[发明专利]一种静电旋喷纺丝装置

说明书

本发明涉及一种静电旋喷纺丝装置，包括多个圆柱状导电旋转罗盘、放电尖端、液体流道、高速旋转电机、温控系统和导电接收板，所有的旋转罗盘共轴且间距排列，其内部设有多个沿径向辐射分布的出液流道，出液流道的一端靠近辐射中心，另一端位于旋转罗盘的周面上，且与放电尖端连接，放电尖端与高压电源连接，液体流道主要由相互连通的进液流道和多个分液流道组成，进液流道同时穿过所有旋转罗盘内部的辐射中心，其上设有多个连通点，一连通点对应一旋转罗盘，进液流道通过分液流道与出液流道连通。本发明的一种静电旋喷纺丝装置能够避免有针式静电纺丝存在的纺丝速度慢、针头易堵塞以及无针式静电纺丝时溶液易变质以及所纺纤维直径离散度小的问题。

技术领域

本发明属于静电纺丝技术领域，涉及一种静电旋喷纺丝装置。

背景技术

纳米纤维具有纤维直径小、孔径小、比表面积高等特性，在空气净化、智能服装、超级电容器、电池隔膜、气凝胶等领域具有巨大的应用价值。目前常用的制备纳米纤维的方法有模板法、相分离法、海岛法以及静电纺丝法等，而随着纳米纤维应用领域的扩展，采用静电纺丝法制备纳米纤维具有设备简单、可纺原料广、可控性好等优势，因而成为大规模制备纳米纤维材料的首选方法。

静电纺丝法分为有针式静电纺丝法和无针式静电纺丝法。有针式静电纺丝法中最具有代表性的为单针头静电纺丝法，单针头静电纺丝法的主要装置由高压电源系统、供液装置和平板收集装置三部分组成，其中，供液系统包括微量注射泵、针管及金属针头；高聚物溶液流量由微量注射泵控制，高压电源的正极与金属针头连接，收集装置是金属平板并接地。静电纺丝时，高压电源电压逐渐增大在金属针头与导电接收板之间会形成高压电场，电场力克服溶液的表面张力、黏滞阻力作用形成微小的直线射流而后会出现不稳定的鞭动现象飞向金属收集板，在这个过程中，溶剂挥发，射流固化形成纳米纤维最终沉积在金属收集板上。这种有针式静电纺丝法纺丝连续好、精确度高以及均匀性好，所纺的纤维的直径离散度小，但也存在纺丝速度慢、针头易堵塞等不足，因此极大的限制了其规模化制备纳米纤维材料的进程；而无针式静电纺丝法一般采用敞开式结构，与有针式静电纺丝法相比具有纺丝速度快，无针头堵塞的优势，但是这种方法中液体常常暴露在空气中，容易造成纺丝液变质，严重影响纺丝的稳定性及最终纳米纤维的品质。

现有申请号为CN201610486964.0的专利公开了一种使用梯形周期阵列静电纺丝喷头的静电纺丝装置，该装置各喷孔的连线构成一梯形波轨迹，从而连接在喷孔上的针式喷嘴的轨迹也为梯形波，进而达到使纺丝更加均匀的效果，但是该方法仍然存在着针头易堵塞和纺丝效率低的问题；申请号为CN201610629977.9的专利公开了一种直线形槽状无针式静电纺丝装置及利用该装置进行纺丝的方法，这种方法采用微量注射泵供液系统使高聚物溶液自动精准供给，实现了纳米纤维的批量化制备，避免了堵塞现象，但该方法在静电纺丝过程中高聚物纺丝液与空气环境大面积接触，容易造成溶液的变质，造成最终纺得的纤维的直径离散度较高。

因此，研究一种能够避免针头堵塞和溶液变质、纺得的纤维直径离散度小以及纺丝效率高的静电旋喷纺丝装置具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术中存在的针头易堵塞、溶液易变质、所纺纤维直径离散度高以及纺丝效率较低的问题，提供一种静电旋喷纺丝装置，本发明通过采用无针头静电纺丝避免针头的堵塞，提高了纺丝效率，又由于喷丝过程中纺丝溶液全部在封闭的流道里，避免了在空气中暴露时不同位置的液体粘度不一致导致的纤维直径不同的问题，防止溶液变质的同时能够使所纺纤维的直径离散度更小。

为达到上述目的，本发明采用的方案如下：

一种静电旋喷纺丝装置，包括旋转罗盘、放电尖端、高压电源、液体流道、高速旋转电机、温控系统和接收板；由于本装置形成纤维喷射依靠的是静电拉伸力，静电产生源头为高压电源，高压电源与旋转罗盘连接后在放电尖端产生集中电荷，集中电荷与接收板形成场强，其中的电势差在有聚合物溶液时形成电场力，所以旋转罗盘、接收板和放电尖端必须为导电材料；