一种高孔隙率多孔结构纤维的制备装置及制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高孔隙率多孔结构纤维的制备装置及制备方法，所述制备装置包括电机、温控系统、高压静电发生器、风道、送风系统、激振器、粉末室、储液箱、溶液泵、高压电源、喷头、密封柜、收集装置、收集底座、旋转底座和负压系统；收集装置设置于喷头正下方，固设于收集底座上；收集底座固设于与电机传动连接的旋转底座上；收集装置、收集底座均接地，与温控系统电性连接；喷头、收集装置、收集底座、旋转底座组成射流喷射区域，均设置于密封柜内；送风系统、负压系统与密封柜连通。与现有技术相比较，本发明专利技术能够一次性制造不同直径大小的高孔隙率、多孔结构纳米纤维。

A preparation device and method of porous structure fiber with high porosity

The invention discloses a preparation device and a preparation method of porous structural fiber with high porosity, the preparation device includes a motor, a temperature control system, a high-voltage electrostatic generator, an air duct, an air supply system, an exciter, a powder chamber, a liquid storage tank, a solution pump, a high-pressure power supply, a nozzle, a sealing cabinet, a collection device, a collection base, a rotary base and a negative pressure system; the collection device is arranged on the The lower part of the nozzle is fixed on the collection base; the collection base is fixed on the rotary base connected with the motor drive; the collection device and the collection base are grounded and electrically connected with the temperature control system; the nozzle, the collection device, the collection base and the rotary base form the jet jet jet spraying area and are all set in the sealed cabinet; the air supply system and the negative pressure system are connected with the sealed cabinet. Compared with the prior art, the invention can manufacture high porosity and porous nanofibers with different diameter and size at one time.

【技术实现步骤摘要】
一种高孔隙率多孔结构纤维的制备装置及制备方法
本专利技术涉及多孔结构纤维
，具体涉及一种高孔隙率多孔结构纤维的制备装置及制备方法。
技术介绍
聚合物微纳米结构的利用越来越广泛，在众多研究领域中都能体现其巨大的发展能力和商用价值。聚合物纳米结构具有可降解，能兼容，在生物医药领域可以应用于细胞培养、人体组织修复，以及生物骨架的搭建。聚合物纳米结构其直径小于细胞的直径，基于这一特点，聚合物纳米结构可以很好的应用于过滤装置。多孔纳米材料具有高导热、强导电、结构耐疲劳、抗腐蚀等优点，对芯片、电子产业的发展有着很大的影响。因此，研究多孔聚合物微纳米材料的制备装置显得十分重要。传统的多孔纳米纤维制作方法主要是利用溶剂的挥发性能。这种方法在制作过程中产生多孔的气泡不均匀，且难以生成不同粗细的纳米纤维。为解决上述问题，本专利技术提供一种高孔隙率多孔结构纤维的制备装置及制备方法。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种高孔隙率多孔结构纤维的制备装置及制备方法，可以根据不同的需求，一次性制作不同直径大小的高孔隙率、多孔纳米纤维。技术方案：本专利技术的目的通过下述技术方案实现：本专利技术提供了一种高孔隙率多孔结构纤维的制备装置，包括电机、温控系统、高压静电发生器、风道、送风系统、激振器、粉末室、储液箱、溶液泵、高压电源、喷头、密封柜、收集装置、收集底座、旋转底座和负压系统；所述储液箱、溶液泵和喷头三者依次连通；储液箱用于存储纺丝溶液，溶液泵用于将储液箱内的纺丝溶液输送至喷头，喷头为纺丝溶液转变为射流的场所。所述喷头与高压电源的正极或负极电性连接；所述收集装置设置于喷头正下方，固定设置于收集底座上；所述收集底座固定设置于与电机传动连接的旋转底座上；电机带动旋转底座、收集底座以及收集装置共同旋转。所述收集装置、收集底座均接地(电势为零)，收集底座与温控系统电性连接；因此喷头与收集底座之间形成高压静电场，喷头处的溶液在高压静电场的作用下会向收集装置喷射，以纤维的形式沉积在收集装置上。所述喷头、收集装置、收集底座、旋转底座均设置于密封柜内；所述送风系统、负压系统与密封柜连通。送风系统向密封柜内输送惰性气体，流量范围为0.1m3/h～250m3/h。负压系统对密封柜提供负压作用，将密封柜内的惰性气体抽离密封柜，使密封柜内的流场保持稳定。所述粉末室与激振器连接，设置于送风系统出风口，粉末室的粉末出口与风道连通；粉末室内的金属粉末在激振器的激励力作用下进入送风系统吹出的惰性气流中。所述高压静电发生器与风道电性连接，使风道中的金属粉末带上高压静电(电性与喷头所带的高压静电电性相反)，高压静电发生器输出电压范围为-30kV～30kV。通过上述装置配合工作，密封柜充满带高压静电的金属粉末，喷头向收集装置喷射纤维时处于带电金属粉末气氛中，最后沉积的纤维含有大量微小金属粉末。收集装置为纤维的收集场所，收集装置收集纤维的接触面具有不同的温控温度，一种优选的实现方式为：收集装置包括加热块一、加热块二和加热块三，三者构成圆锥体形状，材质均为陶瓷发热片。加热块一、加热块二和加热块三均由隔热层隔开。优选地，隔热层材料为气凝胶。隔热层起到减少温度传递、保持三者温度差的作用。收集底座与温控系统电性连接，温控系统可通过收集底座对收集装置的加热块一、加热块二、加热块三实现分区域加热，温度范围为20℃～300℃。加热块一、加热块二、加热块三的热阻大小不同，因此收集装置三个区域具有不同的加热效果，对各自区域的沉积纤维具有不同的温控效果。所述喷头由导电材料制成，内径范围均为60μm～1500μm。所述密封柜采用长50cm×宽50cm×高50cm封闭立方体玻璃柜。本专利技术纺丝射流从喷头向收集装置喷射，在喷射过程中遇到带静电的金属粉末，金属粉末与射流所带静电的电性相异，电性互异则相互吸引，因此金属粉末吸附在射流上，射流在电场力的作用下被拉伸细化，形成纳米纤维，最后沉积在收集装置上。收集装置具有分区加热作用，而纤维的孔隙率与收集温度相关，纤维膜收集在区域温度差异越大的收集装置上，其孔隙率越高，因此本专利技术制备的纤维具有高孔隙率。最后，将纤维进行加热，使金属粉末颗粒熔化，纤维表面即形成多孔结构。采用本专利技术提供的制备装置制备一种高孔隙率多孔结构纤维的方法，包括如下步骤：(1)采用PEO溶液，溶质为PEO粉末，溶剂为体积比为1:1的酒精和蒸馏水，溶液浓度12％，将配制好的PEO溶液搅拌24小时，备用；(2)将步骤(1)的PEO溶液装入储液箱，设定溶液泵流量为5μl/hr～100ml/hr；(3)开启温控系统，温控系统通过收集底座对收集装置实现分区域加热，温度范围为20℃～300℃；(4)开启电机，设定转速为50RPM～3000RPM，收集装置开始旋转；(5)开启送风系统，设定流量为0.1m3/h～250m3/h，向密封柜输送惰性气体；(6)开启负压系统，设定流量为0.1m3/h～250m3/h，向密封柜提供负压，保持气流场稳定；(7)开启激振器，设定激振频率为0.1Hz～60Hz，激振金属粉末进入风道；(8)开启高压静电发生器，设定输出值为-30kV～30kV，使金属粉末带有负电；(9)开启高压电源，设定输出值为-50kV～50kV，喷头处发生电液耦合作用，喷射出纤维；(10)收集装置收集到含有大量微小金属粉末颗粒的纤维膜；(11)将纤维膜放入加热炉中，加热25min～35min，最后金属粉末熔化，得到高孔隙率多孔结构纤维。所述金属粉末的熔点温度低于纺丝聚合物的热变形温度。优选地，所述金属粉末采用镓锌合金粉末，熔点为25℃～50℃。有益效果：(1)本专利技术收集装置分区域加热，使每个区域收集纤维的工作温度不同，从而导致每个区域内沉积的纤维的直径、孔隙率也不同，进而制备出高孔隙率纳米纤维；(2)本专利技术装置设有送风系统，通过管道达到稳定输出金属粉末，使金属粉末均匀分布在形成的纳米纤维上，最后去掉纤维表面的金属粉末，从而制备出多孔纳米纤维；(3)本专利技术收集装置的高速旋转，可带动沉积的纤维拉伸，从而得到直径尺寸更小的纤维；(4)采用本专利技术的制备装置制备多孔结构纤维，执行工序简单，操作方法简便，可得到高孔隙率的多孔结构纤维。附图说明图1为本专利技术制备装置的结构示意图。图中：1、电机；2、温控系统；3、高压静电发生器；4、风道；5、送风系统；6、激振器；7、粉末室；8、储液箱；9、溶液泵；10、高压电源；11、喷头；12、密封柜；13、收集装置；14、收集底座；15、旋转底座；16、负压系统。图2为本专利技术收集装置的一种结构示意图。图中：131、加热块一；132、加热块二；133、加热块三；17、隔热层。具体实施方式下面通过具体实施例和附图对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高孔隙率多孔结构纤维的制备装置，其特征在于：包括电机、温控系统、高压静电发生器、风道、送风系统、激振器、粉末室、储液箱、溶液泵、高压电源、喷头、密封柜、收集装置、收集底座、旋转底座和负压系统；/n所述储液箱、溶液泵和喷头三者依次连通；所述喷头与高压电源的正极或负极电性连接；所述收集装置设置于喷头正下方，固定设置于收集底座上；所述收集底座固定设置于与电机传动连接的旋转底座上；所述收集装置、收集底座均接地，收集底座与温控系统电性连接；所述喷头、收集装置、收集底座、旋转底座均设置于密封柜内；所述送风系统、负压系统与密封柜连通；/n所述粉末室与激振器连接，设置于送风系统出风口，粉末室的粉末出口与风道连通；所述高压静电发生器与风道电性连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种高孔隙率多孔结构纤维的制备装置，其特征在于：包括电机、温控系统、高压静电发生器、风道、送风系统、激振器、粉末室、储液箱、溶液泵、高压电源、喷头、密封柜、收集装置、收集底座、旋转底座和负压系统；
所述储液箱、溶液泵和喷头三者依次连通；所述喷头与高压电源的正极或负极电性连接；所述收集装置设置于喷头正下方，固定设置于收集底座上；所述收集底座固定设置于与电机传动连接的旋转底座上；所述收集装置、收集底座均接地，收集底座与温控系统电性连接；所述喷头、收集装置、收集底座、旋转底座均设置于密封柜内；所述送风系统、负压系统与密封柜连通；
所述粉末室与激振器连接，设置于送风系统出风口，粉末室的粉末出口与风道连通；所述高压静电发生器与风道电性连接。


2.根据权利要求1所述的一种高孔隙率多孔结构纤维的制备装置，其特征在于，所述收集装置包括加热块一、加热块二和加热块三；三者构成圆锥体形状。


3.根据权利要求2所述的一种高孔隙率多孔结构纤维的制备装置，其特征在于，所述加热块一、加热块二和加热块三均由隔热层隔开。


4.根据权利要求3所述的一种高孔隙率多孔结构纤维的制备装置，其特征在于，所述隔热层材料为气凝胶。


5.根据权利要求1所述的一种高孔隙率多孔结构纤维的制备装置，其特征在于，所述喷头由导电材料制成，内径范围均为60μm～1500μm。


6.根据权利要求1所述的一种高孔隙率多孔结构纤维的制备装置，其特征在于，所述密封柜采用长50cm×宽50cm×高50cm封闭立方体玻璃柜。

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【专利技术属性】
技术研发人员：施渊吉，于林惠，王晓勇，
申请(专利权)人：南京工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32