[发明专利]一种凸轮驱动线网型静电纺丝装置及其使用方法

说明书

本发明属于静电纺丝技术领域，本发明提供了一种凸轮驱动线网型静电纺丝装置及其使用方法。本发明提供的凸轮驱动线网型静电纺丝装置包括以下部件：供电单元、线网型喷头、纤维接收装置、凸轮单元、供液单元；各部件的位置及连接关系如下：线网型喷头任意一端与供电单元连接，另一端与凸轮单元连接；线网型喷头安装在供液单元上；纤维接收装置位于线网型喷头的正上方。本发明提供的凸轮驱动线网型静电纺丝装置可诱导溶液在线网平面上均匀分布，调控射流的密度和射流的分布位置，从而提高纳米纤维的直径细度和直径分布均匀性。

技术领域

本发明涉及静电纺丝技术领域，尤其涉及一种凸轮驱动线网型静电纺丝装置及其使用方法。

背景技术

由静电纺丝技术制备的聚合物纳米纤维具有直径小、长径比高、比表面积大和尺寸形貌可调控等优良特性，在个体防护、能源储存、环境保护和生物医药等领域具有巨大的应用优势和应用潜力。目前，静电纺丝技术被公认为最具有工业化应用价值的纳米纤维生产技术，相对于模板合成和自组装等技术来说，该技术具有装置简单，操作方便，适用面广泛，可经济有效的连续制备长纤维等优点。

静电纺丝技术是指溶液或熔体在高压静电场下形成泰勒锥，当电场力足够强大使得液滴克服表面张力后拉伸细化产生射流，射流劈裂、旋转鞭动并挥发自身溶剂，最后固化并沉积在接收板上得到纤维的过程。传统的针头式静电纺丝生产效率较低，且针头易堵塞难清洗，通过多针排列进行大规模生产纳米纤维时容易出现针头间电场干扰问题。

基于自由液面的无针头式静电纺丝技术是可实现宏量生产纳米纤维的途径之一。同时，无针式静电纺丝技术因其可通过设计喷头形式巧妙地避免针头易堵塞和电场干扰的优势备受关注。当前国内外研究者们提出过气泡静电纺丝、凹槽式、锯齿式等一些无针静电纺丝装置用以生产纳米纤维。专利号为201510650659.6的中国专利公布了一种多孔柔性管无针静电纺丝装置，采用液压装置进料，使用多孔弹性管与蛇皮金属软管相结合的复合柔性管作为射流喷射器，该装置解决了传统针头易堵塞的问题，但是柔性管上的小孔容易弹动使溶液射流方向稳定性差，对纤维的形貌和直径的控制也存在一定的局限性。专利号为201210177134.1的中国专利公开了一种气泡静电纺丝装置，通过在贮液池中设置喷气管，通过喷气作用在溶液表面形成大量气泡而进一步实现纺丝的效果。但是气泡在电场力作用下破裂大小不均，表面自组织形成泰勒锥和射流分布位置较难控制，纤维直径分布较宽且需要的纺丝电压较高。

因此，如何提供一种能够有效调控泰勒锥和射流分布密度，进而控制纤维成形稳定和均匀性的静电纺丝装置成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种凸轮驱动线网型静电纺丝装置及其使用方法，其目的是解决目前批量化静电纺丝技术中存在纺丝操作电压大、射流密度分布调控难、纤维直径大且均匀性较差等技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种凸轮驱动线网型静电纺丝装置，包括以下部件：供电单元、线网型喷头、纤维接收装置、凸轮单元、供液单元；

各部件的位置及连接关系如下：线网型喷头任意一端与供电单元连接，另一端与凸轮单元连接；线网型喷头安装在供液单元上；纤维接收装置位于线网型喷头的正上方。

进一步的，所述线网型喷头由多根金属线阵列组合而成，所述金属线的数量为2～16；

所述线网型喷头为矩形线网型喷头、矩形-焊接球珠线网型喷头和圆形-焊接球珠线网型喷头中的一种，其中矩形-焊接球珠线网型喷头和圆形-焊接球珠线网型喷头中的金属线包含金属球珠，金属线的材质包含铜、铝和铁中的一种或几种，金属线的直径为1～10mm；金属线的粗糙度Ra为0.2～1.6；金属球珠的材质为低碳钢金属，金属球珠的直径为1～5mm；

所述线网型喷头的面积为10～10000cm²。