納米纖維膜的制備裝置及系統的制作方法

本發明涉及納米纖維膜制備技術領域，具體而言，涉及納米纖維膜的制備裝置及系統。

背景技術：

納米纖維近幾年一直是各行各業的研究熱點，其主要原因在于納米纖維有較小的比表面積，使它的小尺寸效應明顯、顯著的量子尺寸效應，摻雜功能性納米顆粒可賦予納米纖維優良的表面活性、防紫外、屏蔽電磁波等特點，這些獨特的效應極大地擴大了原料的應用范圍，納米纖維的應用已經涉及到環境領域、材料領域、生物醫學、廢水離子吸收、功能服裝等多行業。因此納米纖維的研發與生產裝置一直在更新換代，從原先的單針頭紡絲發展到多針頭紡絲，又從多針頭紡絲發展到無針頭紡絲(如氣泡紡絲、氣流氣泡紡絲等)，這些紡絲裝置在技術上的更新換代，極大的提高了納米纖維的產量及其質量，然而，目前無針頭紡絲技術已經在產業化開發上有了很大的突破，但都或多或少存在這樣或者那樣的小缺點，如單純的氣泡紡絲雖然克服了針頭紡絲產量低、針頭容易堵塞等缺點，但仍然需要依靠較高的電壓(高壓電源)形成對紡絲液的高倍牽伸，但高壓電源需要我們對儀器的維護安全等有更高的要求；氣流氣泡紡絲依靠高壓氣流的作用形成對紡絲液的高倍牽伸，但氣流形成高壓時也需要對儀器的安全性有很高的要求。因此我們突破這兩種紡絲方法的缺陷，開發一種對電源和氣流要求都不高的新型靜電紡絲裝置，可用于開發多功能納米纖維或者納米纖維膜。

技術實現要素：

本發明提供了一種納米纖維膜的制備裝置，旨在改善現有的紡絲裝置對電壓和氣流都很高的問題。

本發明還提供了一種納米纖維膜的制備系統，該系統的制得的納米纖維膜性能好，且系統的安全性高。

本發明是這樣實現的：

一種納米纖維膜的制備裝置，包括儲液桶、紡絲盤、帶動紡絲盤進行升降運動的升降桿、收集板、噴氣機構以及靜電發生器，升降桿設置于儲液桶內，升降桿的一端與儲液桶的底部連接，升降桿的另一端與紡絲盤連接，紡絲盤設置有多個附著孔，收集板設置于紡絲盤的上方，收集板連接有第二電極；靜電發生器連接有第一電極，第一電極遠離靜電發生器的一端位于紡絲盤的上方，當升降桿帶動紡絲盤上升至最高位置時，噴氣機構的噴氣口由下朝上與多個附著孔對應，紡絲盤與第一電極接觸。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，噴氣機構包括漸擴管，漸擴管的大口為噴氣口。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，漸擴管的數量至少為2，其圍繞儲液桶均勻分布。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，漸擴管數量為4，紡絲盤為圓形，紡絲盤的直徑為10-11cm，噴氣口的口徑為1-1.5cm。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，儲液桶具有圓柱形的內腔，內腔的橫截面的直徑與紡絲盤的直徑相同。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，漸擴管與紡絲盤之間的夾角為30°-60°。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，靜電發生器的可控電壓范圍為10-15kv。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，附著孔的孔徑為0.8-1.2cm。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，儲液桶底部設置有液面提升臺，升降桿包括活動桿和套筒，活動桿設置于套筒內，液面提升臺設置有置桿腔，套筒設置于置桿腔內。

一種納米纖維膜的制備系統，包括上述的納米纖維膜的制備裝置。

本發明的有益效果是：本發明通過上述設計得到的納米纖維膜的制備裝置，使用時，由于采用靜電發生器在進行紡絲時產生瞬時高壓電，相比較現有的紡絲裝置，其安全性能好，且該裝置對氣壓的要求不高，只要能夠達到將將在附著孔形成的液膜吹脫即可，而因為不需采用高壓電源以及太高氣壓，故設備穩定性好，制得的納米纖維膜品質好。上述設計得到的納米纖維膜的制備系統，由于其包括本發明所提供的納米纖維膜的制備裝置，故其制得的納米纖維膜性能好，且系統的安全性高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施方式的技術方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1是本發明第一實施例提供的納米纖維膜的制備裝置的結構示意圖；

圖2是圖1中升降桿上升到與第一電極接觸時的結構示意圖；

圖3是納米纖維膜的制備裝置工作室的示意圖；

圖4是本發明第二實施例提供的納米纖維膜的制備裝置的結構示意圖。

圖標：100-納米纖維膜的制備裝置；110-儲液桶；111-內腔；120-紡絲盤；121-附著孔；130-升降桿；140-收集板；150-噴氣機構；151-漸擴管；153-噴氣口；161-第一電極；162-第二電極；163-靜電發生器；170-機架；171-漸擴管固定件；181-控制按鈕；10-紡絲液量；200-納米纖維膜的制備裝置；220-紡絲盤；230-升降桿；231-套筒；232-活動桿；290-液面提升臺；291-置桿腔；20-紡絲液量。

具體實施方式

為使本發明實施方式的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施方式中的附圖，對本發明實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式是本發明一部分實施方式，而不是全部的實施方式。基于本發明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發明保護的范圍。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施方式的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施方式。基于本發明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發明保護的范圍。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“上”、“下”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”、等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的設備或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

第一實施例

如圖1所示，本發明實施例提供了一種納米纖維膜的制備裝置100，其包括儲液桶110、紡絲盤120、帶動紡絲盤120進行升降運動的升降桿130、收集板140、噴氣機構150以及靜電發生器163。

具體地，結合圖2所示，升降桿130設置于儲液桶110內，升降桿130的一端與儲液桶110的底部連接，升降桿130的另一端與紡絲盤120連接，紡絲盤120設置有多個附著孔121，收集板140設置于紡絲盤120的上方，收集板140連接有第二電極162；靜電發生器163連接有第一電極161，第一電極161遠離靜電發生器163的一端位于紡絲盤120的上方。

啟動升降桿130，當升降桿130帶動紡絲盤120上升至最高位置時，噴氣機構150的噴氣口153由下朝上與多個附著孔121對應，紡絲盤120與第一電極161接觸。需要指出的是，紡絲盤120與收集板140均導電。

納米纖維膜的制備方法，以制備醋酸纖維素納米纖維膜為例：首先制備紡絲液，將醋酸纖維素按照濃度為12％加入到復合溶劑中，以醋酸纖維素質量為基準，納米銀、石墨烯氧化物、碳納米管的添加含量均為醋酸纖維素質量的5％，磁力攪拌12小時配制復合紡絲溶液，并用超聲波振蕩器震蕩2-3小時，以保證功能納米級顆粒分子在紡絲液中的均勻分配。

參考附圖1-3所示，當需要進行紡絲時，向儲液桶110內加入紡絲液，此時升降桿130處于收縮狀態，紡絲液加至液面淹沒紡絲盤120，然后打開控制按鈕181啟動升降桿130，升降桿130帶動紡絲盤120一起上升，當紡絲盤120脫離紡絲液液面時，附著孔121處形成紡絲液薄膜，當紡絲盤120上升至與第一電極161接觸距離儲液桶11010-12cm時，第二電極162接地極，通電后第一電極161與第二電極162電性相異，使得收集板140與紡絲盤120之間形成靜電場，此時啟動噴氣機構150，使噴氣口153從下至上向附著孔121吹氣，紡絲液薄膜破碎成微米級的液滴，使液滴在高壓靜電場與氣流的雙重作用下拉伸成所需規格的納米纖維，并最終附著于收集板140的下表面。

最終可得到含納米銀、石墨烯氧化物、碳納米管三種功能納米顆粒的醋酸纖維素納米纖維，沉積24小時后，在收集板140上聚集成集抗菌、導電、導熱等多種功能于一體的醋酸纖維素納米纖維膜。

需要注意的是，漸擴管151噴吹時間與紡絲盤120上升到最高點的停留時間要相互一致，停留時間控制在10秒以內，當紡絲盤120下降或上升的過程中漸擴管151噴吹過程暫停；升降桿130的上升高度是一定的，但下降的高度是可控的，主要是為了配合儲液桶110內紡絲液的深度。

上述設計，由于采用靜電發生器163在進行紡絲時產生瞬時高壓電，相比較現有的紡絲裝置，其安全性能好，且該裝置對氣壓的要求不高，只要能夠達到將將在附著孔121形成的液膜吹脫即可，而因為不需采用高壓電源以及太高氣壓，故設備穩定性好，制得的納米纖維膜品質好。

進一步地，為了能夠使最終得到的納米纖維膜物理性能更好，收集板140與紡絲盤120上升到最高處時的距離為18-20cm。

進一步地，納米纖維膜的制備裝置100還包括機架170，儲液桶110、收集板140、噴氣機構150以及靜電發生器163均安裝于機架170。將上述結構均設置于機架170上便于納米纖維膜的制備裝置100更好工作，也便于納米纖維膜的制備裝置100整體移動。

進一步地，靜電發生器163的可控電壓范圍為10-15kv，不同電壓下拉伸處的納米纖維規格不同，根據所要拉伸的納米纖維的規格選擇不同的電壓，但電壓超出或低于此范圍內拉伸處的纖維性能差，則難以指出優質纖維膜。

進一步地，噴氣機構150包括漸擴管151，漸擴管151的大口為噴氣口153。需要注意的是，在開啟噴氣機構150時，保持漸擴管151內氣壓小于5kpa。

漸擴管151為沿長度方向直徑逐漸變大或變小的異徑管，呈喇叭形。由于漸擴管151呈喇叭形，其能夠將氣流更大范圍分散噴向紡絲盤120。

進一步地，漸擴管151的數量至少為2，其圍繞儲液桶110均勻分布。多個漸擴管151以盡量將紡絲液都從紡絲盤120上吹脫，提高納米纖維膜的產率。

進一步地，在本實施例例中，漸擴管151的數量為4，其分別圍繞儲液桶110均勻分布，當啟動噴氣機構150時，該四個漸擴管151同時朝向紡絲盤120噴氣。

需要說明的是，在本發明的其他實施例中，漸擴管151的數量可以是兩個、三個或者四個以上。

具體地，紡絲盤120為圓形，紡絲盤120的直徑為10-11cm，噴氣口153的口徑為1-1.5cm。當漸擴管151的數量為4個，紡絲盤120的形狀和尺寸以及噴氣口153的口徑如上述時，其能夠保證將附著于紡絲盤120上的紡絲液完全吹離。

漸擴管151設置的越多越能確保附著于附著孔121上的紡絲液被完全吹離。但漸擴管151設置過多則裝置生產過程中所用材料也就越多，生產成本也就越大，當設置4個漸擴管151，紡絲盤120的形狀和尺寸以及噴氣口153的口徑如上述時，即能夠確保附著孔121上附著的紡絲液被全部吹離至收集板140又能使生產成本降到最小。

需要指出的是，在本發明的其他實施例中，根據實際使用需要，紡絲盤120還可以是其他形狀，而紡絲盤120的直徑以及噴氣口153的口徑也可以根據生產量進行調節。

進一步地，機架170設置有用于固定漸擴管151的漸擴管固定件171，其數量與漸擴管151的數量相對應。設置漸擴管固定件171后將漸擴管151固定住，放置噴氣機構150啟動時氣壓過大造成漸擴管151位移。

進一步地，漸擴管151與紡絲盤120之間的夾角為30°-60°。當紡絲盤120上升至與第一電極161接觸時，漸擴管151位于紡絲盤120下方與紡絲盤120之間成30°-60°夾角，此角度下能夠使漸擴管151更大面積向紡絲盤120吹出氣流。

進一步地，附著孔121的孔徑為0.8-1.2cm，附著孔121直徑不同以適合不同性質的紡絲液，例如某些紡絲液的黏度高一點則可以選附著孔121大一點的裝置，某些紡絲液黏度小一些則可以選擇附著孔121小一點的裝置。

進一步地，儲液桶110具有圓柱形的內腔111，內腔111的橫截面的直徑與紡絲盤120的直徑相同。

上述設計使得，紡絲盤120位于內腔111中時，紡絲盤120的邊緣與內腔111對應的儲液桶110的內壁貼合，紡絲盤120與儲液桶110的內壁之間無空隙，能夠大大節約內腔111的空間，減小儲液桶110中紡絲液的儲備量。

第二實施例

本發明實施例所提供的納米纖維膜的制備裝置200，其實現原理及產生的技術效果和第一實施例相同，為簡要描述，本實施例未提及之處，可參考第一實施例中相應內容。

請參照附圖3所示，儲液桶110底部設置有液面提升臺290，升降桿130包括活動桿232和套筒231，活動桿232設置于套筒231內，液面提升臺290設置有置桿腔291，套筒231設置于置桿腔291內。

升降桿130可以選用液壓式升降桿130。設置液面提升臺290能夠占據紡絲盤220以下的空間，減少紡絲液的進入量，也能避免紡絲液的浪費。對比圖3和圖4，第一實施例提供的納米纖維膜的制備裝置100的紡絲液量10很明顯多與第二實施例提供的納米纖維膜的制備裝置200的紡絲液量20。

綜上所述，本發明所提供的納米纖維膜的制備裝置由于采用靜電發生器在進行紡絲時產生瞬時高壓電，相比較現有的紡絲裝置，其安全性能好，且該裝置對氣壓的要求不高，只要能夠達到將將在附著孔形成的液膜吹脫即可，而因為不需采用高壓電源以及太高氣壓，故設備穩定性好，制得的納米纖維膜品質好。

故本發明提供的納米纖維膜具有以下優點：1、采用新型的薄膜紡絲技術，整個薄膜靜電紡絲過程的一致性與均勻性較高，在一定程度上保留針頭紡絲的優點；2、與現有的很多靜電紡絲技術相比，采用的高壓電源相對較低，采用的氣流的負壓相對偏小，結構的穩定性與安全系數較高；3、氣泡靜電紡技術過程需要嚴格控制好氣流大小以形成均勻的氣泡，但實際因受溶液性質的影響及流體作用，氣泡的大小無法做到很均勻，因此與目前氣泡靜電紡技術相比，本技術能夠嚴格控制好薄膜的厚度，也能在產量上有所突破。

本發明還提供了一種納米纖維膜的制備系統，其包括本發明所提供的納米纖維膜的制備裝置，由于其包括本發明所提供的納米纖維膜的制備裝置，故其制得的納米纖維膜性能好，且系統的安全性高。

以上所述僅為本發明的優選實施方式而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。