專利名稱：一種可用于大批量生產納米纖維的自吸靜電紡絲裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種納米纖維的靜電紡絲裝置，尤其是一種可大批量生產納米纖維的自吸靜電紡絲裝置。屬于紡織機械領域。
背景技術：
目前廣泛使用的靜電紡納米纖維的裝置有很多種單噴頭或多噴頭針筒式、振動靜電紡絲裝置(專利號CN100516321C)；氣泡靜電紡絲裝置(專利號CN100503905C)， 方寵轉線圈式(Xin Wang, Haitao Niu, Tong Lin, Xungai Wang, Wire Coil eedleless Electrospinning of Polymer Nanofibers, International Conference on Fibrous Materials 2009，Shanghai, P. R. China)，磁流體靜電紡絲裝置。無論是單噴頭或多噴頭針筒式紡絲方法，由于噴孔直徑小，存在紡絲效率和產量低下，噴絲孔易堵且清洗困難，無法滿足大批量生產和產品應用的要求等缺陷，同時需另加噴頭紡絲液的推泵。振動靜電紡絲裝置，氣泡靜電紡絲裝置，旋轉線圈式和磁流體靜電紡絲裝置隨無需噴頭，紡絲效率和產量有一定的提高，但分別需要大功率的超聲振動設備，連續工作的氣泵，線圈旋轉的驅動裝置和擾動磁場發生器，共同的缺陷是增加了設備，增大了能耗，紡絲效率和產量也有待進一步提高。
發明內容
針對上述存在的問題，本發明的目的是要解決現有靜電紡絲裝置存在的不足或缺陷，提供一種既可用于大批量生產納米纖維，又可簡化裝置降低能耗的自吸靜電紡絲裝置。為實現上述目的，本發明的技術方案是一種可用于大批量生產納米纖維的自吸靜電紡絲裝置，自吸靜電紡絲裝置由存放紡絲溶液或熔體的貯液池、高壓靜電發生器、納米纖維的接收裝置與傳送裝置，自吸噴頭組成，所述自吸噴頭為一組以上，自吸噴頭均勻排列，垂直固定在貯液池內的紡絲溶液或熔體中，自吸噴頭通過電極線與高壓靜電發生器相連，接收極板通過接地電極接地形成負極，與自吸噴頭上端面的紡絲溶液或熔體的液面之間形成靜電場，自吸噴頭露出紡絲溶液或熔體面的高度小于或等于紡絲溶液或熔體在自吸噴頭中能上升的高度。所述的自吸噴頭為管狀物或兩塊平行板組成的狹縫，自吸噴頭采用金屬或導電材料，管狀物的內直徑為0. l_2mm，兩塊平行板組成的狹縫寬度為0. l_2mm。由于采用了以上技術方案，本發明的自吸靜電紡絲裝置中自吸噴頭采用毛細管的原理，利用自吸噴頭的浸潤毛細作用力使自吸噴頭中紡絲溶液或熔體的液面上升，在自吸噴頭上端面上紡絲溶液或熔體的液面與接收極板之間形成局部強電場，實現靜電紡。自吸噴頭固定于存放紡絲溶液或熔體的貯液池中，自吸噴頭的上端低于貯液池的上沿高度，自吸噴頭的結構、材料特征與紡絲溶液或熔體一定時，紡絲溶液或熔體在自吸噴頭中由于毛細作用能上升的高度是一定的，而紡絲溶液或熔體在自吸噴頭中由于毛細作用能上升的高度也因自吸噴頭的結構、材料特征與紡絲溶液或熔體的特性而變化，通過控制貯液池中紡絲溶液或熔體的量來控制貯液池中的液面高度，使自吸噴頭露出紡絲溶液或熔體面的高度小于或等于紡絲溶液或熔體在自吸噴頭中能上升的高度，就實現了紡絲溶液或熔體注滿自吸噴頭，同時自吸噴頭采用金屬或導電材料制備，自吸噴頭通過電極線與高壓靜電發生器相連，接收極板通過接地電極接地形成負極，與自吸噴頭上端面的紡絲溶液或熔體的液面之間形成靜電場，實現靜電紡，有效的消除了現有噴頭式靜電紡紡絲液由推泵控制，較難以實現紡絲液的推出量與靜電紡的速度一致，使得噴絲孔頻繁被堵，需頻繁更換或清洗噴絲孔，自吸噴頭為管狀物或兩塊平行板組成的狹縫，自吸噴頭與紡絲溶液或熔體之間的毛細作用力自動補充紡絲溶液或熔體，自吸噴頭不易堵塞，自吸噴頭采用兩塊平行板組成的狹縫時，兩塊平行板組成的狹縫間距可調，清洗方便，自吸噴頭為一組以上，均勻排列，生產效率高，可以實現納米纖維的大批量生產，同時，相比振動靜電紡絲裝置，氣泡靜電紡絲裝置，旋轉線圈式和磁流體靜電紡絲裝置的無噴頭靜電紡絲，減少了設備，降低了能耗。
圖1為本發明的工作原理示意2為自吸噴頭位于紡絲溶液或熔體中的示意3為自吸噴頭為管狀物在紡絲溶液或熔體中的俯視4為自吸噴頭為兩塊平行板組成的狹縫在紡絲溶液或熔體中的俯視5為本發明的靜電紡絲裝置制備的聚乙烯醇納米纖維的掃描電鏡圖
具體實施例方式下面結合結合附圖和實施例對本發明作進一步的闡述，參照附圖。本發明的一種可用于大批量生產納米纖維的自吸靜電紡絲裝置，自吸靜電紡絲裝置由存放紡絲溶液或熔體2的貯液池1、高壓靜電發生器3、納米纖維的接收裝置與傳送裝置，自吸噴頭4組成。傳送裝置由接收極板10，退繞棍軸8，卷繞棍軸9和導輥7組成，納米纖維的接收裝置由接收簾5，接地電極6，和接收極板10組成。所述自吸噴頭4為一組以上，每組之間相互平行，自吸噴頭4通過整體支架垂直固定在貯液池1內的紡絲溶液或熔體2中，自吸噴頭4的上端低于貯液池1的上沿高度，自吸噴頭4通過整體支架垂直固定在貯液池1中有利于保證自吸噴頭4上端在同一水平平面上，所述的自吸噴頭4可以是采用金屬或導電材料制備的管狀物4'或兩塊平行板組成的狹縫4"。管狀物4'的內直徑為 0. l-2mm，兩塊平行板組成的狹縫4"寬度為0. l_2mm。自吸噴頭4為管狀物4'時，每組中管狀物4'不少于三個，自吸噴頭4為兩塊平行板組成的狹縫4"時，每個金屬平行板組成的狹縫4"為一組。紡絲溶液或熔體2在自吸噴頭4中由于毛細管作用能上升的高度也因自吸噴頭4的結構，材料特征與紡絲溶液或熔體2的特性而變化，通過控制貯液池1中紡絲溶液或熔體2的量來控制貯液池1中的液面高度，使自吸噴頭4露出紡絲溶液或熔體2的液面高度小于或等于紡絲溶液或熔體2在自吸噴頭4中能上升的高度，就實現了紡絲溶液或熔體2注滿自吸噴頭4，同時自吸噴頭4采用金屬或導電材料制備，自吸噴頭4通過電極線與高壓靜電發生器3相連，接收極板10通過接地電極接地形成負極6，與自吸噴頭4上端面的紡絲溶液或熔體2的液面之間形成靜電場，調整高壓靜電發生器3的輸出電壓高低及CN 102383204 A
說明書
3/6頁 納米纖維的接收裝置與自吸噴頭4之間的距離，實現紡絲，在紡絲過程中在貯液池1不斷補充紡絲溶液或熔體2保持貯液池1中的液面高度，使紡絲溶液或熔體2能注滿自吸噴頭4。 傳送裝置和接收裝置設在貯液池1的正上方，接收裝置中的接收簾5緊貼接收極板10和導輥7，由接收極板10和導輥7提供張力和部分傳送動力，接收極板10和導輥7與接地電極 6相連，接收簾5 —端連接退繞棍軸8，另一端與卷繞棍軸9連接。在靜電紡過程中，從自吸噴頭4上端面的紡絲溶液或熔體2的液面上有極細的紡絲溶液或熔體2射流噴出，射向接收極板10，沉積在接收簾5上，形成大量的納米纖維，隨著傳動裝置被帶離纖維沉積區。接收簾5卷繞在退繞棍軸8，另一端連接在卷繞棍軸9上，隨著紡絲的進行，以一定的速度進行退繞和卷繞，從而保證均勻的纖維氈被帶離紡絲區并卷繞在卷繞棍軸9上。
具體實施例實施例一納米纖維的自吸靜電紡絲裝置，在上端開口的絕緣的貯藏池1中，通過整體支架將內徑為2mm的金屬管狀物4'垂直固定在貯液池1內的紡絲溶液或熔體2中，金屬管狀物 4'的上端在同一水平平面上，金屬管狀物4'陣列在紡絲溶液或熔體2中，如圖3，金屬管狀物4'采用五個為一組，八組之間相互平行排列組成陣列。金屬管狀物4'組成的陣列通過金屬電極與高壓靜電發生器3相連，紡絲溶液2為5wt%的聚乙烯醇水溶液，金屬管狀物 4'陣列垂直固定于紡絲溶液2中，一端露出紡絲溶液2表面，一端浸入紡絲溶液2內部，通過控制貯藏池1中所加紡絲溶液2的量使金屬管狀物4'露出紡絲溶液2表面的高度小于紡絲溶液2在金屬管狀物4'中能上升的高度，使紡絲溶液2注滿金屬管狀物4'。打開高壓靜電發生器3，調節電壓，同時調整納米纖維的接收裝置與金屬管狀物4'之間的距離。 金屬管狀物4'中上升的紡絲溶液2在高壓靜電作用下獲得最強的極化，電荷將集中在金屬管狀物4'上端面上的液面上，形成泰勒錐，貯藏池1上端口一定距離有一傳送裝置和接收裝置，傳送裝置由接收極板10，退繞棍軸8，卷繞棍軸9和導輥7組成，納米纖維的接收裝置由接收簾5，接地電極6，和接收極板10組成，形成負極，與金屬管狀物4'上端面上的液面之間形成電場，由于靜電力的作用，從泰勒錐頂端有極細的紡絲溶液2射流噴出，射向負極板，沉積在接收簾5上，形成大量的納米纖維，隨著傳動裝置被帶離纖維沉積區，接收簾5 上納米纖維直徑為200nm。接收簾5卷繞在退繞棍軸8，另一端連接在卷繞棍軸9上，隨著紡絲的進行，以一定的速度進行退繞和卷繞，從而保證均勻的纖維氈被帶離紡絲區并卷繞在卷繞棍軸9上。通過該實施例制備的聚乙烯醇納米纖維的掃描電鏡圖(見圖5)。實施例二納米纖維的自吸靜電紡絲裝置，在上端開口的絕緣的貯藏池1中，通過整體支架將內徑為Imm的金屬管狀物4'垂直固定在貯液池1內的紡絲溶液或熔體2中，金屬管狀物 4'的上端在同一水平平面上，金屬管狀物4'采用三個為一組，五組之間相互平行排列組成陣列。導電毛細管4組成的陣列通過金屬電極與高壓靜電發生器3相連，紡絲溶液2為 IOwt%的聚乙烯醇水溶液，金屬管狀物4'陣列垂直固定于紡絲溶液2中，一端露出紡絲溶液2表面，一端浸入紡絲溶液2內部，通過控制貯藏池1中所加紡絲溶液2的量使金屬管狀
5物4'露出紡絲溶液2表面的高度小于紡絲溶液2在金屬管狀物4'中能上升的高度，使紡絲溶液2注滿金屬管狀物4'。打開高壓靜電發生器3，調節電壓，同時調整納米纖維的接收裝置與金屬管狀物4'之間的距離，金屬管狀物4'中上升的紡絲溶液2內部自由電荷在高壓靜電作用下獲得最強的極化，電荷將集中在金屬管狀物4'上端面上的液面上，形成泰勒錐，貯藏池1上端口一定距離有一傳送裝置和接收裝置，傳送裝置由接收極板10，退繞棍軸8，卷繞棍軸9和導輥7組成，納米纖維的接收裝置由接收簾5，接地電極6，和接收極板10 組成，形成負極，與金屬管狀物4'上端面上的液面之間形成電場，由于靜電力的作用，從泰勒錐頂端有極細的紡絲溶液2射流噴出，射向負極板，沉積在接收簾5上，形成大量的納米纖維，隨著傳動裝置被帶離纖維沉積區。接收簾5卷繞在退繞棍軸8，另一端連接在卷繞棍軸9上，隨著紡絲的進行，以一定的速度進行退繞和卷繞，從而保證均勻的纖維氈被帶離紡絲區并卷繞在卷繞棍軸9上。實施例三納米纖維的自吸靜電紡絲裝置，在上端開口的絕緣的貯藏池1中，通過整體支架將內徑為0. Imm的導電玻璃管狀物4'垂直固定在貯液池1內的紡絲溶液或熔體2中，導電玻璃管狀物4'的上端在同一水平平面上，導電玻璃管狀物4'采用三個為一組，五組之間相互平行排列組成陣列。導電玻璃管狀物4'組成的陣列通過金屬電極與高壓靜電發生器3相連，紡絲溶液2為10wt%的聚氨酯的N，N-二甲基甲酰胺溶液，導電玻璃管狀物4' 陣列垂直固定于紡絲溶液2中，一端露出紡絲溶液2表面，一端浸入紡絲溶液2內部，通過控制貯藏池1中所加紡絲溶液2的量使導電玻璃管狀物4'露出紡絲溶液2表面的高度小于紡絲溶液2在導電玻璃管狀物4'中能上升的高度，使紡絲溶液2注滿導電玻璃管狀物 4'。打開高壓靜電發生器3，調節電壓，同時調整納米纖維的接收裝置與導電玻璃管狀物 4'之間的距離。導電玻璃管狀物4'中上升的紡絲溶液2內部自由電荷在高壓靜電作用下獲得最強的極化，電荷將集中在導電玻璃管狀物4'上端面上的液面上，形成泰勒錐，貯藏池1上端口一定距離有一傳送裝置和接收裝置，傳送裝置由接收極板10，退繞棍軸8，卷繞棍軸9和導輥7組成，納米纖維的接收裝置由接收簾5，接地電極6，和接收極板10組成， 形成負極，與導電玻璃管狀物4'上端面上的液面之間形成電場，由于靜電力的作用，從泰勒錐頂端有極細的紡絲溶液2射流噴出，射向負極板，沉積在接收簾5上，形成大量的納米纖維，隨著傳動裝置被帶離纖維沉積區。接收簾5卷繞在退繞棍軸8，另一端連接在卷繞棍軸9上，隨著紡絲的進行，以一定的速度進行退繞和卷繞，從而保證均勻的纖維氈被帶離紡絲區并卷繞在卷繞棍軸9上。實施例四納米纖維的自吸靜電紡絲裝置，通過整體支架將縫間距為2mm的兩塊金屬平行板組成的狹縫4"垂直固定在貯液池1內的紡絲溶液或熔體2中，兩塊金屬平行板組成的狹縫4"的上端在同一水平平面上，每個金屬平行板組成的狹縫4"為一組，八組之間相互平行排列組成陣列。金屬平行板組成的狹縫4"組成的陣列在紡絲溶液或熔體2中，如圖4。 金屬平行板組成的狹縫4"組成的陣列通過金屬電極與高壓靜電發生器3相連，紡絲溶液 2為5wt%的聚乙烯醇水溶液，金屬平行板組成的狹縫4"陣列垂直固定于紡絲溶液2中， 一端露出溶液2表面，一端浸入紡絲溶液2內部，通過控制貯藏池1中所加紡絲溶液2的量使金屬平行板組成的狹縫4"露出紡絲溶液2表面的高度小于紡絲溶液2在金屬平行板組成的狹縫4"中能上升的高度，使紡絲溶液2注滿金屬平行板組成的狹縫4"。打開高壓靜電發生器3，調節電壓，同時調整納米纖維的接收裝置與金屬平行板組成的狹縫4"之間的距離。金屬平行板組成的狹縫4"中上升的紡絲溶液2內部自由電荷在高壓靜電作用下獲得最強的極化，電荷將集中在金屬平行板組成的狹縫4"上端面上的液面上，形成泰勒錐， 貯藏池1上端口一定距離有一傳送裝置和接收裝置，傳送裝置由接收極板10，退繞棍軸8， 卷繞棍軸9和導輥7組成，納米纖維的接收裝置由接收簾5，接地電極6，和接收極板10組成，形成負極，與金屬平行板組成的狹縫4"上端面上的液面之間形成電場，由于靜電力的作用，從泰勒錐頂端有極細的紡絲溶液2射流噴出，射向負極板，沉積在接收簾5上，形成大量的納米纖維，隨著傳動裝置被帶離纖維沉積區。接收簾5卷繞在退繞棍軸8，另一端連接在卷繞棍軸9上，隨著紡絲的進行，以一定的速度進行退繞和卷繞，從而保證均勻的纖維氈被帶離紡絲區并卷繞在卷繞棍軸9上。實施例五納米纖維的自吸靜電紡絲裝置，通過整體支架將縫間距為Imm的兩塊金屬平行板組成的狹縫4"垂直固定在貯液池1內的紡絲溶液或熔體2中，兩塊金屬平行板組成的狹縫4"的上端在同一水平平面上，每個金屬平行板組成的狹縫4"為一組，八組相互平行排列組成陣列。金屬平行板組成的狹縫4"組成的陣列通過金屬電極與高壓靜電發生器3相連，紡絲熔體2為聚乳酸熔體，金屬平行板組成的狹縫4"陣列垂直固定于紡絲熔體2中， 一端露出紡絲熔體2表面，一端浸入紡絲熔體2內部，通過控制貯藏池1中所加紡絲熔體2 的量使金屬平行板組成的狹縫4"露出紡絲熔體2表面的高度小于紡絲熔體2在金屬平行板組成的狹縫4"中能上升的高度，使紡絲溶液2注滿金屬平行板組成的狹縫4"。打開高壓靜電發生器3，調節電壓，同時調整納米纖維的接收裝置與金屬平行板組成的狹縫4"之間的距離。金屬平行板組成的狹縫4"中上升的紡絲熔體2內部自由電荷在高壓靜電作用下獲得最強的極化，電荷將集中在金屬平行板組成的狹縫4"上端面上的熔體液面上，形成泰勒錐，貯藏池1上端口一定距離有一傳送裝置和接收裝置，傳送裝置由接收極板10，退繞棍軸8，卷繞棍軸9和導輥7組成，納米纖維的接收裝置由接收簾5，接地電極6，和接收極板10組成，形成負極，與金屬平行板組成的狹縫4"上端面上的熔體液面之間形成電場，由于靜電力的作用，從泰勒錐頂端有極細的紡絲熔體2射流噴出，射向負極板，沉積在接收簾 5上，形成大量的納米纖維，隨著傳動裝置被帶離纖維沉積區。接收簾5卷繞在退繞棍軸8， 另一端連接在卷繞棍軸9上，隨著紡絲的進行，以一定的速度進行退繞和卷繞，從而保證均勻的纖維氈被帶離紡絲區并卷繞在卷繞棍軸9上。實施例六納米纖維的自吸靜電紡絲裝置，通過整體支架將縫間距為0. Imm的兩塊導電玻璃平行板組成的狹縫4"垂直固定在貯液池1內的紡絲溶液或熔體2中，兩塊導電玻璃平行板組成的狹縫4"的上端在同一水平平面上，每個導電玻璃平行板組成的狹縫4"為一組，五組相互平行排列組成陣列。導電玻璃平行板組成的狹縫4"組成的陣列通過金屬電極與高壓靜電發生器3相連，紡絲溶液2為3wt%的聚偏氟乙烯的N，N- 二甲基甲酰胺溶液，導電玻璃平行板組成的狹縫4"陣列垂直固定于紡絲溶液2中，一端露出溶液2表面，一端浸入紡絲溶液2內部，通過控制貯藏池1中所加紡絲溶液2的量使導電玻璃平行板組成的狹縫 4"露出紡絲溶液2表面的高度小于紡絲溶液2在導電玻璃平行板組成的狹縫4"中能上升的高度，使紡絲溶液2注滿導電玻璃平行板組成的狹縫4"。打開高壓靜電發生器3，調節電壓，同時調整納米纖維的接收裝置與導電玻璃平行板組成的狹縫4"之間的距離。導電玻璃平行板組成的狹縫4"中上升的紡絲溶液2內部自由電荷在高壓靜電作用下獲得最強的極化，電荷將集中在導電玻璃平行板組成的狹縫4"上端面上的液面上，形成泰勒錐，貯藏池1上端口一定距離有一傳送裝置和接收裝置，傳送裝置由接收極板10，退繞棍軸8，卷繞棍軸9和導輥7組成，納米纖維的接收裝置由接收簾5，接地電極6，和接收極板10組成，形成負極，與導電玻璃平行板組成的狹縫4"上端面上的液面之間形成電場，由于靜電力的作用，從泰勒錐頂端有極細的紡絲溶液2射流噴出，射向負極板，沉積在接收簾5上，形成大量的納米纖維，隨著傳動裝置被帶離纖維沉積區。接收簾5卷繞在退繞棍軸8，另一端連接在卷繞棍軸9上，隨著紡絲的進行，以一定的速度進行退繞和卷繞，從而保證均勻的纖維氈被帶離紡絲區并卷繞在卷繞棍軸9上。
權利要求
1.一種可用于大批量生產納米纖維的自吸靜電紡絲裝置，包括用于存放紡絲溶液或熔體的貯液池(1)、高壓靜電發生器(3)、納米纖維的接收裝置與傳送裝置，其特征在于還包括自吸噴頭G)，所述自吸噴頭為一組以上，自吸噴頭均勻排列，垂直固定在貯液池內的紡絲溶液或熔體( 中，自吸噴頭(4)通過電極線與高壓靜電發生器C3)相連，接收極板(10) 通過接地電極接地形成負極(6)，與自吸噴頭(4)上端面的紡絲溶液或熔體的液面之間形成靜電場，自吸噴頭(4)露出紡絲溶液或熔體面的高度小于或等于紡絲溶液或熔體(2)在自吸噴頭中能上升的高度。
2.根據權利要求1所述的一種可用于大批量生產納米纖維的自吸靜電紡絲裝置，其特征在于所述的自吸噴頭(4)為管狀物)或兩塊平行板組成的狹縫)。
3.根據權利要求2所述的一種可用于大批量生產納米纖維的自吸靜電紡絲裝置，其特征在于所述的管狀物)的內直徑為0. l-2mm，所述的兩塊平行板組成的狹縫0")寬度為 0. l-2mm。
4.根據權利要求2所述的一種可用于大批量生產納米纖維的自吸靜電紡絲裝置，其特征在于所述的自吸噴頭(4)采用金屬或導電材料。
全文摘要
本發明涉及一種納米纖維的靜電紡絲裝置，尤其是一種可大批量生產納米纖維的自吸靜電紡絲裝置。屬于紡織機械領域。自吸靜電紡絲裝置由存放紡絲溶液或熔體的貯液池、高壓靜電發生器、納米纖維的接收裝置與傳送裝置，自吸噴頭組成，本發明的自吸靜電紡絲裝置中自吸噴頭采用毛細管的原理，利用自吸噴頭的浸潤毛細作用力使自吸噴頭中紡絲溶液或熔體的液面上升，在自吸噴頭上端面上紡絲溶液或熔體的液面與接收極板之間形成局部強電場，實現靜電紡。自吸噴頭與紡絲溶液或熔體之間的毛細作用力自動補充紡絲溶液或熔體，自吸噴頭不易堵塞，生產效率高，可以實現納米纖維的大批量生產，同時，減少了設備，降低了能耗。
文檔編號D01D5/00GK102383204SQ20111022973
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月11日 優先權日2011年8月11日
發明者劉欣, 葉汶祥, 崔衛鋼, 徐衛林, 楊紅軍, 柏自奎, 梁桂杰, 肖仕麗, 許杰 申請人:武漢紡織大學