一种顺重力环形静电纺丝装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种顺重力环形静电纺丝装置及方法。所述装置包括环形喷头及圆环形供液装置，圆环形供液装置设于环形喷头内部的中空结构内，且通过软管与环形喷头外侧的溶液推进器连接，环形喷头与高压发生器连接；圆环形供液装置上部设有缺口。纺丝方法为：溶液注入到圆环形供液装置中，当溶液溢出时，不断流入环形喷头的中空结构内；高压发生器为环形喷头施加正电压，当电压超过临界阈值时，在环形喷头下方的喷口处形成多根射流，在电场力的作用下，射流向滚筒运动，随着溶剂的挥发，最终沉积在滚筒表面。本发明专利技术通过溢出式供液装置对溶液进行控制，在圆环下方的缝隙边缘产生电荷积聚，以实现顺重力方向的静电纺丝。

【技术实现步骤摘要】
一种顺重力环形静电纺丝装置及方法
本专利技术涉及一种顺重力环形静电纺丝装置及方法，属于静电纺丝和纺织机械

技术介绍
静电纺丝是制备纳米纤维材料的最有效方式之一，相比于拉伸法、模板合成法、自组装等纳米材料的制备技术，静电纺丝具有操作简单、制备流程短、材料选择广泛等优点。而与传统纺织纤维材料相比，纳米纤维材料由于极小的尺度，拥有许多在大尺度下难以展现的特性，比如明显的表面与界面效应，特有的小尺寸效应，极大的比表面积和极高的孔隙率等。因此纳米纤维材料拥有更广泛的应用领域，比如在空气过滤，油水分离，医用辅料，组织工程支架等方向，纳米纤维材料都发挥着令整个行业为之瞩目的作用，使其拥有非常光明的应用前景。传统的静电纺丝装置以单针头或多针头为主，但是该两种装置都存在产量低的缺陷，难以满足产业所需的生产量。近年来，设计改造静电纺丝装置，提高其纳米纤维的产量已经成为静电纺丝
的一大研究热点。在全世界范围内，批量化生产静电纺纳米纤维的装置和方法也井喷式地不断涌现。其中最知名的就是Elmarco公司依托捷克利贝雷茨工科大学开发的Nanospider静电纺丝装置，其最早实现了静电纺纳米纤维的商业化生产。目前实现批量化生产静电纺丝纳米纤维的设备，其纺丝方向大多是反重力式的自下而上，而在传统的纤维材料领域，纤维的收集方向恰恰相反，因此这一方向的技术缺失，局限了静电纺丝在实际生产中的应用。而限制其方向的重要原因是供液方式，对于批量化生产设备而言，大量的纺丝液需要被供给，而改变其装置的方向则极容易使得溶液外漏，无法连续生产并影响纺丝过程。因此，设计一种既能批量化生产静电纺纳米纤维又能改变其纺丝方向，并保证纺丝过程连续稳定静电纺丝装置是尤为必要的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：目前批量化生产静电纺丝纳米纤维的技术，其纺丝方向是较为单一的自下而上，局限了静电纺丝技术更广泛的应用。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：提供一种顺重力环形静电纺丝装置，其特征在于，包括相互嵌套的环形喷头及圆环形供液装置，圆环形供液装置设于环形喷头内部的中空结构内，且通过软管与环形喷头外侧的溶液推进器连接，环形喷头与高压发生器的正极连接，环形喷头下方设有用于收集的滚筒，滚筒与变频电机连接；圆环形供液装置内设有空腔，其上部设有至少一个缺口，溶液自溶液推进器经过软管进入圆环形供液装置内部，当溶液注满圆环形供液装置内部后，不断从缺口溢出，对环形喷头进行供液。优选地，所述环形喷头的外壁厚度为5-10mm，环形喷头的最大外径为200-300mm；环形喷头的截面为圆形，圆形的外径为20-50mm；环形喷头下侧喷口的宽度为1-3mm；喷口两侧的边缘处的厚度为0.1-0.5mm；圆环形供液装置的最大外径为195-280mm；圆环形供液装置的截面为圆形，圆形的外径为5-10mm。优选地，所述圆环形供液装置上部设有对称布置的两个缺口，缺口的宽度为5-10mm；缺口内的前后两侧设有连接段，连接段的弧度为5-10°。优选地，所述环形喷头与圆环形供液装置的截面相切。优选地，所述环形喷头的材质为黄铜；圆环形供液装置的材质为聚四氟乙烯。优选地，所述滚筒采用金属滚筒，其外壳接地。优选地，所述滚筒与环形喷头之间的距离为100-300mm。本专利技术还提供了一种顺重力环形喷头静电纺丝方法，其特征在于，采用上述顺重力环形静电纺丝装置，包括以下步骤：步骤1)：打开溶液推进器，溶液通过软管注入到圆环形供液装置的空腔中，当溶液液面超过缺口溢出时，不断流入环形喷头的中空结构内，使得环形喷头与圆环形供液装置之间的空间内注满纺丝溶液，且不因重力作用滴落；步骤2)：打开变频电机，使滚筒转动；步骤3)：打开高压发生器，为环形喷头施加正电压，当电压超过临界阈值时，在环形喷头下方的喷口处形成多根射流，在电场力的作用下，射流向滚筒运动，随着溶剂的挥发，最终沉积在滚筒表面。优选地，所述步骤3)中高压发生器的电压施加在环形喷头的外壳上，电压调节范围为0-100kV。本专利技术设计了一种可以自上而下顺重力方向进行静电纺丝的装置和方法，相比于目前的批量化静电纺丝技术，实现了纺丝方向上的突破；该静电纺丝技术采用环形喷头，进行无针式批量化静电纺纳米纤维的制备，既避免了喷头的堵塞，也大大增加了产量；供液装置采用带口圆环形供液装置，实现了缝隙的一体化供液，减少产生液面孔隙的同时，也避免了溶液因聚集而产生的滴落，使得纺丝过程可以稳定连续地进行；此外，该装置构造简单，便于清洁和操作。所以利用本专利技术可以实现顺重力方向的批量化静电纺丝过程，突破了批量化制备静电纺纳米纤维生产方向上的局限，拓宽了静电纺丝技术的应用前景。附图说明图1为实施例提供的顺重力环形静电纺丝装置的结构示意图；图2为环形喷头与圆环形供液装置的示意图；图3为环形喷头与圆环形供液装置俯视图的透视图。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。实施例本实施例采用的顺重力双片层刷式静电纺丝装置如图1-3所示，其包括实一种顺重力环形静电纺丝装置，其特征在于，包括相互嵌套的环形喷头1及圆环形供液装置2，圆环形供液装置2设于环形喷头1内部的中空结构内，且环形喷头1与圆环形供液装置2的截面相切。且通过软管7与环形喷头1外侧的溶液推进器8连接，环形喷头1与高压发生器3的正极连接，环形喷头1下方设有用于收集的滚筒5，滚筒5与变频电机6连接；圆环形供液装置2内设有空腔，其上部设有圆环形供液装置2上部设有对称布置的两个缺口，缺口的宽度为5-10mm，缺口内的前后两侧设有连接段，连接段的弧度为5-10°。溶液自溶液推进器8经过软管7进入圆环形供液装置2内部，当溶液注满圆环形供液装置2内部后，不断从缺口溢出，对环形喷头1进行供液。所述环形喷头1的外壁厚度为5-10mm，环形喷头1的最大外径为200-300mm；环形喷头1的截面为圆形，圆形的外径为20-50mm；环形喷头1下侧喷口的宽度为1-3mm；喷口两侧的边缘处的厚度为0.1-0.5mm；圆环形供液装置2的最大外径为195-280mm；圆环形供液装置2的截面为圆形，圆形的外径为5-10mm。环形喷头1的材质为黄铜；圆环形供液装置2的材质为聚四氟乙烯。滚筒5采用金属滚筒，其外壳接地。滚筒5与环形喷头1之间的距离为200mm。一种顺重力环形喷头静电纺丝方法：步骤1)：溶液选用质量浓度为10％的聚丙烯腈(PAN)的N，N二甲基甲酰胺(DMF)溶液，将配置好的聚合物溶液装入溶液推进器8中；打开溶液推进器8，溶液通过软管7注入到圆环形供液装置2的空腔中，当溶液液面超过缺口溢出时，不断流入环形喷头1的中空结构内，使得环形喷头1与圆环形供液装置2之间的空间内注满纺丝溶液，且不因重力作用滴落；步骤2)：打开变频电机6，使滚筒5转动；步骤3)：打开高压发生器3(高压发生器3的电压施加在环形喷头1的外壳上，电压调节范围为0-100kV)，为环形喷头1缓慢施加正电压，当电压超过临界阈值时，在环形喷头1下方的喷口处形成多根射流4，在电场力的作用下，射流4向滚筒5运动，随着溶剂的挥发，最终沉积在滚筒5表面形成高聚物纳米纤维。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种顺重力环形静电纺丝装置，其特征在于，包括相互嵌套的环形喷头(1)及圆环形供液装置(2)，圆环形供液装置(2)设于环形喷头(1)内部的中空结构内，且通过软管(7)与环形喷头(1)外侧的溶液推进器(8)连接，环形喷头(1)与高压发生器(3)的正极连接，环形喷头(1)下方设有用于收集的滚筒(5)，滚筒(5)与变频电机(6)连接；圆环形供液装置(2)内设有空腔，其上部设有至少一个缺口，溶液自溶液推进器(8)经过软管(7)进入圆环形供液装置(2)内部，当溶液注满圆环形供液装置(2)内部后，不断从缺口溢出，对环形喷头(1)进行供液。

【技术特征摘要】
1.一种顺重力环形静电纺丝装置，其特征在于，包括相互嵌套的环形喷头(1)及圆环形供液装置(2)，圆环形供液装置(2)设于环形喷头(1)内部的中空结构内，且通过软管(7)与环形喷头(1)外侧的溶液推进器(8)连接，环形喷头(1)与高压发生器(3)的正极连接，环形喷头(1)下方设有用于收集的滚筒(5)，滚筒(5)与变频电机(6)连接；圆环形供液装置(2)内设有空腔，其上部设有至少一个缺口，溶液自溶液推进器(8)经过软管(7)进入圆环形供液装置(2)内部，当溶液注满圆环形供液装置(2)内部后，不断从缺口溢出，对环形喷头(1)进行供液。2.如权利要求1所述的顺重力环形静电纺丝装置，其特征在于，所述环形喷头(1)的外壁厚度为5-10mm，环形喷头(1)的最大外径为200-300mm；环形喷头(1)的截面为圆形，圆形的外径为20-50mm；环形喷头(1)下侧喷口的宽度为1-3mm；喷口两侧的边缘处的厚度为0.1-0.5mm；圆环形供液装置(2)的最大外径为195-280mm；圆环形供液装置(2)的截面为圆形，圆形的外径为5-10mm。3.如权利要求1所述的顺重力环形静电纺丝装置，其特征在于，所述圆环形供液装置(2)上部设有对称布置的两个缺口，缺口的宽度为5-10mm；缺口内的前后两侧设有连接段，连接段的弧度为5-10°。4.如权利要求1所述的顺重力环形静电纺丝装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃小红，毛宁，刘险峰，李艾琳，张弘楠，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31