本发明专利技术涉及一种用于制备二维纳米纤网复合材料的连续化装置，包括聚合物溶液铺展成膜机构和分段式连续冷冻干燥机构和传送带；其中聚合物溶液铺展成膜机构包括溶液灌注组件、液滴滴注组件和接收基材组件；分段式连续冷冻干燥机构包括自切段组件、真空冷冻干燥组件和气相收集组件。与现有技术相比，本发明专利技术的装置可以实现聚合物液膜的连续大面积制备和二维网孔结构的可控构筑，解决了现有涂膜技术所成液膜厚度过大、均匀度差，现有二维纳米网材料网孔结构不可控、连续性差的问题，能够提高生产效率，在分离过滤领域具有极大的应用潜力。在分离过滤领域具有极大的应用潜力。在分离过滤领域具有极大的应用潜力。
【技术实现步骤摘要】
一种用于制备二维纳米纤网复合材料的连续化装置
[0001]本专利技术涉及材料制备装置领域，尤其是涉及一种用于制备二维纳米纤网复合材料的连续化装置。
技术介绍
[0002]纤维类材料因其小直径、小孔径、孔隙率高的特点，在过滤分离领域被广泛应用，但纤维类材料的微米级直径导致其孔径难以进一步降低，在实际应用中受限。在纤维类基材上进行后处理或将其与孔径更小的材料复合，可以降低纤维类材料孔径，同时保有其原有的静电吸附性、高力学性能等特性。
[0003]目前，已有技术人员做出相关研究。专利CN201910719996.4公开了《一种联排中空纤维式无纺布复合膜及其制备方法和设备》，由基体制备装置制备出基体膜，再通过涂覆装置在基体的两侧外表面均匀涂覆铸膜液，通过凝固浴固化成型形成膜层，由收卷辊实现卷绕，得到联排中空纤维式无纺布复合膜。该涂覆装置由刮刀组成，所刮涂而成的液膜厚度过大，从而导致固化成型后孔结构分布不匀，复合膜过滤阻力增大。专利CN201610384408.2公开了《一种平板多层复合膜及其制备方法》，采用两侧均可刮涂的刮刀在聚酯无纺布支撑层双面刮膜，然后再去离子水中浸没沉淀相分离，制得双层PEI多孔基底膜。该方法的水浴相分离成孔时间长，过程不可控，无法实现连续化。专利CN201810555559.9公开了《一种利用冷冻干燥技术制备界面薄层多孔膜的方法》，通过旋涂法在玻璃基底上涂覆液膜，经冷冻干燥后得到薄层多孔膜。该方法通过在玻璃基底上旋涂得到液膜，存在溶液因表面张力难以均匀成膜的问题，并且制备方法不连续，难以制备大面积的多孔膜。
[0004]因此，亟需一种可构筑连续超薄液膜、调控相分离过程的小孔径纳米纤网连续化制备装置。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于制备二维纳米纤网复合材料的连续化装置，该连续化装置可以精准控制液膜厚度，实现静电纺基材上超薄均匀液膜的构筑，解决了传统刮涂工艺成膜厚，易堵塞基材原有孔道结构的问题，提高了生产效率，在分离过滤领域具有极大的应用潜力。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术的目的是提供一种用于制备二维纳米纤网复合材料的连续化装置，包括聚合物溶液铺展成膜机构、分段式连续冷冻干燥机构和传送带；所述聚合物溶液铺展成膜机构包括溶液灌注组件、液滴滴注组件和接收基材组件；所述分段式连续冷冻干燥机构包括自切段组件、真空冷冻干燥组件和气相收集组件；所述溶液灌注组件和所述液滴滴注组件物料连接；所述溶液灌注组件和所述液滴滴注组件设于所述接收基材组件上方；所述接收基材组件、自切段组件和真空冷冻干燥组件通过所述传送带连接；所述真空冷冻干燥组件和所述气相收集组件通过管路连接；所述溶液灌注组件中的聚合物溶液通过液滴滴注组件
滴在铺设于所述传送带上的纤维膜基材的表面，之后形成连续的聚合物液膜，表面附有聚合物液膜的纤维膜基材经所述接收基材组件预冷冻固结后，经自切段组件切段得到待冷冻干燥的材料，送入真空冷冻干燥组件在聚合物溶液的共晶点之下冷冻干燥，冰晶生长形成网孔结构，之后冰晶升华，通过气相收集组件分别收集气相溶剂和液化的气相溶剂，在真空冷冻干燥组件中得到二维纳米纤网复合材料。
[0008]进一步地，所述溶液灌注组件包括上固定板、连接螺杆、下固定板、聚合物溶液搅拌釜、控制电机、推进杆和推进板；所述聚合物溶液搅拌釜中内置所述推进杆；所述推进杆的下端连接所述推进板；所述推进板卡于所述聚合物溶液搅拌釜内壁，所述推进板起到密封内部气压的作用；所述聚合物溶液搅拌釜固定于所述上固定板和所述下固定板之间；所述上固定板和所述下固定板由所述连接螺杆连接；所述控制电机与所述上固定板连接；所述控制电机的输出端与所述推进杆连接。
[0009]进一步地，所述溶液灌注组件还包括进料口和搅拌杆；所述进料口开设于所述推进板上；所述搅拌杆设于所述聚合物溶液搅拌釜内，并在搅拌杆端部连接有搅拌桨。
[0010]进一步地，所述液滴滴注组件包括注液缓冲槽、微型加热器和注液针管；所述注液针管与所述注液缓冲槽连接；所述微型加热器设于所述液缓冲槽中，所述微型加热器可对所述液缓冲槽中聚合物溶液进行加热，降低聚合物溶液表面张力，使聚合物溶液快速注入注液针管中。
[0011]进一步地，所述接收基材组件包括传送辊、红外测厚探测头、液氮喷淋板、液氮罐；所述红外测厚探测头位于纤维膜基材的喂入端与收卷端，所述红外测厚探测头用于检测基材上所成聚合物液膜的厚度与均匀；所述液氮喷淋板位于纤维膜基材的喂入端与收卷端下方；所述液氮喷淋板与所述液氮罐通过管道连接。
[0012]进一步地，所述自切段组件包括立架、滑轨、喂入辊和切刀；所述滑轨设于所述立架上；所述喂入辊和所述切刀分别与所述滑轨连接，所述喂入辊和所述切刀可以在所述滑轨上自由上下移动。
[0013]进一步地，所述真空冷冻干燥组件包括冷干箱、压辊、制冷板、冷凝管道、热交换器、冷凝器、制冷压缩机；所述压辊和所述制冷板设于所述冷干箱内；所述冷凝管道设于所述制冷板下方，所述冷凝管道依次与所述热交换器、冷凝器、制冷压缩机连接；所述压辊设于所述制冷板上方，所述压辊用于固定表面附有聚合物液膜的纤维膜基材。
[0014]进一步地，所述气相收集组件包括气相阀、输气管道、储气罐、稳定支架、气液分离阀、输液管道、真空阀、真空泵；所述气相阀与所述输气管道连接，所述气相阀用于控制所述输气管道进气；所述输气管道连接所述真空冷冻干燥组件与所述储气罐；所述储气罐底部设有所述气液分离阀和所述输液管道；所述储气罐与所述真空泵通过管道连接；所述真空阀设于所述真空泵的进气口；所述稳定支架与所述储气罐固定连接，所述稳定支架用于支撑所述储气罐。
[0015]进一步优选地，所述溶液灌注组件中，由所述控制电机控制的所述推进板的灌注速度是1～1000mL/h。
[0016]进一步优选地，所述液滴滴注组件中，所述注液针管内径为0.1～5mm，外径为0.3～5.3mm；所述注液针管滴注速度为0.1～100μl/s，出液体积为1～50μl。
[0017]进一步优选地，所述液滴滴注组件中，所述注液缓冲槽中的所述微型加热器的加
热温度为20～60℃，所述注液缓冲槽中的聚合物溶液表面张力为20～50mN/m。
[0018]进一步优选地，所述接收基材组件中，所述红外测厚探测头的厚度检测范围为0.5～100μm，均匀度检测偏差范围为60～100％。
[0019]进一步优选地，所述接收基材组件中，液氮喷淋板的液氮的流速是1～5L/min，预冷冻时间为10～30min。
[0020]进一步优选地，所述自切段组件中，所述喂入辊速度为0.5～2m/min，所述切段长度为50～80cm。
[0021]进一步优选地，所述真空冷冻干燥组件中，所述压辊的材质为不锈钢、铁、铜、氧化铁、氧化铜中的一种或几种；在所述冷干箱内设有多个压辊，相邻压辊之间的间距为60～100cm。
[0022]进一步优本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于制备二维纳米纤网复合材料的连续化装置，其特征在于，包括聚合物溶液铺展成膜机构、分段式连续冷冻干燥机构和传送带(36)；所述聚合物溶液铺展成膜机构包括溶液灌注组件、液滴滴注组件和接收基材组件；所述分段式连续冷冻干燥机构包括自切段组件、真空冷冻干燥组件和气相收集组件；所述溶液灌注组件和所述液滴滴注组件物料连接；所述溶液灌注组件和所述液滴滴注组件设于所述接收基材组件上方；所述接收基材组件、自切段组件和真空冷冻干燥组件通过所述传送带(36)连接；所述真空冷冻干燥组件和所述气相收集组件通过管路连接；所述溶液灌注组件中的聚合物溶液通过液滴滴注组件滴在铺设于所述传送带(36)上的纤维膜基材的表面，之后形成连续的聚合物液膜，表面附有聚合物液膜的纤维膜基材经所述接收基材组件预冷冻固结后，经自切段组件切段得到待冷冻干燥的材料，送入真空冷冻干燥组件在聚合物溶液的共晶点之下冷冻干燥，冰晶生长形成网孔结构，之后冰晶升华，通过气相收集组件分别收集气相溶剂和液化的气相溶剂，在真空冷冻干燥组件中得到二维纳米纤网复合材料。2.根据权利要求1所述一种用于制备二维纳米纤网复合材料的连续化装置，其特征在于，所述溶液灌注组件包括上固定板(1)、连接螺杆(2)、下固定板(3)、聚合物溶液搅拌釜(7)、控制电机(4)、推进杆(8)和推进板(9)；所述聚合物溶液搅拌釜(7)中内置所述推进杆(8)；所述推进杆(8)的下端连接所述推进板(9)；所述推进板(9)卡于所述聚合物溶液搅拌釜(7)内壁；所述聚合物溶液搅拌釜(7)固定于所述上固定板(1)和所述下固定板(3)之间；所述上固定板(1)和所述下固定板(3)由所述连接螺杆(2)连接；所述控制电机(4)与所述上固定板(1)连接；所述控制电机(4)的输出端与所述推进杆(8)连接。3.根据权利要求2所述一种用于制备二维纳米纤网复合材料的连续化装置，其特征在于，所述溶液灌注组件还包括进料口(10)和搅拌杆(11)；所述进料口(10)开设于所述推进板(9)上；所述搅拌杆(11)设于所述聚合物溶液搅拌釜(7)内，并在搅拌杆(11)端部连接有搅拌桨。4.根据权利要求1所述一种用于制备二维纳米纤网复合材料的连续化装置，其特征在于，所述液滴滴注组件包括注液缓冲槽(12)、微型加热器(13)和注液针管(14)；所述注液针管(14)与所述注液缓冲槽(12)连接；所述微型加热器(13)设于所述液缓冲槽(12)中。5.根据权利要求4所述一种用于制备二维纳米纤网复合材料的连续化装置，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁彬，杨铭，张世超，田昱城，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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