[发明专利]球形对喷刷式批量化纳米纤维纱线加工装置及其使用方法

说明书

本发明涉及一种球形对喷刷式批量化纳米纤维纱线加工装置及其使用方法，包括本体和底座，其中所述底座中间设有十字交叉的楔形槽，所述本体沿着第一楔形槽对称设置在第二楔形槽上，所述本体包括供液系统、分离电场控制系统、球形刷式喷丝系统、纳米纤维纱线成纱系统和纳米纤维纱线收集系统，所述供液系统包括气瓶、纺丝液贮液瓶、油浴槽和导液管，所述纺丝液贮液瓶设置在的油浴槽内，所述纺丝液贮液瓶与导液管到刷液槽形成连通器结构，所述纺丝液贮液瓶通过气管与气瓶连接，所述气管上、靠近气瓶处依次设有总阀和减压阀。本发明的采用气压连通器供液系统可实现高聚物溶液的自动供给，简单易行、操作方便。

技术领域

本发明属纳米静电纺丝和纺织机械技术领域，特别是涉及一种球形对喷刷式批量化纳米纤维纱线加工装置及其使用方法。

背景技术

当将聚合物纤维直径从微米尺度降至亚微米尺度或纳米尺度时，就会出现一系列惊奇的特性。如非常大的体积比表面积，纳米纤维的体积比表面积基本是微米纤维的1000倍；可以灵活地进行表面功能化；与其他已知材料形式相比所表现出优越的效应和机械性能，如表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和量子隧道效应及刚度、抗张强度等。这些杰出的性能使得纳米纤维成为许多重要应用的首选材料，在高效过滤、生物医用、智能传感等领域极具发展潜力。综合考虑操作可行性、稳定可控性(包括纤维直径及其分布)、加工材料范围、加工耗时等，静电纺丝加工技术就成为目前唯一一种可以制造连续的聚合物纳米纤维的方法。随着纳米材料科学的兴起和快速发展，利用静电纺丝方法制备纳米纤维及纳米纤维集合体成为工程材料科学界的研究热点。

传统的单针头静电纺丝装置较为简单，主要由高压电源系统、供液系统和收集系统三部分组成。供液系统包括微量注射泵、医用针管及平口金属针头，高聚物溶液流量由微量注射泵控制，高压电源的正极与平口金属针头连接，收集系统是金属平板并接地。高压电源电压逐渐增大，金属针头的液滴逐渐形成泰勒锥，当高压电源电压进一步增大，电场力会克服高聚物溶液的表面张力、黏滞力等作用形成微小的直线射流而后会出现鞭动现象到达接地金属收集板，在这个过程中，溶剂挥发，高聚物固化形成纳米纤维沉积在金属收集板上。

利用传统的静电纺丝方法制备的纳米纤维是以杂乱无章的纤维毡形式沉积在金属收集板上，这种无取向的纳米纤维毡极大地限制了纳米纤维在组织工程支架、细胞诱导生长方面的应用。另外，传统的静电纺丝装置得到的纳米纤维产量很低，很难满足纳米纤维在大量应用时的需求，单针头静电纺丝装置还存在针头容易堵塞的问题，这会严重影响到纳米纤维纺丝过程的顺利进行。

受限于纳米纤维束及纳米纱线难以结构控制和大批量生产，纳米纤维束及纳米纤维纱线的应用研究目前仍处于起步阶段，但现有应用研究表明纳米纤维束及纳米纤维纱线在创敷材料、组织工程、灵敏传感器、电子器件方面极具应用前景。

目前国内外采用无针式静电纺丝装置产生大量纳米纤维来集束成纱的技术并无报道，主要是因为目前的无针式静电纺丝装置出丝量大但纤维落点及沉积半径不可控。

当前纳米纱线批量化制备国内外也有一些报道。中国专利201610308336.3公开了一种高速离心一步成型纳米纤维纱线装置，该装置通过在旋转离心柱外壁设置与离心柱中心腔体相连的多个喷嘴在旋转过程中收集高取向的纳米纤维束，再经加捻形成纳米纱线。这种方法一定程度上提高了纳米纱线的产量，同时有良好的取向效果，但离心力作用形成的纳米纤维直径较粗分布较宽；中国专利201610455645.3公开了一种纳米纤维纱线加工装置及方法，该装置将多股长丝穿过静电纺丝区域以吸附纳米纤维，再将长丝浸泡溶解，加捻纳米纤维成纱。这种方法可以实现纳米纤维的批量化连续制备，但操作复杂，原料选择有限；中国专利201510149182.3公开了一种转环型静电纺纳米纤维纱线制备装置，利用中空圆环汇集纳米纤维形成一根连续纳米纤维纱线，这种方法的生产速度因单根纳米纤维纱线强力较低而受限，难以批量化生产纳米纤维纱线。

发明内容