适用性广、成本低、设备简单等优点，同时，静电纺丝法所得的纳米纤维直径更小且分布更均一，被学术界和工业界广泛认为是一种极具前景的制备纳米纤维的简单高效方法。影响工业化静电纺丝生产效率及纤维直径分布的关键因素之一是设备的导电电极。静电纺设备的导电电极主要分为三类：针头型，金属滚筒型与金属丝型。由于针头型导电电极的生产效率最低且有堵塞的可能性，因而在工业化生产中不被看好；滚筒型导电电极有着最高的生产效率，但由于其纺丝液在纺丝过程中为自由表面且分布不均，因而纤维直径分布较广，仍需进一步改进；金属丝型导电电极是目前的最新形式，有着工业级的生产效率、且纤维直径分布较为均一，但其导电电极安装结构复杂、设备昂贵、生产及维护成本高。因而，结构简单的、且能保证纤维直径分布均一的导电电极仍然是工业化推广静电纺纳米纤维的研究重点。

目前现有的滚筒型静电纺丝设备的正电极为一个有着光滑表面的金属圆柱体，其存在的缺陷是：在静电纺丝过程中，受不同材料、不同浓度、及不同粘度的纺丝液的影响，附着在光滑圆柱体的纺丝液厚度具有随机性且不均匀性；同时，由于流体本身具有流动性，在重力与离心力的影响下产生随机流动，从而导致纺丝液表面进一步的不均匀，因而使纺丝环境不稳定，影响纺出的纳米纤维的直径，尤其是当圆柱体电极在快速转动时，纺出的纳米纤维的直径分布范围较广，从而影响纳米纤维膜的品质及性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型的连续静电纺丝装置，采用该装置可以有效的解决纳米纤维产量与纤维直径分布不够均一这对矛盾的技术问题，同时使纺丝设备结构简单、生产维护费用低，使该装置更适合规模化工业生产。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种连续静电纺丝装置，其特征在于：包括带输液口的储液槽、表面包覆网状物的滚筒、电机、收集板以及高压电源；滚筒被置于储液槽内；

在滚筒的前后两端分别固定连接金属棒Ⅰ和金属棒Ⅱ，滚筒、金属棒Ⅰ和金属棒Ⅱ的轴心线相重合；所述金属棒Ⅰ和金属棒Ⅱ均与储液槽转动相连；

在滚筒的左后两侧分别设置挡液板Ⅰ和挡液板Ⅱ，挡液板Ⅰ和挡液板Ⅱ与储液槽固定相连，挡液板Ⅰ和挡液板Ⅱ均正对于网状物；即，网状物落入挡液板Ⅰ和挡液板Ⅱ的长度范围内；

金属棒Ⅰ与电机相连，在金属棒Ⅱ上设置环形柔性电刷；高压电源的正极与环形柔性电刷相连、负极与收集板相连。

作为本发明的连续静电纺丝装置的改进：收集板位于网状物的正上方。

作为本发明的连续静电纺丝装置的进一步改进：收集板与网状物的最短距离为8cm～40cm。

作为本发明的连续静电纺丝装置的进一步改进：网状物的厚度为0.5mm～20mm。

作为本发明的连续静电纺丝装置的进一步改进：网状物的网格形状为正方形、菱形、长方形、圆形或椭圆形。

作为本发明的连续静电纺丝装置的进一步改进：

当网格形状为正方形或菱形时，其边长为1～50mm；

当网格形状为长方形时，其长边的长度为1～50mm；

当网格形状为圆形时，其直径为1～50mm；

当网格形状为椭圆形时，其长轴的长度为1～50mm。

作为本发明的连续静电纺丝装置的进一步改进：挡液板Ⅰ和挡液板Ⅱ均平行于滚筒，且挡液板Ⅰ与网状物之间的距离＝挡液板Ⅱ与网状物之间的距离，该距离为0.2mm～15mm。

作为本发明的连续静电纺丝装置的进一步改进：当网状物由导电材料制成时，滚筒由绝缘材料制成；或者，当网状物由绝缘材料制成时，滚筒由导电材料制成；

挡液板Ⅰ和挡液板Ⅱ均由绝缘材料制成；

储液槽由绝缘材料制成。

作为本发明的连续静电纺丝装置的进一步改进：在网状物的两端分别设置紧固壳体Ⅰ和紧固壳体Ⅱ，依靠紧固壳体Ⅰ和紧固壳体Ⅱ，网状物与滚筒固定相连；

所述金属棒Ⅰ和金属棒Ⅱ均与滚筒固定相连，或者，金属棒Ⅰ与紧固壳体Ⅰ固定相连、金属棒Ⅱ与紧固壳体Ⅱ固定相连。