一種制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置，特別是一種通過靜電紡絲技術制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置。
【背景技術】
[0002]靜電紡絲技術是利用靜電力從溶液中制備超細纖維或者紗線，通常在納米到微米尺寸。液滴在電場作用下帶電荷，靜電力會中和表面張力使液滴發生變形，當靜電力大于表面張力到一定程度后，液滴會形成噴射細流，細流在噴射過程中分裂并且溶劑蒸發，最終得到納米纖維。在噴出細流的地方會形成泰勒錐。如果液滴的分子間作用力足夠大，細流就不會分裂，會形成一束帶電細流。
[0003]圖1是傳統旋轉靜電紡絲裝置10的示意圖。設備10包括一個高壓電源102、與高壓電源102正負極連接的極化電極103和接收對電極104，用于紡絲的高分子溶液105以及用于放置高分子溶液的液槽107，極化電極103置于高分子溶液105內，旋轉發生器101部分置于高分子溶液105內。
[0004]靜電紡絲時，通過極化電極103在高分子溶液105上施加高壓使旋轉發生器101上液滴極化帶電。在離接收對電極104最近處的液滴由于靜電力牽引向接收對電極104移動，形成圓錐形的泰勒錐106。當靜電力大于高分子溶液的表面張力，溶液從泰勒錐的尖端噴出形成細流。帶電細流在靜電力的牽引下拉伸成超細纖維108，最終收集在接收對電極104 上。
[0005]靜電紡絲用液體包括高分子溶液、溶膠凝膠、特殊懸浮液和熔融液等，可以裝載在液槽107中。液體在旋轉發生器的表面通過轉動不斷地更新，轉速決定液體的更新速度。
[0006]由于現有的旋轉發生器是外露金屬結構，在電壓過高時會發生空氣擊穿產生放電現象，如果使用有機易燃溶劑，會導致整個開放式旋轉發生器槽內的溶液起火燃燒，所以無針紡一般僅適合水溶性高分子的靜電紡絲，對于非水溶性高分子的靜電紡絲具有局限性。
[0007]因此，有必要提供一種新的制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置來解決上述問題。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種減少電暈放電現象的制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置。
[0009]本發明通過如下技術方案實現上述目的:一種制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置，包括高壓電源、與所述高壓電源正負極連接的極化電極和接收對電極、液槽、置于所述液槽內的紡絲溶液、部分置于所述紡絲溶液內的旋轉發生器，所述旋轉發生器為介電材料，所述介電材料的介電常數不小于10。
[0010]進一步的，所述極化電極容位于所述旋轉發生器外部的所述紡絲溶液內。
[0011]進一步的，所述極化電極的比表面積至少為I m2 /kg。
[0012]進一步的，所述極化電極位于所述旋轉發生器內部。
[0013]進一步的，所述介電材料為陶瓷，或者為陶瓷、金屬粉末、高分子材料的混合材料。
[0014]進一步的，所述旋轉發生器的表面設有凸出結構。
[0015]進一步的，所述凸出結構包括錐形、臺形、弧形。
[0016]進一步的，所述高壓電源為高壓直流電源。
[0017]與現有技術相比，本發明一種制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置的有益效果是:使用介電常數高的介電材料，在保持與導體材料相同的高電場的同時能夠減少電暈放電現象，不會引燃紡絲溶液，能夠應用于各種靜電紡絲作業。
【附圖說明】
[0018]圖1是傳統旋轉靜電紡絲裝置的示意圖。
[0019]圖2是實施例1的示意圖。
[0020]圖3是實施例2的示意圖。
[0021 ]圖4是實施例3的示意圖。
[0022]圖5模擬的旋轉發生器至接收對電極之間的電場分布。
[0023]圖6使用實施例1制備的納米纖維電子顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0024]實施例1
請參閱圖2，一種制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置20，包括高壓電源202、與所述高壓電源202正負極連接的極化電極203和接收對電極204、液槽207、置于所述液槽內的紡絲溶液205、部分置于所述紡絲溶液205內的旋轉發生器201，所述極化電極203位于所述旋轉發生器201內部，所述旋轉發生器201的表面為介電材料，介電常數不小于10，優選的應不小于100，更優選的應不小于1000，所述介電材料為陶瓷，或者為陶瓷、金屬粉末、高分子材料的混合材料。所述陶瓷包括鋯鈦酸鉛、鈦酸鍶鋇、鉍鋅鈮。所述旋轉發生器的外形為圓環形，其外徑70mm、內徑30mm、寬度8mm、介電常數200，使用10%的聚乙烯醇為紡液，旋轉發生器轉速20rpm，旋轉發生器與接收對電極204之間的距離為200mm，電壓6萬伏，無電暈放電現象發生。紡絲結果如圖6所示，得到平均直徑小于I微米的納米纖維，所述高壓電源為高壓直流電源。
[0025]實施例2
請參閱圖3，一種制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置30，包括高壓電源302、與所述高壓電源302正負極連接的極化電極303和接收對電極304、液槽307、置于所述液槽內的紡絲溶液305、部分置于所述紡絲溶液305內的旋轉發生器301，所述極化電極303位于所述旋轉發生器外部的所述紡絲溶液305內并位于所述旋轉發生器301的下方，所述極化電極303為弧形，其內徑接近旋轉發生器301的外徑，弧的長度是圓周的5%-40%，電極材料包括:線、網、柵格、泡沫、海綿、布、編織物、鰭狀物、平行板、粘連粉末結構、交織材料等，所述極化電極的比表面積至少為I m2 /kg，所述旋轉發生器201為介電材料，介電常數不小于10，優選的應不小于100，更優選的應不小于1000，所述介電材料為陶瓷，或者為陶瓷、金屬粉末、高分子材料的混合材料。所述陶瓷包括鋯鈦酸鉛、鈦酸鍶鋇、鉍鋅鈮。所述高壓電源為高壓直流電源。所述旋轉發生器的外形為圓柱形，圓柱形表面設有臺形的凸出結構3011，形成齒輪結構，其直徑50mm、齒高3mm、齒寬2mm，寬度8mm、介電常數200，使用10%的聚乙烯醇為紡液，旋轉發生器轉速30rpm，旋轉發生器與接收對電極304之間的距離為200mm，電壓5萬伏，無電暈放電現象發生。由于較小的直徑和表面的齒輪結構減小了紡絲電壓。所述凸出結構3011能夠增強電場強度，同時增加了紡絲溶液的攪拌效率、減少了紡絲溶液濃度不均的問題。
[0026]實施例3
請參閱圖4，一種制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置40，包括高壓電源402、與所述高壓電源402正負極連接的極化電極403和接收對電極404、液槽407、置于所述液槽內的紡絲溶液405、部分置于所述紡絲溶液405內的旋轉發生器401，所述極化電極403位于所述旋轉發生器401內部，所述旋轉發生器401為介電材料，介電常數不小于10，優選的應不小于100，更優選的應不小于1000，所述介電材料為陶瓷，或者為陶瓷、金屬粉末、高分子材料的混合材料。所述陶瓷包括鋯鈦酸鉛、鈦酸鍶鋇、鉍鋅鈮。所述高壓電源為高壓直流電源。所述旋轉發生器的外形為圓環形，其外徑70mm、內徑30mm、寬度8mm、介電常數200，使用10%的聚乙烯醇為紡液，旋轉發生器轉速20rpm，旋轉發生器與接收對電極204之間的距離為200mm,電壓6萬伏，無電暈放電現象發生。圓環形表面設有錐形的凸出結構4011，由于較小的直徑和表面的錐形結構減小了紡絲電壓。所述凸出結構4011能夠增強電場強度，同時增加了紡絲溶液的攪拌效率、減少了紡絲溶液濃度不均的問題。
[0027]圖5所示乃使用電場模擬軟件(例如Maxwell)產生的旋轉發生器與接收對電極之間的電場強度分布，即電勢差；為方便比較、電勢差和從旋轉發生器到接收對電極之間的距離都進行歸一化處理，從圖中所見，旋轉發生器表面的電場強度最高，到接收對電極表面減為最低，高介電常數的旋轉發生器表面的電場強度遠遠高于低介電常數的旋轉發生器，高場強是高效率靜電紡絲的必要條件。由此可知，介電常數高的材料并不會減小旋轉發生器表面的電場強度，反而有所增加，同時由于其電阻高減低了瞬間放電的能量，從而減少電暈放電現象。
[0028]以上所述的僅是本發明的一些實施方式。對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置，包括高壓電源、與所述高壓電源正負極連接的極化電極和接收對電極、液槽、置于所述液槽內的紡絲溶液、部分置于所述紡絲溶液內的旋轉發生器，其特征在于:所述旋轉發生器的表面為介電材料，所述介電材料的介電常數不小于10。2.根據權利要求1所述的制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置，其特征在于:所述極化電極容位于所述旋轉發生器外部的所述紡絲溶液內。3.根據權利要求2所述的制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置，其特征在于:所述極化電極的比表面積至少為I m2 /kg。4.根據權利要求1所述的制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置，其特征在于:所述極化電極位于所述旋轉發生器內部。5.根據權利要求1所述的制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置，其特征在于:所述介電材料為陶瓷，或者為陶瓷、金屬粉末、高分子材料的混合材料。6.根據權利要求1所述的制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置，其特征在于:所述旋轉發生器的表面設有凸出結構。7.根據權利要求6所述的制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置，其特征在于:所述凸出結構包括錐形、臺形、弧形。8.根據權利要求1所述的制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置，其特征在于:所述高壓電源為高壓直流電源。
【專利摘要】本發明一種制備納米纖維的旋轉靜電紡絲裝置，包括高壓電源、與所述高壓電源正負極連接的極化電極和接收對電極、液槽、置于所述液槽內的紡絲溶液、部分置于所述紡絲溶液內的旋轉發生器，所述旋轉發生器為介電材料，所述介電材料的介電常數不小于10。本發明使用介電常數高的介電材料，在保持與導體材料相同的高電場的同時能夠減少電暈放電現象，不會引燃紡絲溶液，能夠應用于各種靜電紡絲作業。
【IPC分類】D01D5/00
【公開號】CN105200538
【申請號】CN201510493837
【發明人】鄧超然
【申請人】昆山同日精密測試設備有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年8月12日