【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种三维纳米纤维材料的制备装置，还涉及采用上述装置的三维纳米纤维材料制备方法。
技术介绍
1、纳米纤维因其独特的物理化学特性，在环境过滤、能量存储转换、柔性电子、隔热防护等不同领域拥有众多现有且不断扩大的实际应用。为了推动纳米纤维材料向用户终端产品的进一步成功，必须发展更多先进的制造科学和技术，同时保证高质量、高生产率、低成本、易维护和高可靠性，满足工业要求。
2、传统的静电纺丝装置，利用针状喷嘴作为纳米纤维发生器，在高压电流的作用下拉伸成丝，在收集器上积聚成膜，形成高密度的二维无纺布，但应用于大规模生产，就会遇到如静电排斥、针易堵塞等问题，导致纺丝速度较慢，耗时长，纳米纤维生产效率低，也存在高电压的安全风险。引入高速气流作为从溶液中纺出超薄纤维的驱动力，能有效地帮助溶剂蒸发，留下高质量的干纤维，同时克服高压电场的电取向效应，易于形成三维纳米纤维结构，然而气纺纤维易飞散、损耗大，且极易产生珠粒和板结的情况，极大地影响制得纤维的孔隙率等性能。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术目的在于提供一种三维纳米纤维材料的制备装置，还提供采用上述装置进行的快速高效的三维纳米纤维材料制备方法。
2、技术方案：本专利技术的三维纳米纤维材料的制备装置，包括气动组件、纺丝组件和接收器，所述接收器为镂空的笼状结构，所述气动组件依次设有空压机、压力调节阀和气喷接头，纺丝组件依次设有控制器、注射泵、注射器和纺丝针头，所述纺丝针头作为气喷接头的内针组合连接，接收器设
3、其中，纺丝针头的出丝端与接收器之间设有用于鼓风的加热器。
4、其中，所述空压机和压力调节阀之间还设有连接缓冲储气罐和油水分离器，油水分离器接在空压机出气阀管道，将空压机产生气流时的水雾过滤排出，使输出的气流保持干燥。
5、其中，所述气动组件还设有气流管路接头，所述气流管路接头为一转二、一转三、一转四气多通道气管接头或单通道气管接头。
6、其中，所述纺丝针头的尺寸为21～25g，注射器的容积为5～50ml。
7、其中，所述接收器为开口的箱体、网格篮、纱网或任选二者组合。
8、上述装置的三维纳米纤维材料的制备方法，包括如下步骤：
9、(1)打开空压机电机开关，在系统中设定压力，使设定压力高于输出工作压力；拧开气阀主阀开关，旋转压力调节阀，调节为输出工作压力，气流正常稳定输出，打开加热器；
10、(2)按控制器设定参数运行注射泵，将纺丝液通过气流辅助喷射至接收器中，纤维在气流湍流中随机缠绕，快速交织形成三维结构的纳米纤维材料，在接收器内堆叠成得到立体块状的三维纳米纤维材料。
11、其中，所述空压机的输出压力在0.1-0.8mpa，纺丝环境温度为10～40℃，周边湿度为10～70％；
12、其中，纺丝针头供液的推进速度为2～50ml/h，纺丝针头与接收器之间的横向垂直距离为10～60cm，纺丝针头与接收器底部的纵向高度为5～20cm。
13、其中，所述纺丝液为氧化硅或氧化铝前驱液。
14、专利技术原理：本专利技术的三维纳米纤维材料的制备装置，将镂空笼状结构的接收器作为连接纺丝针头的接收装置，镂空的笼状结构底部和筒壁为均匀分布的网格眼，利于高速气流在成丝后快速流通，疏导气流路径，同时笼状环境可利于纤维在笼内连结缠绕，自主形成三维结构；同时在纺丝针头的出丝端与接收器之间设有用于鼓风的加热器，加热器一方面加热快速挥发溶剂得到干纤维，一方面形成空气流动，改变气流的流动形成湍流效果，湍流场使得纳米纤维在空间中沿复杂轨迹运动，随机相互缠绕，形成三维纳米纤维气凝胶，接收器和加热器协同作用，有效克服传统静电纺丝技术对温度、湿度的严格要求，扩大生产环境场地的适应条件，益于纳米纤维的高效生产。利用空气吹制作为动力，使得纳米纤维以复杂的轨迹相互缠绕溶，更有效地将纳米纤维制备成三维气凝胶结构，使纤维生产的量级增大，以高效高产的方式快速制造纳米纤维，实现纳米材料的规模化生产。
15、采用该装置制得的纤维材料，结合煅烧工艺可制备出多种形貌和材质的三维纳米纤维气凝胶材料，该制法具有高效、高速、安全、便捷和低成本的特点，为落地实现工业化、规模化生产提供了有力支撑。
16、有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下优点：(1)本专利技术的装置，纺丝速度更快，效率更高，安全节能，有利于实现工业化、规模化生产，实现宏量化快速高效制备高性能纳米纤维材料，满足多功能应用和复杂器件的需求；(2)制得的纳米纤维在接收器内随气流场随机缠绕、连续收集，具有低密度、高孔隙率、高表面积的性能。
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1.一种三维纳米纤维材料的制备装置，其特征在于，所述装置包括气动组件、纺丝组件和接收器(1)，所述接收器(1)为镂空的笼状结构，所述气动组件依次设有空压机(2)、压力调节阀(3)和气喷接头(5)，纺丝组件依次设有控制器(6)、注射泵(7)、注射器(8)和纺丝针头(9)，所述纺丝针头(9)作为气喷接头(5)的内针组合连接，接收器(1)设置在纺丝针头(9)的出丝端。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，纺丝针头(9)的出丝端与接收器(1)之间设有用于鼓风的加热器(4)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空压机(2)和压力调节阀(3)之间还设有连接缓冲储气罐(10)和油水分离器(11)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气动组件还设有气流管路接头(12)，所述气流管路接头(12)为多通道气管接头或单通道气管接头。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述纺丝针头(9)的尺寸为21～25G，注射器(8)的容积为5～50mL。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收器(1)为开口
7.一种使用权利要求1所述装置的三维纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述空压机的输出压力在0.1-0.8MPa，纺丝环境温度为10～40℃，周边湿度为10～70％。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，纺丝针头供液的推进速度为2～50mL/h，纺丝针头与接收器之间的横向垂直距离为10～60cm，纺丝针头与接收器底部的纵向高度为5～20cm。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝液为氧化硅或氧化铝前驱液。
...【技术特征摘要】
1.一种三维纳米纤维材料的制备装置，其特征在于，所述装置包括气动组件、纺丝组件和接收器(1)，所述接收器(1)为镂空的笼状结构，所述气动组件依次设有空压机(2)、压力调节阀(3)和气喷接头(5)，纺丝组件依次设有控制器(6)、注射泵(7)、注射器(8)和纺丝针头(9)，所述纺丝针头(9)作为气喷接头(5)的内针组合连接，接收器(1)设置在纺丝针头(9)的出丝端。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，纺丝针头(9)的出丝端与接收器(1)之间设有用于鼓风的加热器(4)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空压机(2)和压力调节阀(3)之间还设有连接缓冲储气罐(10)和油水分离器(11)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气动组件还设有气流管路接头(12)，所述气流管路接头(12)为多通道气管接头或单通道气管接头。
【专利技术属性】
技术研发人员：代云茜，赵梓剑，李姝璟，王云鹏，周舟，孙岳明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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