用于将纳米级或亚微米级聚合物纤维网连续无针静电纺丝到基底上的设备制造技术

一种用于将纳米级或亚微米级聚合物纤维网连续无针静电纺丝到基底上的设备包括静电纺丝外壳，该静电纺丝外壳包括至少一个液体聚合物涂覆装置和静电纺丝区；以及位于静电纺丝外壳外部的线驱动系统。线驱动系统驱动多个连续电极线通过静电纺丝外壳。液体聚合物再循环和进料系统位于静电纺丝外壳的外部，并包括再循环和进料罐，其将液体聚合物供给到至少一个液体聚合物涂覆装置并从其接收溢流液体聚合物。一种蒸气收集和溶剂回收系统包括至少一个排气流，收集和处理在静电纺丝外壳中产生的蒸气，并且维持静电纺丝外壳中低于大气压的压力。

Equipment for continuous needleless electrospinning of nano or submicron polymer fibre networks onto substrates

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将纳米级或亚微米级聚合物纤维网连续无针静电纺丝到基底上的设备
本公开涉及用于将液体聚合物静电纺丝成纳米级或亚微米级(submicronscale)纤维的设备(apparatus，装置)和方法，且更具体地涉及在不使用常规喷嘴或针的情况下将液体聚合物静电纺丝成纳米级或亚微米级纤维的设备和方法。
技术介绍
纳米级或亚微米级纤维可用于各种应用，包括过滤、组织工程、防护服装、复合材料、电池隔膜、储能等。静电纺丝是用于在此规模上生成高质量纤维的方法之一。虽然静电纺丝相对容易进行，然而，它具有非常低的生产量并且随后具有非常高的生产成本。因此，大量地静电纺丝纳米级和/或亚微米级纤维没有成本效益。因此，除了高价值应用之外，纳米纤维的静电纺丝已经在很大程度上包含到学术研究中。当前注射喷嘴、针式喷射(needle-jet)和旋转喷射制造工艺中的生产速率通常范围为约0.05克/小时(g/h)至约0.15g/h/喷嘴/喷射。已经研究和/或使用了几种方法来提高生产速率。这些方法包括气体辅助静电纺丝、多喷嘴系统的使用、无喷嘴/无针系统的使用、和增加旋转喷射的总数。然而，这些方法中的每一种都有其问题，导致每台(市售)机器的最大持续生产速率不超过约2千克/小时(kg/h)。与喷嘴/针头系统相关的问题包括：注射喷嘴/针孔的堵塞；难以优化喷嘴阵列；并且难以保持通过每个喷嘴的均匀进料速率。与无喷嘴/无针系统相关的问题包括：无法控制溶液储存器中的溶剂蒸发，导致溶液浓度和粘度变化；以及聚合物层涂覆积聚在静电纺丝元件的表面上，导致纤维纺丝速率显著降低。通过本公开的方面解决了这些和其它缺点。附图说明在不一定按比例绘制的附图中，相同的数字可以描述不同视图中的类似组件。具有不同字母后缀的相同数字可表示类似组件的不同实例。附图大体上通过实例而非限制的方式示出了本文件中讨论的各种方面。图1是根据本公开的一个方面的简化静电纺丝设备的侧视图。图2是根据本公开的一个方面的用于将液体聚合物层施加到多个连续电极线上的液体聚合物涂覆装置(device，器件)的侧视图。图3是沿图2的线A-A截取的截面的详图。图4A是沿图2的线B-B截取的截面的详图。图4B是根据本公开的一个方面的示例性电极线清洁组件的侧视图。图5是示出包括静电纺丝外壳、线驱动系统和线张紧系统的多个连续电极线的行进路径的简化图的侧视图。图6是沿图5的线A-A截取的截面的详图。图7是沿图6的线B-B截取的截面的详图。图8是示出根据本公开的方面的静电纺丝设备的辅助系统的示意图。图9是根据本公开的一个方面的静电纺丝设备的详细示意图。图10是示出图9的区段A的静电纺丝设备的部分示意图。图11是示出图9的区段B的静电纺丝设备的部分示意图。图12是示出图9的区段C的静电纺丝设备的部分示意图。图13是说明根据本公开的一个方面的用于将液体聚合物源连续无针静电纺丝成纳米级或亚微米级聚合物纤维网的方法的框图。图14是说明根据本公开的一个方面的用于驱动多个连续电极线通过静电纺丝设备的方法的框图。图15是说明根据本公开的一个方面的用于从静电纺丝外壳收集纳米级或亚微米级聚合物纤维网的方法的框图。图16是说明用于操作用于将纳米级或亚微米级聚合物纤维网连续无针静电纺丝到基底(substrate，基板)上的静电纺丝设备的方法的框图。
技术实现思路
本公开的各方面涉及一种用于将纳米级或亚微米级聚合物纤维网连续无针静电纺丝到基底上的设备，包括：静电纺丝外壳，其包括至少一个液体聚合物涂覆装置和静电纺丝区；位于静电纺丝外壳的外部的线驱动系统，其中线驱动系统驱动多个连续电极线通过静电纺丝外壳和位于其中的至少一个液体聚合物涂覆装置和静电纺丝区；位于静电纺丝外壳的外部并且包括再循环和进料罐的液体聚合物再循环和进料系统，其中再循环和进料罐将液体聚合物供给到至少一个液体聚合物涂覆装置并从其接收溢流液体聚合物；和包括至少一个排气流(exhauststream)的位于静电纺丝外壳外部的蒸气收集和溶剂回收系统，其用于收集和处理在静电纺丝外壳中产生的蒸气，并用于维持静电纺丝外壳中低于大气压的压力。本公开的另外方面涉及一种用于操作静电纺丝设备的方法，所述静电纺丝设备用于将纳米级或亚微米级聚合物纤维网连续无针静电纺丝到基底上，所述静电纺丝设备包括静电纺丝外壳，其包括至少一个液体聚合物涂覆装置和静电纺丝区；和位于静电纺丝外壳的外部的线驱动系统，其中线驱动系统驱动多个连续电极线通过静电纺丝外壳和位于其中的至少一个液体聚合物涂覆装置和静电纺丝区，所述方法包括：利用位于静电纺丝外壳的外部的液体聚合物再循环和进料系统，向至少一个液体聚合物涂覆装置提供液体聚合物进料；和在位于静电纺丝外壳外部的蒸气收集和溶剂回收系统中收集和处理静电纺丝外壳中产生的蒸气，其中蒸气收集和溶剂回收系统维持静电纺丝外壳中低于大气压的压力。具体实施方式通过参考以下对本公开的详细描述和其中包括的实施例，可以更容易地理解本公开。在各个方面，本公开涉及用于将聚合物纤维网静电纺丝到基底上并将其收集到辊上的设备和方法。本文所述的设备和方法允许以相对于现有和已知的静电纺丝方法的更高的产量和生产强度—以及更低的资本投资和生产成本—生产纳米级或亚微米级纤维。在公开和描述本专利技术化合物、组合物、制品、系统、装置和/或方法之前，应理解，除非另有说明，否则它们不限于特定的聚合物材料，或聚合物材料(即熔体或溶液)的特定状态，或用于制备聚合物溶液的特定类型的溶剂，或特定的操作条件(例如，溶液中的聚合物wt％、聚合物溶液中的添加剂、温度、电压、电场距离等)，或特定设备尺寸和结构材料(例如，电极线的组成、连续电极线的数量、电极线的长度、平行电极线之间的距离、在一个电极线通过中的聚合物涂覆装置的数量、两个液体聚合物涂覆装置之间的距离等)，并且因此这些参数可以变化。还应理解，本文使用的术语仅用于描述特定方面的目的，而不意图是限制性的。本公开的各种元件组合包含在本公开中，例如，来自从属于相同的独立权利要求的从属权利要求的元件的组合。此外，应理解，除非另有明确说明，否则决不意图将本文所述的任何方法解释为要求以特定顺序执行其步骤。因此，在方法权利要求实际上没有记下其步骤所遵循的顺序的情况下，或者在权利要求或说明书中没有特别说明该步骤将被限制为特定的顺序时，决不意图该顺序在任何方面都可以被推断出来。这适用于进行解释的任何可能的非明确的基础，包括：关于步骤安排或操作流程的逻辑问题；从语法组织或标点符号中得出的明显意义；以及说明书中描述的方面的数量或类型。本文提及的所有出版物均通过引用并入本文，以公开和描述与所引用的出版物相关的方法和/或材料。静电纺丝设备参考图1至图12，本公开的方面涉及用于将聚合物纤维网110静电纺丝到基底120上的设备100。图1中示出了设备100的简化示意图。该设备的特定组件包括静电纺丝外壳300、至少一个液体聚合物涂覆装置400、线驱动系统600、线张紧系统700、导电接地板800和至少一个将高电压施加到多个连续电极线1000的高压电源单元820。基底120从基底供给辊200展开并被驱动通过静电纺丝外壳。通过线驱动系统600和线张紧系统700，多个连续电极线1000大致平行于移动基底120的面驱动通过静电纺丝外壳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将纳米级或亚微米级聚合物纤维网连续无针静电纺丝到基底上的设备，包括：静电纺丝外壳，所述静电纺丝外壳包括静电纺丝区和至少一个液体聚合物涂覆装置；位于所述静电纺丝外壳的外部的线驱动系统，其中，所述线驱动系统驱动多个连续电极线通过所述静电纺丝外壳以及位于所述静电纺丝外壳中的所述至少一个液体聚合物涂覆装置和所述静电纺丝区；液体聚合物再循环和进料系统，所述液体聚合物再循环和进料系统位于所述静电纺丝外壳的外部并且包括再循环和进料罐，其中，所述再循环和进料罐将液体聚合物供给到所述至少一个液体聚合物涂覆装置并从所述至少一个液体聚合物涂覆装置接收溢流液体聚合物；以及包括至少一个排气流的位于所述静电纺丝外壳的外部的蒸气收集和溶剂回收系统，所述蒸气收集和溶剂回收系统用于收集和处理在所述静电纺丝外壳中产生的蒸气并用于维持所述静电纺丝外壳中低于大气压的压力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.06 US 62/443,1211.一种用于将纳米级或亚微米级聚合物纤维网连续无针静电纺丝到基底上的设备，包括：静电纺丝外壳，所述静电纺丝外壳包括静电纺丝区和至少一个液体聚合物涂覆装置；位于所述静电纺丝外壳的外部的线驱动系统，其中，所述线驱动系统驱动多个连续电极线通过所述静电纺丝外壳以及位于所述静电纺丝外壳中的所述至少一个液体聚合物涂覆装置和所述静电纺丝区；液体聚合物再循环和进料系统，所述液体聚合物再循环和进料系统位于所述静电纺丝外壳的外部并且包括再循环和进料罐，其中，所述再循环和进料罐将液体聚合物供给到所述至少一个液体聚合物涂覆装置并从所述至少一个液体聚合物涂覆装置接收溢流液体聚合物；以及包括至少一个排气流的位于所述静电纺丝外壳的外部的蒸气收集和溶剂回收系统，所述蒸气收集和溶剂回收系统用于收集和处理在所述静电纺丝外壳中产生的蒸气并用于维持所述静电纺丝外壳中低于大气压的压力。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述液体聚合物再循环和进料系统还包括液体聚合物循环和供给泵，所述液体聚合物循环和供给泵将液体聚合物泵送到所述至少一个液体聚合物涂覆装置；以及液体聚合物热交换器，所述液体聚合物热交换器将所述液体聚合物维持在所需温度。3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述至少一个液体聚合物涂覆装置包括液体聚合物供给口和液体聚合物再循环口，其中，所述液体聚合物供给口从所述液体聚合物再循环和进料系统接收液体聚合物，并且所述液体聚合物再循环口通过重力流动将液体聚合物返回到所述液体聚合物再循环和进料系统。4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，还包括液体聚合物制备系统，所述液体聚合物制备系统包括聚合物储存和加料单元以及液体聚合物制备罐，其中所述聚合物储存和加料单元储存用于所述设备的本体聚合物，所述液体聚合物制备罐接收来自所述聚合物储存和加料单元的本体聚合物和来自溶剂源的溶剂，并在所述液体聚合物制备罐中制备用于所述设备的所述液体聚合物。5.根据权利要求4所述的设备，还包括位于所述液体聚合物制备罐和所述再循环和进料罐之间的液体聚合物加料流，所述液体聚合物加料流用于将在所述液体聚合物制备罐中制备的液体聚合物进料到所述液体聚合物再循环和进料系统。6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，还包括位于所述静电纺丝外壳内的线清洁组件和位于所述静电纺丝外壳的外部的溶剂储存和供给系统，其中所述溶剂储存和供给系统为所述线清洁组件提供溶剂，并且所述线驱动系统驱动所述多个连续电极线通过所述线清洁组件以从所述多个连续电极线中清除残留的聚合物。7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述溶剂储存和供给系统包括溶剂储存罐、溶剂供给泵、溶剂供给流和液体聚合物稀释流，其中所述溶剂储存罐储存用于所述设备的溶剂，所述溶剂供给流位于所述溶剂储存罐和所述线清洁组件之间，所述液体聚合物稀释流位于所述溶剂储存罐和所述液体聚合物再循环和进料系统之间，所述溶剂供给泵通过所述溶剂供给流为所述线清洁组件提供溶剂，并且所述溶剂供给泵通过所述液体聚合物稀释流为所述液体聚合物再循环和进料系统提供溶剂。8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述溶剂储存和供给系统还包括位于所述线清洁组件和所述溶剂储存罐之间的溶剂再循环流，其中，所述溶剂再循环流通过重力流动从所述线清洁组件接收溶剂并将所述溶剂返回到所述溶剂储存罐。9.根据权利要求7或8所述的设备，还包括位于所述溶剂储存罐和液体聚合物制备罐之间的溶剂加料流，其中，溶剂供给泵通过所述溶剂加料流向所述液体聚合物制备罐提供溶剂。10.根据权利要求7至9中任一项所述的设...

【专利技术属性】
技术研发人员：金学志，理查德·彼得斯，伊夫林·皮尔逊，
申请(专利权)人：沙特基础工业全球技术有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL