[发明专利]一种物理化学协同作用可控环境参数静电纺丝设备

说明书

本发明涉及一种物理化学协同作用可控环境参数静电纺丝设备，该设备对现有静电纺丝的不可控环境参数不足之处进行了系统改进，通过物理、化学协同除湿，加热、除湿协同作用，共同精确控制纺丝的温湿度。在纺丝前，同时打开物理/化学协同除湿和物理加热单元，采用物理/化学除湿和物理加热的协同作用，能够有效降低纺丝环境的湿度，改善温度。随着纺丝过程的继续进行，即使纺丝环境中有纺丝溶剂存在，也能够有效去除湿度，使纺丝环境中的湿度恒定在较低程度，有利于顺利纺丝。从而大大改善纤维形貌，避免结块、粘结、串珠的形成，减少溶剂在纳米膜上的残余，可调控孔隙结构并提升材料性能，显著提高生产效率为产业化应用提供借鉴和参考。

技术领域

本发明涉及一种物理化学协同作用可控环境参数静电纺丝设备。

背景技术

静电纺丝技术是通过电场力作为牵引力来制备纳米纤维的一项新型技术，通过高压直流电源将制备纳米纤维所使用的聚合物溶液或熔体带上几千甚至几十万伏的高压静电，然后在高压直流电源形成的电场中，由于电场力的作用会让带电的聚合物溶液在静电纺丝设备的喷丝口处形成Taylor锥。随着使用高压直流电源不断的增加电压，静电场中的电场强度也会逐渐增大时，聚合物液滴会在Taylor锥的顶点被静电场形成的电场力加速直到可以克服液滴的表面张力形成喷射细流。在静电场中当射流从静电纺丝设备的喷头装置向接收装置运动时，就会出现带有电荷的液滴被加速的状况，所以纳米纤维丝在静电纺丝设备的接收装置接收。

静电纺丝稳定喷射的主要影响因素分为可控和不可控两大类。可控因素有静电纺丝设备本身的性能和生产工艺参数两个方面，不可控因素有溶液性能参数和环境参数两个方面。而对于环境温湿度的研究仅在2011年J.F.Rabolt等提出了相对湿度对纺丝纤维质量的影响。环境温度的变化改变射流溶剂的挥发速度，进而影响溶液的流动性和溶液的黏度。环境温度的变化也会引起液体和气体的体积质量差改变，从而引起表面层受指向液体内部拉力的变化，最终影响溶液的表面张力。近来也有研究表明，喷头及周边材质介电常数和电导率也会受环境温度的变化而产生一定的影响，从而对整个纺丝设备电场产生一定影响(卓丽云，等，环境温湿度对静电纺丝稳定喷射的影响，工程塑料应用，2020，48(3)：61-65)。

射流所处的温度也会影响溶剂挥发速度，较高温度有利于溶剂挥发，预防纤维间粘结。较高湿度环境时，溶剂容易凝固，影响纤维表面形貌，堵塞针头，影响纺丝的连续性。在高湿度环境纺丝时，会影响电场强度，产生不均匀的电场。因此，设计可控环境参数，精确控制纺丝温湿度的静电纺丝设备至关重要。

在专利(CN102187024A)中，设计了纺粘塔，在纺粘非织造布抽成细丝过程中，安装了物理除湿的除湿器，对空气相对湿度的控制在20-30％，温度为10-30℃。该专利主要采用物理除湿装置，对湿度的调节范围小，适用于纺粘非织造布的加工，与本专利的静电纺丝是两种截然不同的加工方法。

在专利(CN103409818A)中，提到纺丝环境可控多针头静电纺丝设备，调控纺丝温湿度的仅有一个控制系统，即：恒温恒湿系统。主要解决相邻喷丝头之间的静电场干扰等问题，同时，采用恒温恒湿箱体解决纺丝生产过程中对环境温度和湿度的要求。采用纯物理作用的恒温恒湿箱体，可以调控的纺丝温度为25-55℃，湿度为35-55％。从实施例的结果知道，可以调控的温度和湿度范围较小，对于湿度大于55％以上的环境，没有提及作用效果。