外加磁场辅助微流控制取纳米纤维薄膜的系统及使用方法技术方案

一种外加磁场辅助微流控制取纳米纤维薄膜的系统，包括微流挤出泵、接收滚筒、平板电容与控制磁场，应用时，先将纺丝液置于微流挤出泵的泵内腔中，再导通平板电容、控制磁场所在的电路，然后推进微流挤出泵，以将纺丝液从挤出喷嘴的出液口射出，射出的纺丝液穿经控制磁场后落在转动的接收滚筒上并转为纺丝，随后，纺丝液持续射出，转动的接收滚筒持续对射出的纺丝液进行牵引拉伸，接收滚筒上收集的纺丝持续增多以构成纤维薄膜，再对纤维薄膜进行真空干燥以获得纳米纤维薄膜。本设计不仅能够获得更细的纳米纤维，而且能获得有序度、均匀度均较高的纳米纤维薄膜。较高的纳米纤维薄膜。较高的纳米纤维薄膜。

【技术实现步骤摘要】
外加磁场辅助微流控制取纳米纤维薄膜的系统及使用方法


[0001]本专利技术涉及一种纳米纤维薄膜的制取技术，属于纳米纤维薄膜材料制备领域，尤其涉及一种外加磁场辅助微流控制取纳米纤维薄膜的系统及使用方法。

技术介绍

[0002]目前，制备纳米纤维最简单、有效的方法是静电纺丝法，如运用聚丙烯腈原料制取纺丝液，再对纺丝液进行静电纺丝以制备纳米纤维，获取的纳米纤维具有良好的蓬松性、导电性能、高强度、耐腐蚀、耐高温与稳定性等特点。
[0003]但利用静电纺丝技术制备的纳米纤维的有序度、均匀度都不高，普遍呈现为直径很粗且不均匀，会降低该种纳米纤维构成的纳米纤维薄膜的性能，导致纳米纤维薄膜的结构与性能无法达到生物工程、超级电容器等领域的应用要求，大大限制了其应用范围。
[0004]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的有序度、均匀度均不高的缺陷与问题，提供一种有序度、均匀度均较高的外加磁场辅助微流控制取纳米纤维薄膜的系统及使用方法。
[0006]为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是：一种外加磁场辅助微流控制取纳米纤维薄膜的系统，包括微流挤出泵与接收滚筒，所述微流挤出泵的泵内腔中设置有纺丝液，微流挤出泵的侧面设置有与泵内腔相连通的挤出喷嘴，该挤出喷嘴的出液方向与接收滚筒正对设置；所述挤出喷嘴的上、下方对应的设置有上极板、下极板，上极板、下极板构成一个平板电容，且上极板的背部经同一个电路与下极板的背面进行电连接，所述挤出喷嘴上的出液口与接收滚筒之间设置有控制磁场。
[0007]所述控制磁场位于励磁线圈的内部，该励磁线圈接在励磁电路中，且励磁线圈的左端靠近出液口设置，励磁线圈的右端靠近接收滚筒设置。
[0008]所述微流挤出泵的驱动机构为步进平移电机，该微流挤出泵的推进速率为0.25mL/h—0.35mL/h；所述接收滚筒的驱动机构为旋转电机，该旋转电机的转速为350r/min—450r/min。
[0009]所述取纳米纤维薄膜的系统还包括超声波发生器，该超声波发生器的下游为微流挤出泵的泵内腔。
[0010]一种上述外加磁场辅助微流控制取纳米纤维薄膜的系统的使用方法，包括以下步骤：先将纺丝液置于微流挤出泵的泵内腔中，再导通平板电容、控制磁场所在的电路，然后推进微流挤出泵，以将纺丝液从挤出喷嘴的出液口射出，射出的纺丝液穿经控制磁场后落在转动的接收滚筒上并转为纺丝，随后，纺丝液持续射出，转动的接收滚筒持续对射出的纺
丝液进行牵引拉伸，接收滚筒上收集的纺丝持续增多以构成纤维薄膜，直至泵内腔中的纺丝液全部射出之后，再对接收滚筒上的纤维薄膜进行收集，然后对收集的纤维薄膜进行真空干燥以获得纳米纤维薄膜。
[0011]所述纺丝液的获得工艺为：先将聚丙烯腈作为溶质添加进分析纯态的NN
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二甲基甲酰胺溶液中以获得初步混合液，再搅拌初步混合液以获得纺丝液，该纺丝液中聚丙烯腈的质量百分浓度为16%—20%。
[0012]所述搅拌初步混合液以获得纺丝液是指：将初步混合液放入集热式磁力搅拌器中进行加热，并搅拌，加热的设定温度为80℃—90℃，搅拌时间为2h—3 h，直至聚丙烯腈完全溶解之后，获得纺丝液。
[0013]所述取纳米纤维薄膜的系统还包括超声波发生器，该超声波发生器的下游为微流挤出泵的泵内腔；所述纺丝液在进入微流挤出泵的泵内腔之前，先将纺丝液倒入超声波发生器的容器中密封静置11小时—13小时，再对该纺丝液进行超声振动加工，然后将超声振动加工之后的纺丝液置于微流挤出泵的泵内腔中。
[0014]所述超声振动加工的频率范围为20—22kHz，功率范围为900—1200w。
[0015]所述纺丝液在穿经控制磁场的过程中，纺丝液的运动轨迹为螺旋运动。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术一种外加磁场辅助微流控制取纳米纤维薄膜的系统及使用方法中，包括微流挤出泵、接收滚筒、平板电容与控制磁场，微流挤出泵的泵内腔中设置有纺丝液，应用时，在微流挤出泵的推力作用下，纺丝液的液滴被推至出液口处并射出，此过程为纺丝液运用层流效应，使具有一定粘度的纺丝液在自身重力、粘弹力及微流挤出泵推力的共同作用下，落在接收滚筒上以形成纺丝，同时，接收滚筒开始与纺丝液建立牵引关系，后续随着纺丝液的持续射出，纺丝液会持续受到自身重力、粘弹力、微流挤出泵推力、接收滚筒牵引力的共同作用，持续将射出的纺丝液拉伸成丝，在这个基础之上，由于平板电容使得泵内腔中设置的纺丝液带电，因而从出液口射出的为带电液滴，此时，在接收滚筒的牵引力、控制磁场的磁场力的共同作用下，带电液滴组成的射流的运动轨迹便包括加速直线运动、螺旋运动这两个部分，其中，在出液口处，微流泵的挤出力大于液滴的表面张力、粘弹力，液滴在此过程中做加速直线运动；而在挤出之后，控制磁场中的磁力线绝大部分都是平行于喷丝头的（忽略其他少量不平行于出液口的磁力线），通过左手定则可知，控制磁场中的带电液滴受到的洛伦兹力指向圆心，额外多了一个指向圆心的洛伦兹力，该洛伦兹力拉着带电液滴作圆周运动，不仅能使射流做螺旋运动，而且能降低射流的摆动幅度，缩小螺旋运动的运动半径，既能使液滴在螺旋运动过程中减小了能量的消耗，在其他条件不变的情况下，因能量总和不变，圆周运动消耗的能量减小，导致用于拉伸细化的能量增多，以获得更细的纤维，获得更强的有序度与均匀度，又能使得接收滚筒的能量多用在牵引上，而不用考虑因摆动幅度过大而乱飞的纳米纤维，有利于纳米纤维的细化，获得更有序、均匀的纳米纤维，而纤维的有序度、均匀度的提升更利于最终获取的纳米纤维薄膜的有序度、均匀度的确保。因此，本专利技术不仅能够获得更细的纳米纤维，而且能获得有序度、均匀度均较高的纳米纤维薄膜。
[0017]2、本专利技术一种外加磁场辅助微流控制取纳米纤维薄膜的系统及使用方法中，增设
有超声波发生器，该超声波发生器对纺丝液进行超声振动加工，再将加工后的纺丝液输送给下游的微流挤出泵，纺丝液在进行超声振动加工之前，纺丝液内的大分子链是杂乱无章的，粘度较大，不利于后续纺丝的进行，而当经历超声振动加工之后，大分子链发生了解缠，纺丝液中微小粒子的振动速度、加速度、振幅都有相应程度的增加，从而加强了分子链的蠕动，大幅降低了纺丝液的粘度值，随着粘度值的降低，纺丝液的流动性能得到了明显的改善，接收滚筒中用于克服粘滞力的牵引力就越少，使得用于拉伸纤维的牵引力就会更多，更有利于纤维细化，此外，当解缠后的带电液滴进入磁场时，受到洛伦兹力的作用会重新排序，使得构建的新的大分子链在内部结构上的取向更加一致，从而促进纤维的细化和均匀度，提高了所制纤维的有序度，使其更加密集有序，也就利于最终获得的纳米纤维薄膜的有序度、均匀度的提升。因此，本专利技术利用超声振动、磁场的组合工艺，以提升纳米纤维薄膜的有序度与均匀度。
[0018]3、本专利技术一种外加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外加磁场辅助微流控制取纳米纤维薄膜的系统，其特征在于：所述取纳米纤维薄膜的系统包括微流挤出泵（1）与接收滚筒（2），所述微流挤出泵（1）的泵内腔中设置有纺丝液，微流挤出泵（1）的侧面设置有与泵内腔相连通的挤出喷嘴（3），该挤出喷嘴（3）的出液方向与接收滚筒（2）正对设置；所述挤出喷嘴（3）的上、下方对应的设置有上极板（41）、下极板（42），上极板（41）、下极板（42）构成一个平板电容（4），且上极板（41）的背部经同一个电路与下极板（42）的背面进行电连接，所述挤出喷嘴（3）上的出液口（31）与接收滚筒（2）之间设置有控制磁场（5）。2.根据权利要求1所述的一种外加磁场辅助微流控制取纳米纤维薄膜的系统，其特征在于：所述控制磁场（5）位于励磁线圈（51）的内部，该励磁线圈（51）接在励磁电路（52）中，且励磁线圈（51）的左端靠近出液口（31）设置，励磁线圈（51）的右端靠近接收滚筒（2）设置。3.根据权利要求1或2所述的一种外加磁场辅助微流控制取纳米纤维薄膜的系统，其特征在于：所述微流挤出泵（1）的驱动机构为步进平移电机，该微流挤出泵（1）的推进速率为0.25mL/h—0.35mL/h；所述接收滚筒（2）的驱动机构为旋转电机，该旋转电机的转速为350r/min—450r/min。4.根据权利要求1或2所述的一种外加磁场辅助微流控制取纳米纤维薄膜的系统，其特征在于：所述取纳米纤维薄膜的系统还包括超声波发生器（6），该超声波发生器（6）的下游为微流挤出泵（1）的泵内腔。5.一种权利要求1所述的外加磁场辅助微流控制取纳米纤维薄膜的系统的使用方法，其特征在于：所述使用方法包括以下步骤：先将纺丝液置于微流挤出泵（1）的泵内腔中，再导通平板电容（4）、控制磁场（5）所在的电路，然后推进微流挤出泵（1），以将纺丝液从挤出喷嘴（3）的出液口（31）射出，射出的纺丝液穿经控制磁场（5）后落在转动...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓，杨翰林，肖镜仪，方楚桥，钱慧，袁勤政，邹亮，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：