[发明专利]一种高效纳米纤维纺丝装置

说明书

一种高效纳米纤维纺丝装置，涉及静电纺丝装置。设有高压直流电源、电机驱动装置、传动装置、转动轴、轴承、溶液槽、箅状板、旋转针芯、收集板和供液装置；所述高压直流电源正极与溶液槽相接，高压直流电源负极与收集板连接并接地，为液面锥尖激发射流提供高压电场；所述收集板位于溶液槽上方，用于沉积固体纳米纤维；所述箅状板上设置微管道阵列，所述旋转针芯安装于微管道内，旋转针芯的针尖伸出微管道；电机驱动装置通过传动装置驱动各转动轴同轴旋转；轴承内圈套在转动轴上，轴承外圈固定在溶液槽底部；转动轴经夹具与旋转针芯相连；所述供液装置通过输液管与溶液槽连接。

技术领域

本发明涉及静电纺丝装置，尤其是涉及一种高效纳米纤维纺丝装置。

背景技术

静电纺丝技术通过电液动力学原理可将流体拉伸成微纳米纤维，由于其技术简单，成本低，适用性广等特点，已成为一种制备纳米纤维的主要技术，吸引了相关领域科研工作者和产业界的广泛关注。早期以单针尖为喷头的静电纺丝方法的生产效率仅为0.02g/h左右，难以满足纳米纤维日益增长的市场需求，对于纳米纤维的电纺批量制造技术的研究需要不断提高和创新。

中国专利CN200720076954.6公开一种多针尖批量电纺装置，该装置实际上是对传统单根针尖电纺装置的简单扩展，虽然能有效地提高纤维产量，但溶液在喷头内流阻较大，其针尖易堵塞，射流之间的电场相互干扰，针尖间距大。相比多针尖批量电纺技术，无针尖批量电纺技术不存在针尖堵塞的问题，主要利用外力或场激发作用在自由液面上形成泰勒锥，从而诱导产生纳米纤维。Elmarco公司采用移动的金属线作为纺丝电极，第一个实现了纳米纤维的商业化制造装置。文献(Yarin A L,Zussman E.Upward needlelesselectrospinning of multiple nanofibers[J].Polymer,2004,45(9):2977-2980)报道了一种磁致扰动电纺装置，但由于液面被扰动有一定随机性，使用该装置所得纳米纤维直径分布不均匀，形貌较差；此外该方法需要外加磁场，可能使纤维中引入磁性杂质。另外，Thoppey在文献(Thoppey N M,Bochinski J R,Clarke L I,et al.Edge electrospinningfor high throughput production of quality nanofibers.[J].Nanotechnology,2011,22(34):345301)中报道了利用金属碗形电极边缘效应的电纺方法，该方法可激发较多射流，但电极上溶液膜会随着溶剂的挥发逐渐固化加厚，电极钝化，电荷传递变化使前后所得纤维直径不一致，而且高粘度流体的低流动性也会导致边缘电极无法喷射。

可见，目前大部分电纺方法难以从高粘度溶液进行大规模制造，需要提出一种新的制造方法与装置。

发明内容

本发明的目的在于提供可克服现有批量电纺技术中存在的针尖易堵塞、难以电纺高粘度流体，纤维直径分布不均匀等缺点，采用内含旋转针芯的微管道阵列作为喷射电极的一种高效纳米纤维纺丝装置。

本发明设有高压直流电源、电机驱动装置、传动装置、转动轴、轴承、溶液槽、箅状板、旋转针芯、收集板和供液装置；所述高压直流电源正极与溶液槽相接，高压直流电源负极与收集板连接并接地，为液面锥尖激发射流提供高压电场；所述收集板位于溶液槽上方，用于沉积固体纳米纤维；所述箅状板上设置微管道阵列，所述旋转针芯安装于微管道内，旋转针芯的针尖伸出微管道；电机驱动装置通过传动装置驱动各转动轴同轴旋转；轴承内圈套在转动轴上，轴承外圈固定在溶液槽底部；转动轴经夹具与旋转针芯相连；所述供液装置通过输液管与溶液槽连接。

所述旋转针芯在微管内旋转推进溶液向针尖运动，在溶液表面形成液锥；所述微管道根据实际需要设置多个；旋转针芯安装在阵列微管道内，其旋转速度大于100r/min；所述微管道阵列及其旋转针芯靠近液面，可在溶液内近表面或者溶液上方。

本发明的工作原理如下：