纳米纤维发生装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种纳米纤维发生装置，包括：一可旋转的纺丝液储存装置，设有至少一个将内部储液腔内所储存纺丝液引向外部的喷丝通道；一纤维收集装置；一将高速气流引向所述喷丝通道出口并将出口中流出的纺丝液射流或其所形成纺丝辅助迁移至纤维收集装置的气流发生装置；以及一置于储液腔内并与纺丝液相接触的内置电极和一置于纺丝液储存装置外部的外置电极，所述内置电极和外置电极之间具有电位差；所述内置电极和外置电极与所述纺丝液储存装置同步旋转。

【技术实现步骤摘要】
纳米纤维发生装置
本专利技术涉及一种新型纳米纤维发生装置。
技术介绍
静电纺纳米纤维直径主要在50-1000nm之间，具有连续长度和很大的比表面积/体积比。由静电纺纳米纤维形成的非织造布具有比表面积大，孔隙率高，孔径小，通透性好等优点，在生物医疗、环境、能源、化工、服装、材料等诸多领域具有广阔的应用前景。而传统的静电纺丝技术主要是以空心针头作为喷丝头，其纺丝能力非常有限，每个喷丝针头只能产生一根聚合物喷丝，每个针每小时生产纤维量小于0.3克。如此低的纳米纤维生产效率极大地限制了传统静电纺丝技术在工业上的应用。为了提高静电纺丝产量，高效静电纺丝技术多采用无针纺丝头设计。Formhals(US1975504)使用锯齿状的转轮作为纳米纤维的发生器，制备得到了纤维素纤维以及醋酸纤维素纤维，并设计了干法和湿法纺丝的收集装置。Lucas等(WO2005024101)使用一个导电的圆筒作为纤维的发生器，在此装置中，导电圆筒的一部分浸没在聚合物黏性液体中，通过旋转使圆筒覆盖黏性液体并进入到电场中，当电场强度足够强时，圆筒表面的液体形成泰勒锥并生成大量的溶液射流，最后可在收集器上得到纳米纤维。Lin等(WO2010043002)公开了一种无针静电纺纱装置，包括局部浸没在聚合物溶液容器内的螺旋线形纺丝电极(或喷丝头)，对电极处于离螺旋电极一定距离的收集器上。容器中的聚合物溶液在螺旋结构表面形成一层薄膜，进入纺丝电极和接收电极之间电场中。当电极之间的静电场强度足够大可以将溶液拉进泰勒锥时，在螺旋结构表面形成纳米纤维。其它无针纺丝头包括变形的圆通(WO2006131081)、金属丝(WO2011015161)、薄板(WO2006131081)、螺杆(CN103774250)、阶梯(CN103572388)等具有小曲率半径的喷丝头来进行纺丝可以明显增加电场强度提高纤维产量。另一方面，离心纺丝是依靠旋转纺丝头产生的离心力来剪切聚合物溶液/熔体从而形成纤维的一种纺丝工艺，最早出现在美国专利(US3358323)。离心纺丝是为纳米纤维的制备提供一种新途径，经过发展已经出现多种不同离心纺丝技术，如使用离心静电纺丝工艺制备核壳结构复合纳微米纤维(CN104928774B)；离心纺丝工艺生产纳米纤维并直接收集成加捻纱线(CN105386167B)；使用气流辅助熔体离心纺丝装置，熔体射流在惯性力和高速气流作用下二次拉伸(CN104674360B)。进一步，将静电纺丝与离心纺丝结合，是提高纳米纤维生产能力的重要途径。离心静电纺是指纤维形成时受到离心力与高压静电力的共同作用。离心力加强了纺丝过程中对射流和纤维的牵伸，沿圆周的高速移动同时加速了纤维中溶剂的挥发。离心静电纺丝技术结合了离心纺丝工艺和静电纺丝工艺各自优势，更具有纤维均匀、直径小、产量高等优点。中国专利CN104328514B公开了一种真空离心静电纺丝装置真空环境下射流不存在扰动，实现更稳定地制备出更高性能、更高质量的纳米纤维技术。CN105755557B则公开了一种磁悬浮式离心静电纺丝装置，可以克服离心纺丝对电动机的依赖，简化纺丝装置使操作更简单。CN105568403B设计了一种具旋转吸气的离心静电纺丝装置离心喷头的顶部设有风扇，风扇可随离心喷头同步转动，并将外部气体鼓入储液腔内以产生由出丝细孔吹向接收装置的气流。辅助纺丝射流的形成和进一步拉伸，形成纳米纤维被收集装置收集。现有技术中纳米纤维的生产速度和对纤维细度的调节能力较低，并且生产过程中所生产的纤维对沉积的基材要求较高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种纺丝纤维产量大、细而均匀，而且对纤维直径的调节范围大大提高；在连续纺丝时，不需要特定的收集装置，纤维可以定向沉积到任意的表面的纳米纤维发生装置。其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。一种纳米纤维发生装置，包括：一可旋转的纺丝液储存装置，设有至少一个将内部储液腔内所储存纺丝液引向外部的喷丝通道；一纤维收集装置；一将高速气流引向所述喷丝通道出口并将出口中流出的纺丝液射流或其所形成纺丝辅助迁移至纤维收集装置的气流发生装置；以及一置于储液腔内并与纺丝液相接触的内置电极和一置于纺丝液储存装置外部的外置电极，所述内置电极和外置电极之间具有电位差；所述内置电极和外置电极与所述纺丝液储存装置同步旋转。作为本技术方案的进一步改进，所述内置电极为高压正极，所述外置电极为负极；或，所述内置电极为高压端电极，所述外置电极为对电极。也作为本技术方案的进一步改进，所述内置电极经喷丝通道与外部高压发生器的输出端相连接，所述外置电极为一接地电极，所述外置电极经绝缘体固定于所述所述纺丝液储存装置外部表面。还作为本技术方案的进一步改进，所述纺丝液储存装置的转速为1000-6000转/分。作为本技术方案的更进一步改进，纺丝液与所述外置电极间形成的高压电场的电压范围为5-40KV。更进一步，所述高压发生器为高压静电直流发生器或高压交流静电发生器。作为本专利技术的优选实施例，沿纺丝液储存装置的旋转方向，所述外置电极位于其对应的喷丝通道的前方位。优选的，所述喷丝通道的个数为偶数。作为本技术方案的更进一步改进，所述纺丝液储存装置包括一储液槽，所述储液槽具有防止纺丝液沿喷丝通道外的其它通道或出口甩出的遮挡部；所述喷丝通道的出口呈孔状或狭缝状。优选的，所述储液槽的槽体呈轴对称结构或中心对称结构。其中，所述储液槽为圆筒形；不包括出丝口针状部分的外部直径为20-1000mm；所述储液槽的轴向厚度为10-500mm。作为本专利技术的又一优选实施例，所述喷丝通道的出口呈狭缝状，狭缝长度方向与旋转轴呈0-70°夹角，狭缝沿旋转轴方向的长度小于储液槽的外部厚度，狭缝宽度为0.1-5mm。同样作为本专利技术的优选形式，所述喷丝通道的出口呈孔状时，所述外置电极的顶端为尖头；所述喷丝通道的出口呈狭缝状时，所述外置电极为细长结构。作为本专利技术的另一优选实施例，所述外置电极与相对应的喷丝通道处于同一平面。作为本专利技术的又一优选实施例，所述外置电极与相应喷丝通道处于不同的平面，所述外置电极与对应纺丝通道在旋转轴垂面投影所形成的夹角为0-90度。其中，所述喷丝通道的出口呈狭缝状时，狭缝喷丝孔与对电极的距离为5mm-100mm。还作为本技术方案的更进一步改进，该装置包括一个以上所述喷丝通道，所述内置电极经所述一个以上喷丝通道与外部高压发生器的输出端相连接，每一个所述喷丝通道都对应一个所述外置电极。同样作为本技术方案的进一步改进，该装置可提供用于干预纤维沉积方向的气流的气流发生装置，其气流方向为从所述纺丝液储存装置到所述纤维收集装置，气流流速为0.1-5米/秒。其中，所述气流的气体为空气、氮气、二氧化碳或氩气。另外，所述纺丝液为粘度为1-100000mPas的黏性液体。进一步，所述黏性液体选自聚合物溶液、溶胶-凝胶溶液或颗粒悬液的溶液。更进一步，所述纺丝液为包括至少一种聚合物和至少一种挥发溶剂的熔融体聚合物溶液。采用上述技术方案的该纳米发生装置具有如下的特点：1、该纺丝过程是由静电力，离心力和气流三种力场共同作用下完成的，其中任何一个力场的单独使用；比如，在纺丝过程中如果只旋转液槽而不加高压静电场和气流，由于所产生的离心力较小，纺丝液要么本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米纤维发生装置，其特征在于，包括：一可旋转的纺丝液储存装置，设有至少一个将内部储液腔内所储存纺丝液引向外部的喷丝通道；一纤维收集装置；一将高速气流引向所述喷丝通道出口并将出口中流出的纺丝液射流或其所形成纺丝辅助迁移至纤维收集装置的气流发生装置；以及一置于储液腔内并与纺丝液相接触的内置电极和一置于纺丝液储存装置外部的外置电极，所述内置电极和外置电极之间具有电位差；所述内置电极和外置电极与所述纺丝液储存装置同步旋转。

【技术特征摘要】
1.一种纳米纤维发生装置，其特征在于，包括：一可旋转的纺丝液储存装置，设有至少一个将内部储液腔内所储存纺丝液引向外部的喷丝通道；一纤维收集装置；一将高速气流引向所述喷丝通道出口并将出口中流出的纺丝液射流或其所形成纺丝辅助迁移至纤维收集装置的气流发生装置；以及一置于储液腔内并与纺丝液相接触的内置电极和一置于纺丝液储存装置外部的外置电极，所述内置电极和外置电极之间具有电位差；所述内置电极和外置电极与所述纺丝液储存装置同步旋转。2.根据权利要求1所述的纳米纤维发生装置，其特征在于，所述内置电极为高压正极，所述外置电极为负极；或，所述内置电极为高压端电极，所述外置电极为对电极。3.根据权利要求1所述的纳米纤维发生装置，其特征在于，所述内置电极经喷丝通道与外部高压发生器的输出端相连接，所述外置电极为一接地电极，所述外置电极经绝缘体固定于所述所述纺丝液储存装置外部表面。4.根据权利要求1所述的纳米纤维发生装置，其特征在于，所述纺丝液储存装置的转速为1000-6000转/分。5.根据权利要求1、2、3或4所述的纳米纤维发生装置，其特征在于，纺丝液与所述外置电极间形成的高压电场的电压范围为5-40KV。6.根据权利要求3所述的纳米纤维发生装置，其特征在于，所述高压发生器为高压静电直流发生器或高压交流静电发生器。7.根据权利要求3所述的纳米纤维发生装置，其特征在于，沿纺丝液储存装置的旋转方向，所述外置电极位于其对应的喷丝通道的前方位。8.根据权利要求1或3所述的纳米纤维发生装置，其特征在于，所述喷丝通道的个数为偶数。9.根据权利要求1或3所述的纳米纤维发生装置，其特征在于，所述纺丝液储存装置包括一储液槽，所述储液槽具有防止纺丝液沿喷丝通道外的其它通道或出口甩出的遮挡部；所述喷丝通道的出口呈孔状或狭缝状。10.根据权利要求9所述的纳米纤维发生装置，其特征在于，所述储液槽的槽体呈轴对称结构或中心对称结构。11.根据权利要求10所述的纳米纤维发生装置，其特征在于，所述储液槽为圆筒形；不包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：林童，牛海涛，颜贵龙，
申请(专利权)人：上海云同纳米材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31