【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微纳米纤维材料领域，尤其涉及一种微纳米纤维材料的制备方法及其装置。
技术介绍
1、微纳米纤维材料是一种长径比大于1000:1的固态线性微纳米级材料。由于微纳米纤维材料具有高孔隙体积、低密度、低质量比和极高的比表面积等优点，因此其在能源储存、电子、生物技术、医疗、纺织和过滤等诸多领域有着广泛的应用。
2、目前，静电纺丝技术是制备微纳米纤维材料最常用的纺丝技术，其具有装置简单、材料适用范围宽广和纤维质量稳定等特点。但是，由于静电纺丝技术需要高压静电场，其对纺丝溶液的极性和接收装置有较高要求；另外，静电纺丝技术的生产效率低，令静电纺丝技术的大规模发展和应用受到了一定的限制。
3、为了克服静电纺丝技术带来的缺陷，现有技术中一般采用离心纺丝法技术制备微纳米纤维材料，该技术采用空心纺丝针头作为纺丝喷头，当施加的离心力达到临界值时，离心力克服纺丝溶液的重力产生溶胶流射体，溶胶流射体在离心力和溶剂挥发协同作用下拉伸细化为连续的纳米纤维，纳米纤维自由堆叠得到二维或者三维的微纳米纤维材料。但上述制备微纳米纤维材料的过程中，纺丝针头数量一般只有2个或4个，纺丝效率较慢。另外，现有技术中的纺丝针头为空心，纺丝过程中，纺丝溶液从空心针头内部孔径为0.1mm的通道流出，将纺丝溶液喷出并形成微纳米纤维，但由于该空心针头的内部孔径太小，且纺丝溶液为高分子溶液，使得纺丝溶液容易堵塞在空心的纺丝针头内部，导致无法纺丝。若通过更换空心针头以解决堵塞问题，则需要频繁地停机，严重影响纺丝效率，同时也容易造成设备维护成本的提高和人力资
4、因此需要开发一种结构简单、生产效率高和成本低的纺丝方法及装置，实现微纳米纤维材料的工业化生产和应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出一种微纳米纤维材料的制备装置，能有效避免纺丝溶液堵塞纺丝针头，同时提高纺丝效率，结构简单合理，成本低，以克服现有技术中的不足之处。
2、本专利技术的另一目的在于提出了一种微纳米纤维材料的制备方法，其与微纳米纤维材料的制备装置进行配合，能有效改善现有微纳米纤维材料制备过程中纺丝针头容易堵塞、纺丝效率偏低的技术问题，有利于确保微纳米纤维材料的纺丝质量。
3、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
4、一种微纳米纤维材料的制备装置，包括固定架、供料组件和纺丝组件；所述供料组件安装于所述固定架，所述纺丝组件可转动地安装于所述供料组件的下方；所述供料组件用于向所述纺丝组件提供纺丝溶液，所述纺丝组件用于将所述供料组件提供的纺丝溶液拉伸细化为连续的微纳米纤维，所述微纳米纤维自由堆叠或者烧结后自由堆叠得到微纳米纤维材料；
5、所述纺丝组件包括内圆盘和多个实心纺丝针头，所述内圆盘可转动地设置于所述供料组件的下方，多个所述实心纺丝针头围绕所述内圆盘的外部设置，且相邻两所述实心纺丝针头的活动端之间的距离为0.5～2mm；
6、所述供料组件的出液口设置于所述实心纺丝针头的上方，且所述出液口朝向所述实心纺丝针头，所述供料组件通过所述出液口向所述实心纺丝针头输送纺丝溶液。
7、进一步地，所述纺丝组件还包括外圆盘，所述外圆盘为顶部开口的中空结构，所述外圆盘与所述内圆盘同轴，且所述内圆盘安装于所述外圆盘的内部；所述内圆盘和所述外圆盘共同围成储液腔，所述储液腔用于储存纺丝溶液；
8、所述外圆盘的侧壁开设有多个通孔，所述通孔与所述储液腔相互连通；
9、所述实心纺丝针头设置有多排，多排所述实心纺丝针头上下排列地突出安装于所述外圆盘的侧壁；
10、一排所述实心纺丝针头的数量设置有多个，每排中的一实心纺丝针头突出于一通孔，且所述实心纺丝针头的固定端与所述通孔过盈配合，所述实心纺丝针头的固定端与所述通孔之间留有过液间隙。
11、进一步地，所述实心纺丝针头的长度为10～50mm，所述实心纺丝针头的活动端的直径为0.02～0.12mm。
12、进一步地，还包括动力装置，所述动力装置安装于所述固定架，所述动力装置的输出端与所述内圆盘相连，所述动力装置用于驱动所述内圆盘的转动。
13、进一步地，还包括转换件，所述转换件设置于所述动力装置和所述纺丝组件之间，所述纺丝组件通过所述转换件可拆卸地安装于所述动力装置的底部；
14、所述纺丝组件靠近所述转换件的一端设置有连接杆，所述转换件的一端与所述连接杆相连，所述转换件的另一端与所述动力装置的输出端相连。
15、进一步地，所述供料组件包括依次首尾相连的储料罐和导料管，所述储料罐安装于所述固定架的边缘，所述导料管安装于所述固定架的中部，所述储料罐用于储存纺丝溶液，所述导料管用于输送纺丝溶液；
16、所述导料管的末端开设有出液口，所述出液口位于所述储液腔的上方，所述出液口朝向所述储液腔，所述导料管通过所述出液口向所述储液腔内输送纺丝溶液。
17、一种微纳米纤维材料的制备方法，使用如上述的纳米纤维材料的制备装置，包括以下步骤：
18、a、制备具有可纺性的纺丝溶液；
19、b、通过所述供料组件向所述实心纺丝针头输送纺丝溶液，所述实心纺丝针头通过所述内圆盘的转动，离心纺丝得到有机微纳米纤维；
20、c、所述有机微纳米纤维自由堆叠，得到有机微纳米纤维材料；
21、或对所述有机微纳米纤维进行煅烧处理得到无机微纳米纤维，所述无机微纳米纤维自由堆叠得到无机微纳米纤维材料。
22、进一步地，按照重量份数计算，所述纺丝溶液包括聚合物3～15份和溶剂85～97份；
23、或按照重量份数计算，所述纺丝溶液包括聚合物3～15份、溶剂85～97份、催化剂0.001～0.005份和无机前驱体20～35份。
24、进一步地，步骤b中，所述内圆盘的转速为1400～2500r/min，所述供料组件的供料速度为1～5ml/min。
25、进一步地，步骤c中，所述煅烧处理的温度以5～8℃/min的升温速度升至750℃～1500℃，保温0～24小时后降温至室温。
26、步骤c中，所述自由堆叠过程的堆叠厚度为3～5mm。
27、本申请实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
28、1.本技术方案通过采用实心纺丝针头代替现有技术中的空心纺丝针头，避免了纺丝溶液堵塞空心纺丝针头，而需要频繁停机更换空心纺丝针头，严重影响纺丝效率情况的发生，进一步确保了纺丝效率；同时也避免了更换空心纺丝针头带来的设备维护成本高和人力资源浪费情况的发生，降低了设备的维修成本。
29、2.现有技术制备微纳米纤维材料的过程中，纺丝针头数量一般只有2个或4个，纺丝效率较慢。而本技术方案中，实心纺丝针头的数量为多个，优选为30～50个，且可根据实际需要进行调整，加快了纺丝的效率。
30、3.本技术方案中由于供料组件设置于实心纺丝针头的上方，且纺丝溶液附着在实心纺丝针头表面，并本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微纳米纤维材料的制备装置，其特征在于，包括固定架、供料组件和纺丝组件；所述供料组件安装于所述固定架，所述纺丝组件可转动地安装于所述供料组件的下方；所述供料组件用于向所述纺丝组件提供纺丝溶液，所述纺丝组件用于将所述供料组件提供的纺丝溶液拉伸细化为连续的微纳米纤维，所述微纳米纤维自由堆叠或者烧结后自由堆叠得到微纳米纤维材料；
2.根据权利要求1所述的一种微纳米纤维材料的制备装置，其特征在于，所述纺丝组件还包括外圆盘，所述外圆盘为顶部开口的中空结构，所述外圆盘与所述内圆盘同轴，且所述内圆盘安装于所述外圆盘的内部；所述内圆盘和所述外圆盘共同围成储液腔，所述储液腔用于储存纺丝溶液；
3.根据权利要求1所述的一种微纳米纤维材料的制备装置，其特征在于，所述实心纺丝针头的长度为10～50mm，所述实心纺丝针头的活动端的直径为0.02～0.12mm。
4.根据权利要求1所述的一种微纳米纤维材料的制备装置，其特征在于，还包括动力装置，所述动力装置安装于所述固定架，所述动力装置的输出端与所述内圆盘相连，所述动力装置用于驱动所述内圆盘的转动。
5.
6.根据权利要求2所述的一种微纳米纤维材料的制备装置，其特征在于，所述供料组件包括依次首尾相连的储料罐和导料管，所述储料罐安装于所述固定架的边缘，所述导料管安装于所述固定架的中部，所述储料罐用于储存纺丝溶液，所述导料管用于输送纺丝溶液；
7.一种微纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，使用如权利要求1～6任一所述的纳米纤维材料的制备装置，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种微纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，按照重量份数计算，所述纺丝溶液包括聚合物3～15份和溶剂85～97份；
9.根据权利要求7所述的一种微纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤B中，所述内圆盘的转速为1400～2500r/min，所述供料组件的供料速度为1～5ml/min。
10.根据权利要求7所述的一种微纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤C中，所述煅烧处理的温度以5～8℃/min的升温速度升至750℃～1500℃，保温0～24小时后降温至室温；
...【技术特征摘要】
1.一种微纳米纤维材料的制备装置，其特征在于，包括固定架、供料组件和纺丝组件；所述供料组件安装于所述固定架，所述纺丝组件可转动地安装于所述供料组件的下方；所述供料组件用于向所述纺丝组件提供纺丝溶液，所述纺丝组件用于将所述供料组件提供的纺丝溶液拉伸细化为连续的微纳米纤维，所述微纳米纤维自由堆叠或者烧结后自由堆叠得到微纳米纤维材料；
2.根据权利要求1所述的一种微纳米纤维材料的制备装置，其特征在于，所述纺丝组件还包括外圆盘，所述外圆盘为顶部开口的中空结构，所述外圆盘与所述内圆盘同轴，且所述内圆盘安装于所述外圆盘的内部；所述内圆盘和所述外圆盘共同围成储液腔，所述储液腔用于储存纺丝溶液；
3.根据权利要求1所述的一种微纳米纤维材料的制备装置，其特征在于，所述实心纺丝针头的长度为10～50mm，所述实心纺丝针头的活动端的直径为0.02～0.12mm。
4.根据权利要求1所述的一种微纳米纤维材料的制备装置，其特征在于，还包括动力装置，所述动力装置安装于所述固定架，所述动力装置的输出端与所述内圆盘相连，所述动力装置用于驱动所述内圆盘的转动。
5.根据权利要求4所述的一种微纳米纤维材料的制备装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘行勇，李臻，梅顺齐，周剑，汤鑫，陈钰，
申请(专利权)人：佛山市中柔材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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