本发明专利技术涉及一种规模化制备柔性陶瓷纳米纤维的静电纺丝装置，包括：储液槽；以及连接所述储液槽的纺丝喷头：包括喷头主体与绝缘支撑底座，所述喷头主体与绝缘支撑底座中间区域部分挖空，以形成贯穿所述喷头主体与绝缘支撑底座的纺丝流道，沿纺丝溶液流动方向，所述纺丝流道由依次连接的一级截面流道、二级截面流道与三级截面流道组成，在三级截面流道的沿线出液口上还布置有呈现凸起的金属电极，所述喷头主体上还设有连接外部高压电源的接线柱。本发明专利技术不仅能解决有针式静电纺丝效率低、电场干扰大和针头易堵塞的问题，而且还能解决无针式静电纺丝过程中开放式自由液面导致纺丝溶液变质、喷丝头处射流紊乱的问题等。喷丝头处射流紊乱的问题等。喷丝头处射流紊乱的问题等。
【技术实现步骤摘要】
一种规模化制备柔性陶瓷纳米纤维的静电纺丝装置
[0001]本专利技术属于静电纺丝装置
，涉及一种规模化制备柔性陶瓷纳米纤维的静电纺丝装置。
技术介绍
[0002]纳米纤维具有较小的直径、较高的比表面积和孔隙率的特点，在生物医学、过滤防护、能源器件、催化降解等领域具有广泛的应用前景。目前制备纳米纤维的方法主要有拉伸法、模板法、相分离法、自组装法和静电纺丝法，其中静电纺丝法以其制造装置简单、可纺原材料广、工艺可控性强、制备成本低等优点，已经成为有效批量化制备纳米纤维材料的首选方法之一。
[0003]静电纺丝可分为有针式静电纺丝和无针式静电纺丝。其中，有针式静电纺丝具有纺丝过程连续性好、精准度高和成纤稳定性强等优势，但是也存在纺丝效率低、电场干扰大和针头易堵塞的问题，大大阻碍了静电纺丝的产业化进程；无针静电纺丝技术使射流在自由液体表面自发形成，无需毛细作用力影响，产量可得到大幅度提高，从而实现批量化生产，但是其在纺丝过程中形成的开放式自由液面易导致纺丝溶液变质。
[0004]窄缝式纺丝喷头属于无针静电纺丝技术中的一种，在纺丝生产过程中具有不易堵塞、连续性强、易于调控等优势，但是目前窄缝纺丝头与其供液通道的连通方式都是直接一体的，非常不方便使用后清理，同时加载高压电场形成的静电荷沿着整个窄缝喷丝装置无障碍传递。当静电荷传递积累至一定程度时对生产有很大的危害，静电能量虽然不大，但其放电时电压很高，容易发生电火花放电，造成纺丝设备损坏，给静电纺丝连续化生产带来极大的挑战。此外，窄缝纺丝喷头与其供液通道的截面通道将会显著影响纺丝液流动状态，若形成湍流，纺丝液带电量提升，纺丝过程安全性下降，同时造成喷丝喷头处射流紊乱，给连续、安全稳定纺丝带来严重的影响。
[0005]专利CN201610296863.7公开了一种双圆环状狭缝式静电纺丝装置及方法，该装置通过微量注射泵，溶液通过内芯内部的微小通道流入由内环与外环之间的狭缝内，溶液在流道中输运有多个急转区，并且受到的沿程阻力较大，易造成流道内溶液处于湍流状态，带电量提高，易造成纺丝过程的安全隐患，同时造成喷丝头处射流紊乱。专利CN201510831359.8公开了一种锯齿形环状无针式静电纺丝装置及其使用方法，该锯齿形环状无针式喷头为外环液槽与内环液槽形成的狭缝结构，该结构采用的类似连通器供液的方式，截面变化大的地方并没有利用截面收缩逐渐降低来减少这部分的阻力，因此该结构易产生涡流，引起边界层脱离，带电量提高，影响连续化稳定生产。专利CN201420031385.3公开了无针头式静电纺丝装置，该装置采取左、右半片喷丝头紧密贴合通过螺纹联接件紧固一体构成，或由左、右两片喷丝头构件与夹在二者之间的均流栅栅板夹片构成，因此涉及到两片喷丝头贴合程度要十分高，否则在狭缝处纺丝溶液受到极大压力时易出现漏液的情况，给工业化大规模生产带来巨大的挑战。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的之一是解决现有技术中有针式静电纺丝效率低、电场干扰大和针头易堵塞的问题，和/或目的之二是解决现有技术中无针式静电纺丝过程中开放式自由液面导致纺丝溶液变质、喷丝头处射流紊乱的问题，减少纺丝液的带电量，保证静电纺丝过程安全稳定，提供一种规模化制备柔性陶瓷纳米纤维的静电纺丝装置。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]一种规模化制备柔性陶瓷纳米纤维的静电纺丝装置，包括：
[0009]储液槽；
[0010]以及连接所述储液槽的纺丝喷头：包括喷头主体与绝缘支撑底座，所述喷头主体与绝缘支撑底座中间区域部分挖空，以形成贯穿所述喷头主体与绝缘支撑底座的纺丝流道，沿纺丝溶液流动方向，所述纺丝流道由依次连接的一级截面流道、二级截面流道与三级截面流道组成，其中，所述一级截面流道的宽度大于三级截面流道，在三级截面流道的沿线出液口上还设有若干呈现凸起的金属电极，所述喷头主体上还设有连接外部高压电源的接线柱。根据静电纺丝原理：纺丝溶液流经三级截面流道，从凸起的金属电极尖端溢出，当液体表面的电荷斥力超过其表面张力时，就会在金属电极末端的泰勒锥表面告诉喷射出溶液细流。这些射流经过电场力的高速拉伸、溶剂挥发与固化，最终沉积在接收板上，形成纤维。此处的“沿线出液口”指的是溶液从三级截面流道流出来的出液口(出液口即如图2中的喷丝位置的四边形)。
[0011]进一步的，所述喷头主体上还加工有围绕所述二级截面流道与三级截面流道的冷却孔道，在冷却孔道内通冷却流体。
[0012]进一步的，所述二级截面流道的轴向截面呈锥状结构，且锥状结构的两侧边呈对称布置的1/4段圆弧。
[0013]更进一步的，所述二级截面流道的前端尺寸与一级截面流道相同，二级截面流道的后端尺寸与三级截面流道相同，所述二级截面流道还与三级截面流道光滑过渡连接。
[0014]进一步的，所述的一级截面流道的入口端还设有筛网。
[0015]进一步的，所述的喷头主体与绝缘支撑底座的交界区域还部分或全部设有隔离垫块。
[0016]进一步的，所述一级截面流道的长度为1～10cm，宽度为10～20cm，三级截面流道的长度为10～40cm，宽度为1～5mm。此处的长度方向指的是纺丝溶液的整体流动方向，也即是液体在垂直高度流动的方向，而宽度方向是垂直于纺丝溶液整体流动方向。
[0017]进一步的，在纺丝喷头下方正对三级截面流道的位置还设有接收并传输送三级截面流道送出的纺丝纤维的输送带。
[0018]更进一步的，所述输送带旁还设有微波加热机构，该微波加热机构包括依次连接微波发生器、波导连接器与加热器，所述加热器位于输送带下方，且与其垂直距离小于50cm。更优选的，所述输送带上还设有镂空网孔。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0020](1)本专利技术的一种规模化制备柔性陶瓷纳米纤维的静电纺丝装置，纺丝溶液在多级截面输运过程的流动阻力减小，避免溶液中湍流的出现，实现纺丝液层流输运，减少纺丝溶液流体带电量，保证纺丝设备安全连续生产；
[0021](2)本专利技术的一种规模化制备柔性陶瓷纳米纤维的静电纺丝装置，纺丝过程中窄缝式纺丝喷头二级截面流道、三级截面流道两侧的壁上都开外接冷空气，将有效抑制线性无机聚合物溶胶纺丝溶液随着时间的延长粘度不断提高的现象，保证纺丝过程的连续性以及稳定性；
[0022](3)本专利技术的一种规模化制备柔性陶瓷纳米纤维的静电纺丝装置，这种分体式纺丝装置中设计有隔离垫块将大大减少静电荷在装置里的传递积累，避免发生静电放电现象破坏纺丝设备，并且整个分体式装置可以拆卸，非常便于后续清理；
[0023](4)本专利技术的一种规模化制备柔性陶瓷纳米纤维的静电纺丝装置，不仅能解决有针式静电纺丝效率低、电场干扰大和针头易堵塞的问题，而且还能解决无针式静电纺丝过程中开放式自由液面导致纺丝溶液变质、喷丝头处射流紊乱的问题，适用于静电纺陶瓷纳米纤维的规模化生产。
附图说明
[0024]图1为静电纺丝过程中纺丝溶液在不同流动状态本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种规模化制备柔性陶瓷纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于，包括：储液槽；以及连接所述储液槽的纺丝喷头：包括喷头主体与绝缘支撑底座，所述喷头主体与绝缘支撑底座中间区域部分挖空，以形成贯穿所述喷头主体与绝缘支撑底座的纺丝流道，沿纺丝溶液流动方向，所述纺丝流道由依次连接的一级截面流道、二级截面流道与三级截面流道组成，其中，所述一级截面流道的宽度大于三级截面流道，在三级截面流道的沿线出液口上还布置有若干呈凸起状的金属电极，所述喷头主体上还设有连接外部高压电源的接线柱。2.根据权利要求1所述的一种规模化制备柔性陶瓷纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于，所述喷头主体上还加工有围绕所述二级截面流道与三级截面流道的冷却孔道，在冷却孔道内通冷却流体。3.根据权利要求1所述的一种规模化制备柔性陶瓷纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于，所述二级截面流道的轴向截面呈锥状结构，且锥状结构的两侧边呈对称布置的1/4段圆弧。4.根据权利要求3所述的一种规模化制备柔性陶瓷纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于，所述二级截面流道的前端尺寸与一级截面流道相同，二级截面流道的后端尺寸与三级截面流道相同，所述二级截面流道还与三级截面流...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁彬，刘成，斯阳，廖亚龙，印霞，俞建勇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：
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