[发明专利]一种气泡均匀分布的分离式空气静电纺丝装置及其使用方法

说明书

本发明涉及一种气泡均匀分布的分离式空气静电纺丝装置，包括储液装置、收集装置，储液装置内设置有振动装置，振动装置包括支撑柱，支撑柱的底部与储液装置的内腔底部连接，支撑柱的顶部安装有转动装置，转动装置连接有若干振动棒，储液装置的外围设置有电极线圈，电极线圈连接有高压发生器，储液装置的底部开设若干连接孔，气囊的顶部开设有若干出气孔，连接孔与出气孔通过分导管连通，气囊的底部开设有进气孔，进气孔通过主导管连接有空气泵。本发明为分离式静电纺丝装置，电极线圈与纺丝液分离，可以加大电极线圈与收集装置的电势差，提高静电场的牵伸力，通过振动棒将气泡分解，提高了微纳米纤维的生产效率，改善了纤维膜的均匀性。

技术领域

本发明属静电纺丝技术领域，特别是涉及一种气泡均匀分布的分离式空气静电纺丝装置及其使用方法。

背景技术

微纳米纤维集合体的宏量制备技术是纺织领域的研究热点之一。微纳米纤维直径细、柔性好，具有极高的比表面积和孔隙率，因此，其在能源、生物医药、个体防护与纺织服装等各个领域均展现了极高的应用价值。

制备微纳米纤维集合体的方法有模板合成法、拉伸法等，但是上述制备微纳米纤维的方法较为复杂、工序繁杂、合成效率较低。随着微纳米材料科学的发展，静电纺丝技术凭借其设备简单、操作便捷和工艺可控性强等特点，成为目前连续制备微纳米纤维集合体最为高效的技术之一。

一般而言，静电纺丝装置主要包括喷头装置、高压发生装置、收集装置、供液装置等。通过供液装置连续向喷头装置提供纺丝液，高压发生装置为静电纺丝装置提供电势差，最终在电场力的作用下，喷头中的纺丝液克服其表面张力形成射流，射流经过一段相对稳定的直线飞行阶段后，在环境流场及其自身所带电荷的排斥力作用下，发生剧烈的鞭动现象，在鞭动的过程中，静电纺射流发生充分的牵伸，最终形成微纳米纤维并沉积在收集装置中。

然而，传统的单针头静电纺丝装置制备微纳米纤维的效率极低，制备的纤维直径相对较粗，难以满足产业化及高品质产品的要求，如何实现超细微纳米纤维的批量化制备成为工程材料科学界的研究热点。

THERON等采用多个针头同时进行静电纺丝制备微纳米纤维[Multiple jets inelectrospinning:experiment and modeling[J].Polymer,2005, 46(9):2889-99]。TOMASZEWSKI研究了针头的排列方式对静电纺丝的影响 [Investigation ofelectrospinning with the use of a multi-jet electrospinning head[J].FibresText East Eur,2005,13(4):22-6]。然而，随着针头数量的增多，针头之间的电场发生强烈的互相干扰作用，改变针头的排列方式无法根本上解决电场的干扰现象，造成了针头堵塞、产量下降等问题。相对而言，无针式静电纺丝技术在微纳米纤维的宏量制备上更具优势。中国专利CN201610296863.7、CN202110355602.9、CN201610629977.9 等公开多种无针式静电纺丝技术，无针式静电纺丝装置通过增加静电纺射流的数量，显著提高了静电纺制备微纳米纤维集合体的制备效率。但是，随着静电纺射流数量的增加，其所形成的微纳米纤维的直径变异较大、纤维的平均直径较粗。为了控制静电纺微纳米纤维直径的均匀性，降低纤维直径，Yang 提出了一种气泡静电纺丝技术[Yang R,He J,Lan X,et al. Bubble-electrospinning for fabricating nanofibers[J].Polymer,2009, 50(24):5846-5850.]，通过控制射流的质量形成极细的微纳米纤维。然而，在气泡静电纺丝的过程中，对气流控制的要求较高。在气流上浮形成气泡的过程中，容易形成相对固定的气流通道，使射流形成的位置相对固定，造成静电纺纤维膜厚度上分布不匀。

发明内容

本发明的主要目的是提出了一种气泡均匀分布的分离式空气静电纺丝装置及其使用方法，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：