一种多功能静电纺丝设备制造技术

本发明专利技术公开一种多功能静电纺丝设备，包括静电纺丝室、预处理室、采样室、进盘室和样品接收室，能实现静电纺丝的喷头自清洗、自动采样换样、原位改性，连续制备多层纳米纤维薄膜等功能。其特点是三个静电纺丝室均设有一个喷头固定器，能固定和清洗喷头，让静电纺丝顺利进行；样品接收室包含一个样品盘固定器，控制样品盘的转动，使样品盘在不同单元之间相互切换，实现电纺丝产品的预处理、自动采样、自动装盘、制备多层纳米纤维薄膜等功能；预处理室和采样室能实现电纺丝产品的预处理，采集与改性；所述的进盘室能自动为样品接收室补充样品盘。该装置不仅具有结构简单，操作方便等特点，还具有多种功能，提升静电纺丝效率等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能静电纺丝设备
本专利技术属于静电纺丝领域，尤其涉及一种具有喷头自清洗、自动采样换样、(原位)改性、连续制备多层纳米纤维薄膜等功能的静电纺丝装置。
技术介绍
随着国民经济和科学技术的发展，人们对纳米纤维材料的需求量越来越大，静电纺丝技术作为一种制备一维纳米纤维材料或者纳米纤维薄膜具有独特的优势，因而被广泛的研究和应用。特别是从上世纪八十年代以后，随着纳米材料这一概念的提出，研究发现对静电纺丝的参数的优化，能够方便的制备直径达到纳米数量级的纳米纤维更是激起了科学家对静电纺丝的研究兴趣和热情。静电纺丝逐渐在催化材料、光电材料与器件、生物医用组织、航空和航天等领域发挥巨大作用。在静电纺丝过程中，在喷头(阳极)施加一定的电压，喷头和接收板之间形成以一个静电场，处于电场中的小液滴或熔体小液滴表富集大量的电荷，若液滴表面的电荷斥力大于或者等于其表面张力时，液滴表面产生微小的“射流”，“射流”在电场力的作用下被拉伸、溶剂迅速挥发，发生固化，沉积在接收板上，即形成了纳米纤维。自从Formalas于1934首次申请了用静电力制备聚合物纤维的实验装置以来，与静电纺丝装置相关的专利如雨后春笋，静电纺丝装置得到了很多的改进，形式也多种多样，解决了很多问题，如中国专利：ZL201210245532.2,ZL201210024657.2等；美国专利US6616435，US6656394等；世界专利：WO06043968，WO2005099308等。然而，在静电纺丝中，若前驱体溶液的黏度太大，溶剂比较溶液易挥发(如乙醇做溶剂时)，容易导致溶液在在喷头末端凝固，长出一段丝(见附图1)，使得喷头被堵住；而如果前驱体溶液聚合物溶度偏低，会使得喷头溶液形成液滴，往下滴，这些现象都使得静电纺丝难以进行，降低了静电纺丝的效率。其次，传统的静电纺丝装置一般采用阴极(接地极)直接作为接收板，接收电纺丝产品，灵活性不高，具有一定的局限性，如：采样不方便、难以进行改性处理、接收板样品的厚度对电场存在影响进而影响到电纺丝产品的形貌：本实验室的研究发现，采用普通静电纺丝方法制备纳米纤维时，电纺丝产品的采样时间影响着纳米纤维的相貌：采样时间过长，即纺丝的时间太长，主要的纳米纤维变粗，伴随着出现很多细小的纤维，纤维的直径不均匀(见附图2)，而采样时间较短时，静电纺丝制备的纳米纤维粗细比较均匀(见附图3)，因此，控制静电纺丝产品的采样时间对纳米纤维的形貌的控制是很有必要的。最后，随着纳米材料的发展，具有特殊性能的新型纳米材料的研究与需求越来越多，如纳米纤维薄膜的制备与研究，对纳米纤维的改性研究，甚至是原位改性的研究，因此，开发一种能够(原位)改性，连续制备多层纳米纤维薄膜的静电纺丝装置是有必要的，这有利于静电纺丝的实验研究和实际应用，具有可观的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多功能静电纺丝设备。以实现静电纺丝喷头自清洗、自动采样换样、(原位)改性、连续制备多层纳米纤维薄膜等功能。本专利技术的目的还在于设计多个静电纺丝室的静电纺丝装置，各个静电纺丝室间相互独立，互不干扰，以提升静电纺丝的效率并实现连续进行多层纳米纤维薄膜的制备。本专利技术的目的还在于设计一种喷头固定器，以实现静电纺丝过程中喷头自清洗，消除静电纺丝过程中的滴液和堵塞现象，保证静电纺丝的顺利进行。本专利技术的目的还在于设计一种金属圆环作为静电纺丝的阴极(接地端)，使阴极与样品接收器分离，从而样品接收器既可以用一般的样品盘，直接接收静电纺丝产品，也可以实现用特殊的接收装置(如烧杯、培养皿等)接收电纺丝产品，以实现静电纺丝的原位改性。本专利技术的目的还在于设计一种样品盘固定器，样品盘固定器为空心正六棱柱的塑料薄片，各个侧面的外部中心设有圆形的样品槽，用于放置样品盘；除了底面的样品槽外，其余各个样品槽正下方均固定有一个磁力搅拌器，通过磁力将有内置磁条的样品盘固定在样品槽上，并使样品盘可以在样品槽内旋转；正六棱柱在外接转动电机的控制可以定时沿着正六棱柱的中心轴旋转，实现样品盘在不同单元之间的切换，以达到在不同的静电纺丝室之间接收电纺丝产品、制备多层纳米纤维薄膜、电纺丝产品的采样和装入样品盘的目的。本专利技术的目的还在于在静电纺丝装置设计一个样品预处理单元，预处理单元可以通过加热或者放入干燥剂等方式对电纺丝产品进行干燥，也可以在预处理单元创造特定的气体气氛(如氨气)等实现电纺丝产品的直接预处理。本专利技术的目的还在于在静电纺丝装置设计一个采样单元，利用重力的作用实现电纺丝产品自动采样，可以在采样单元放入某些试剂，接收电纺丝产品，实现电纺丝产品的改性。本专利技术的目的还在于提供一种进盘器，用于静电纺丝完成自动采样后，补充样品盘，使静电纺丝能够持续进行下去。本专利技术的目的还在于设计一种样品盘，材质为聚四氟乙烯或者陶瓷等抗腐蚀的材料，呈圆形薄片；样品盘的接收面有很多小突起，使电纺丝产品容易被取下来或者在对样品盘上的电纺丝产品直接改性时，保证电纺丝产品能与改性剂充分接触；样品盘中心部位嵌入一条磁铁，使得样品盘在磁力搅拌器的作用下能够转动起来，保证电纺丝产品均匀地落在样品盘上面，形成均一的薄膜。为实现本专利技术的目的采用技术方案如下：本专利技术所述的一种多功能静电纺丝设备，包括壳体和壳体内设置有的静电纺丝室、预处理室、采样室、进盘室和样品接收室，壳体内的静电纺丝室、预处理室、采样室、进盘室和样品接收室由玻璃罩罩住密封，其特征在于样品接收室设置于壳体中心，样品接收室通过圆筒隔板与静电纺丝室、预处理室、采样室和进盘室隔开；在圆筒隔板外通过水平隔板分隔成上下两层，在位于水平隔板上方分布有左中右三个且其之间通过隔板隔成相互独立的静电纺丝室，其中间静电纺丝室位于竖直方向，而左侧静电纺丝室和右侧静电纺丝室分别位于中间静电纺丝室两侧；在位于水平隔板下方设置有预处理室、采样室和进盘室，相邻之间由隔板隔开。在左中右静电纺丝室中均设有一个喷头固定器，喷头固定器用于固定喷头；所述喷头的顶部与硅胶导管相连接，电纺丝溶液能通过硅胶导管被输送到喷头，喷头连接外部的高压电源的阳极；金属圆环设在喷头的下方且固定在圆筒隔板侧面之上，通过导线与高压电源的阴极相接；加热棒设在金属圆环正后方且固定在圆筒隔板；所述喷头固定器包括高度调节杆、清洗电机、固定板、固定管、连接板、喷头通道、金属旋钮、旋转条和转动轴；高度调节杆穿过玻璃罩且顶端位于静电纺丝室外部，底端在静电纺丝室内部，通过拉动及固定高度调节杆能控制喷头与金属圆环之间的距离；高度调节杆的底端固定有清洗电机，清洗电机底部固定有固定管；在固定管左侧固定着连接板，连接板末端固定有能让喷头穿过的喷头通道，在喷头通道另一侧中心位置处设有金属旋钮以固定喷头；在固定管右侧固定着固定板，在固定板上设有一个能让旋转条通过的缺口，缺口能截留旋转条从针头上带过来的液滴或者凝结的丝；在固定管的中心线上设有一个与旋转条连接的转动轴，转动轴连接着清洗电机，清洗电机控制转动轴转动，带动转动轴末端设有的旋转条转动，旋转条在旋转的过程中能将喷头末端的液滴或者凝结的丝刮下而起到清洗喷头，防止堵塞的作用。样品接收室整体呈圆柱形，从外到里有三层结构，依序是：圆筒隔板、样品盘固定器和磁力搅拌器；在圆筒隔板的侧面设置有分别与采样室、进盘室、左中右静电纺丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能静电纺丝设备，包括壳体和壳体内设置有的静电纺丝室、预处理室(P)、采样室(S)、进盘室(C)和样品接收室(R)，壳体内的静电纺丝室、预处理室(P)、采样室(S)、进盘室(C)和样品接收室(R)由玻璃罩（36）罩住密封，其特征在于样品接收室(R)设置于壳体中心，样品接收室(R)通过圆筒隔板（13）与静电纺丝室、预处理室(P)、采样室(S)和进盘室(C)隔开；在圆筒隔板（13）外通过水平隔板（37）分隔成上下两层，在位于水平隔板（37）上方分布有左中右三个且其之间通过隔板隔成相互独立的静电纺丝室，其中间静电纺丝室(E2)位于竖直方向，而左侧静电纺丝室(E1)和右侧静电纺丝室(E3)分别位于静电纺丝室(E2)两侧；在位于水平隔板（37）下方设置有预处理室(P)、采样室(S)和进盘室(C)，相邻之间由隔板隔开。

【技术特征摘要】
1.一种多功能静电纺丝设备，包括壳体和壳体内设置有的静电纺丝室、预处理室(P)、采样室(S)、进盘室(C)和样品接收室(R)，壳体内的静电纺丝室、预处理室(P)、采样室(S)、进盘室(C)和样品接收室(R)由玻璃罩（36）罩住密封，其特征在于样品接收室(R)设置于壳体中心，样品接收室(R)通过圆筒隔板（13）与静电纺丝室、预处理室(P)、采样室(S)和进盘室(C)隔开；在圆筒隔板（13）外通过水平隔板（37）分隔成上下两层，在位于水平隔板（37）上方分布有左中右三个且其之间通过隔板隔成相互独立的静电纺丝室，其中间静电纺丝室(E2)位于竖直方向，而左侧静电纺丝室(E1)和右侧静电纺丝室(E3)分别位于中间静电纺丝室(E2)两侧；在位于水平隔板（37）下方设置有预处理室(P)、采样室(S)和进盘室(C)，相邻之间由隔板隔开；所述采样室(S)设在预处理室(P)和进盘室(C)的中间，在左侧静电纺丝室(E1)和样品接收室(R)的正下方，通过采样通道（14）与中心位置的样品接收室(R)相联通，采样室(S)主要用于自动收集电纺丝产品和直接改性电纺丝产品；当样品盘进入采样室(S)时，由于磁力的消失并在重力的作用，电纺丝产品将随着样品盘一起掉入采样室(S)而被收集起来，实现自动采样的过程；在采样室(S)底部，采样通道（14）正下方放入装有特殊改性液体的容器，用来接收样品盘并对样品盘上收集到的电纺丝产品进行改性。2.如权利要求1所述的一种多功能静电纺丝设备，其特征在于在左中右静电纺丝室中均设有一个喷头固定器，喷头固定器用于固定喷头（10）；所述喷头（10）的顶部与硅胶导管相连接，电纺丝溶液能通过硅胶导管（6）被输送到喷头，喷头（10）连接外部的高压电源的阳极；金属圆环（17）设在喷头（10）的下方且固定在圆筒隔板（13）侧面之上，通过导线与高压电源的阴极相接；加热棒（19）设在金属圆环（17）正后方且固定在圆筒隔板；所述喷头固定器包括高度调节杆（1）、清洗电机（2）、固定板（3）、固定管（4）、连接板（5）、喷头通道（8）、金属旋钮（9）、旋转条（11）和转动轴（12）；高度调节杆（1）穿过玻璃罩且顶端位于静电纺丝室外部，底端在静电纺丝室内部，通过拉动及固定高度调节杆（1）能控制喷头（10）与金属圆环（17）之间的距离；高度调节杆（1）的底端固定有清洗电机，清洗电机（2）底部固定有固定管（4）；在固定管（4）左侧固定着连接板（5），连接板末端固定有能让喷头（10）穿过的喷头通道（8），在喷头通道（8）另一侧中心位置处设有金属旋钮（9）以固定喷头（10）；在固定管（4）右侧固定着固定板（3），在固定板（3）上设有一个能让旋转条（11）通过的缺口（7），缺口（7）能截留旋转条（11）从针头上带过来的液滴或者凝结的丝；在固定管（4）的中心线上设有一个与旋转条（11）连接的转动轴，转动轴（12）连接着清洗电机（2），清洗电机控制转动轴（12）转动，带动转动轴（12）末端设有的旋转条（11）转动，旋转条（11）在旋转的过程中能将喷头（10）末端的液滴或者凝结的丝刮下而起到清洗喷头，防止堵塞的作用。3.如权利要求1或2所述的一种多功能静电纺丝设备，其特征在于所述样品接收室(R)整体呈圆柱形，从外到里有三层结构，依序是：圆筒隔板（13）、样品盘固定器（20）和磁力搅拌器（23）；在圆筒隔板（13）的侧面设置有分别与采样室(S)、进盘室(C)、左中右静电纺丝室和预处理室(P)相联通的采样通道（14）、进盘通道（15）、纤维通道（16）和预处理通道；在位于圆筒隔板（13）的纤维通道（16）和预处理通道（18）正后方分别固定一个加热棒（19），用于控制静电纺丝室和预处理室(P)的温度；在位于纤维通道（16）上方的圆筒隔板（13）上固定着一个金属圆环（17），样品盘固定器（20）为空心正六棱柱的塑料薄片，设在圆筒隔板（13）内部；样品盘固定器（20）的六个侧面的每个侧面的中心设有一个圆形的样品槽（22），最上面的圆形的样品槽（22）位于纤维通道（16）的正下方，每个样品槽用于放置样品接收器，样品接收器采用样品盘、烧杯或者培养皿，样品盘用于接收电纺丝产品，烧杯或培养皿用于盛放试剂，以实现静电纺丝的原位改性；在样品盘固定器（20）的每条棱边上固定有密封条（21），每条密封条（21）与圆筒隔板（13）的相应处接触。4.如权利要求1或2所述的一种多功能静电纺丝设备，其特征在于所述预处理室(P)位于左侧静电纺丝室(E1)正下方，样品接收室(R)的左下角，在预处理室通道旁边固定着一个加热棒，用于控制预处理室(P)的温度，预处理室(P)主要用于电纺丝产品的临时储存和初步处理，在预处理室内通过加热或者放入干燥剂或者创造特定的气体气氛以对电纺丝产品进行某些预处理。5.如权利要求1或2所述的一种多功能静电纺丝设备，其特征在于所述进盘室(C)位于右侧静电纺丝室(E3)正下方，样品接收室(R)的右下角，紧挨着采样室(S)；进盘室(C)包含一个进盘器，通过进盘通道（15）与样品接收室(R)相连通，用于往样品槽（22）输送新的样品盘，以完成静电纺丝的换样过程，保证静电纺丝能持续进行。6.如权利要求3所述的一种多功能静电纺丝设备，其特征在于在样品盘固...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗永晋，王坤灿，钱庆荣，许玉羡，陈庆华，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建;35