[发明专利]电场均布和强化的静电纺丝多喷头排布装置、方法及应用

说明书

本发明属于静电纺丝技术领域，公开了电场均布和强化的静电纺丝多喷头排布装置、方法及应用，采用矩形阵列或圆形阵列，所述纺丝喷头的上端连接有起分流作用的分流板，所述分流板的顶部安装有方便纺丝溶液或者熔体进入的入口；所述纺丝喷头的尖端上套设有电极环，一个所述电极环通过导线与高压静电发生器一连接，所述纺丝喷头的尖端下侧50mm‑200mm处设置有电极板，所述电极板通过导线与高压静电发生器二连接，所述分流板接地。内侧分布的纺丝喷头尖端感应场强得到了较大增强且整体电场分布均匀性得到较大改善，可以证实本发明的有益效果。

技术领域

本发明属于静电纺丝技术领域，尤其涉及电场均布和强化的静电纺丝多喷头排布装置、方法及应用。

背景技术

静电纺丝是利用高压静电将聚合物溶液或者熔体制备成超细纤维的方法，由于其原理简单和操作容易，被认为是制备纳米纤维最简单有效的方法之一，且具有工业化前景。静电纺丝的工作原理是在喷头和收集板之间建立高压电场，使喷头感应带电或者直接带电，喷头底部尖端处熔体或者溶液带电或者被极化受到电场力的强拉伸作用，当其所受到的电场力超过粘滞阻力和表面张力后，聚合物熔体或者溶液形成射流喷射至收集板上，射流冷却固化或者溶剂挥发形成纤维。在静电纺丝工业化应用中，大幅度提高纤维产率是重点和难点。

在传统单针静电纺丝技术中，一根针头产出一根纤维，电场强度越大则射流越快，纤维直径变小。为了提高生产效率，可采用多针头阵列排布的方法，但是在实践过程中发现阵列排布的针头在不同位置所受到的电场力是不相同的，一般情况下，外围的针头受到较强的电场作用，形成较强的电场力，这是因为电极板的尖端效应和静电屏蔽效应共同作用导致的，由于尖端效应，电极板边缘部位电荷密度大，场强大，所以对应的边缘分布的针头处场强大，相对内侧分布的针头处场强小。除此之外，还有一部分静电屏蔽效应，外围的针头对分布在内部的针头产生了一定的静电屏蔽效应，静电屏蔽是指导体外壳对它的内部起到“保护”作用，使它的内部不受外部电场的影响。所以，不均匀的电场导致纤维分布和纤维直径不均匀等问题，影响最终产品质量。

如果把单针静电纺丝称为采用“点”纺丝，那么无针静电纺丝技术则是采用“线”和“面”来纺丝，由于没有针头的限制，同等条件下，无针静电纺丝技术可以产生更多的射流数量，从而大幅度提高纤维产出效率，喷头尖端处电场强度越强则射流数量越多，射流速度越快，从而纤维越细。在工业化应用中，一般同样也是采用多喷头阵列的方法进一步提高生产效率。由于静电屏蔽效应，同样也是外围的喷头受到更强的电场力，而且由于单个喷头尖端处的电场分布不均也会带来同一个喷头上射流分布不均匀的问题，进而加剧最终产品纤维膜薄厚不均和直径不均匀的问题。为了解决上述静电纺丝产业化过程中由于电场分布不均带来的纤维膜薄厚不均和纤维直径不均的问题，本发明提出了一种电场均布和强化的静电纺丝多喷头排布装置及方法。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种电场均布和强化的静电纺丝多喷头排布装置及方法。所述技术方案如下：

电场均布和强化的静电纺丝多喷头排布装置的纺丝喷头采用矩形阵列或圆形阵列，所述纺丝喷头的上端连接有起分流作用的分流板，所述分流板的顶部安装有方便纺丝溶液或者熔体进入的入口；

所述纺丝喷头的尖端上套设有电极环，一个所述电极环通过导线与高压静电发生器一连接，所述纺丝喷头的尖端下侧50mm-200mm处设置有电极板，所述电极板通过导线与高压静电发生器二连接，所述分流板接地。

在一个实施例中，所述电极环整体呈圆形，电极环的横截面为圆形结构。

在一个实施例中，所述纺丝喷头采用矩形阵列时，电极板采用矩形平板；所述纺丝喷头采用圆形阵列时，电极板采用圆形平板。

在一个实施例中，所述调节高压静电发生器一施加电压为5kV-30kV，高压静电发生器二施加电压为30kV-80kV，即高压静电发生器二施加电压大于高压静电发生器一施加电压。