一种溶剂环流静电纺丝装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种溶剂环流静电纺丝装置，包括双通道轴流注射泵、导管、金属纺丝头、高压发生器和纤维收集板。双通道轴流注射泵中的一个轴流注射器内放有聚合物纺丝液，另一个轴流注射器内放有环流溶剂，其中，放有环流溶剂的轴流注射器与导管相连，放有聚合物纺丝液的轴流注射器与金属纺丝头相连，金属纺丝头穿过导管侧壁，并与导管形成同轴纺丝头结构。同轴纺丝头结构下方设有纤维收集板，高压发生器一端通过高压接头与金属纺丝头相连，另一端与纤维收集板相连并接地。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及聚合物超细纤维的制备领域，特别是涉及一种溶剂环流静电纺丝装置。
技术介绍
高压静电纺丝技术是一种自上而下(top-down)的纳米制造技术，通过外加电场 力克服喷头尖端液滴的液体表面张力和粘弹力而形成射流，在静电斥力、库仑力和表面张 力共同作用下，被雾化后的液体射流被高频弯曲、拉延、分裂，在几十毫秒内被牵伸千万倍， 经溶剂挥发或熔体冷却在接收端得到纳米级纤维。该技术工艺过程简单、操控方便、选择材 料范围广泛、可控性强、并且可以通过喷头设计制备具有微观结构特征的纳米纤维，被认为 是最有可能实现连续纳米纤维工业化生产的一种方法，应用该技术制备功能纳米纤维具有 良好的前景。但是到目前为止，几乎所有的文献报道的纺丝工艺都是在大气环境下进行纳米纤 维制备。如在制备25%聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的单纺时，通常采用削平的针头(1号不锈钢 注射针头，内径1.0mm)作为喷射细流的毛细管，高压发生器(ZGF2000型，上海苏特电器有 限公司)，用以控制纺丝液流量的微量注射泵(美国Cole-Parmer 公司)，和用以接收纤维铝 箔平板。纺丝液是将25. 0g PVP K60粉末在常温下分散于100毫升无水乙醇中，然后在摇 床中振摇成淡黄色均勻透明液体，在大气中进行高压静电纺丝，制备纳米纤维膜。在以下工 艺条件参数下进行纺织微量注射泵的流速为1.0mL/h，铝箔平板离纺丝头距离为15cm，高 压发生器的电压为12kV，环境温度为(23士 1)°C，环境湿度为62士4%，制备时由于聚合物 纺丝液的溶剂在大气中的快速挥发，常常会造成纺丝头堵塞，中断纺丝过程、影响聚合物纳 米纤维的质量。对于该问题的解决，目前还未发现相关报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种溶剂环流静电纺丝装置，解决电纺过程中 纺丝头堵塞问题，制备聚合物超细纤维，并提高电纺工艺产率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种溶剂环流静电纺丝装置， 包括双通道轴流注射泵、导管、金属纺丝头、高压发生器和纤维收集板，所述的双通道轴流 注射泵中的一个轴流注射器内放有聚合物纺丝液，另一个轴流注射器内放有环流溶剂；所 述的放有环流溶剂的轴流注射器与导管相连；所述的放有聚合物纺丝液的轴流注射器与金 属纺丝头相连；所述的金属纺丝头穿过所述的导管侧壁，并与导管形成同轴纺丝头结构； 所述的同轴纺丝头结构下方设有所述的纤维收集板；所述的高压发生器一端通过高压接头 与所述的金属纺丝头相连，另一端与所述的纤维收集板相连并接地。所述的导管为硅胶管。所述的金属纺丝头通过鳄鱼钳与所述的高压接头相连。所述的纤维收集板为铝箔平板。所述的聚合物纺丝液是聚乙烯吡咯烷酮粉末在常温下分散在无水乙醇中用摇床 振摇而成；所述的环流溶剂为N，N- 二甲基乙酰胺。有益效果由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效 果(1)采用本专利技术制备聚合物纤维，工艺简单，适合于工业化生产。(2)因为环流溶剂能够 润滑纺丝头，阻止聚合物的析出与粘连，还能够有效阻止聚合物纺丝液溶剂的过早挥发而 引起的射流表面固化效应，因此本专利技术解决纺丝头易堵塞和电纺产率低等问题，能够对高 浓度聚合物纺丝液进行纺丝。(3)本专利技术所制得超细纤维结构均勻表面光滑。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的同轴纺丝头结构示意图；图3是采用本专利技术制备的纤维的扫描电镜图；图4是采用本专利技术制备的纤维的直径分布图。具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术 而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。如图1所示，一种溶剂环流静电纺丝装置，包括双通道轴流注射泵1、导管2、金属 纺丝头3、高压发生器4和纤维收集板5。所述的双通道轴流注射泵1中的一个轴流注射器 内放有聚合物纺丝液，另一个轴流注射器内放有环流溶剂，可通过两个选择不同体积的轴 流注射器来控制环流溶剂与聚合物纺丝液的流量比。其中，放有环流溶剂的轴流注射器与 导管2相连，所述的放有聚合物纺丝液的轴流注射器与金属纺丝头3相连。如图2所示，所 述的金属纺丝头3穿过所述的导管2侧壁，并与导管2形成同轴纺丝头结构。所述的同轴 纺丝头结构下方设有所述的纤维收集板5。所述的高压发生器4 一端通过高压接头与所述 的金属纺丝头3相连，另一端与所述的纤维收集板5相连并接地。在该装置中，导管2采用 高弹性的硅胶管；纤维收集板为铝箔平板；高压接头通过鳄鱼钳直接与金属纺丝头3相连 接。需要说明的是，在本专利技术中可以采用两个单通道轴流注射泵代替双通道轴流注射泵，在 使用时只需对装有环流溶剂和聚合物纺丝液的两个单通道轴流注射泵的流量分别进行调 控即可。下面简单介绍采用本专利技术从30% PVP中制备纤维的过程。首先，将30. 0g PVP K60 粉末在常温下分散于100毫升无水乙醇中，之后在摇床中振摇成30%淡黄色均勻透明纺丝 液。接着，将该30%淡黄色均勻透明纺丝液装入双通道轴流注射泵中的一个轴流注射器内 作为聚合物纺丝液，再将N，N-二甲基乙酰胺装入双通道轴流注射泵中的另一个轴流注射 器内作为环流溶剂。然后，将铝箔平板放置在喷丝口(即由金属纺丝头与导管形成的同轴 纺丝头结构)下方15cm处，连接高压发生器，并将其电压设为12kV。最后，打开电源制备超 细PVP纤维，此时的环境温度为(23士 1)°C，环境湿度为62士4%。在制备过程中，双通道轴流注射泵推进速率为lcm/h，并可采用两个不同体积的注射器来调控聚合物纺丝液和环流 溶剂的相对流量。如装有聚合物纺丝液的注射器体积为10ml，装有环流溶剂的注射器体积 为1、2、5和10ml，也就是说，环流溶剂和聚合物纺丝液的流量比分别为0. 1 1 0.2 1、 0.5 1 和 1 1。 在上述条件下，应用溶剂环流高压静电纺丝工艺制备得到的纤维进行表面喷金后 采用扫描电镜观察，结果如图4所示，图4中A表示环流溶剂和聚合物纺丝液的流量比为 0.1 1、B表示环流溶剂和聚合物纺丝液的流量比为0.2 1、C表示环流溶剂和聚合物纺 丝液的流量比为0.5 1、D表示环流溶剂和聚合物纺丝液的流量比为1 1。采用Image J软件对纤维直径分布进行统计分析，结果如图5所示，同样A表示环流溶剂和聚合物纺丝 液的流量比为0.1 1、B表示环流溶剂和聚合物纺丝液的流量比为0.2 1、C表示环流溶 剂和聚合物纺丝液的流量比为0.5 1、D表示环流溶剂和聚合物纺丝液的流量比为1 1。 从图中可知，在合适的溶剂流量范围内(环流溶剂和聚合物纺丝液的流量比为0.1 1、 0.2 1,0.5 1)，不仅所制备的纤维表面光滑、结构均勻，而且随着环流溶剂流速的增大， 纤维直径逐渐缩小。权利要求一种溶剂环流静电纺丝装置，包括双通道轴流注射泵(1)、导管(2)、金属纺丝头(3)、高压发生器(4)和纤维收集板(5)，其特征在于，所述的双通道轴流注射泵(1)中的一个轴流注射器内放有聚合物纺丝液，另一个轴流注射器内放有环流溶剂；所述的放有环流溶剂的轴流注射器与所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种溶剂环流静电纺丝装置，包括双通道轴流注射泵（１）、导管（２）、金属纺丝头（３）、高压发生器（４）和纤维收集板（５），其特征在于，所述的双通道轴流注射泵（１）中的一个轴流注射器内放有聚合物纺丝液，另一个轴流注射器内放有环流溶剂；所述的放有环流溶剂的轴流注射器与所述的导管（２）相连；所述的放有聚合物纺丝液的轴流注射器与所述的金属纺丝头（３）相连；所述的金属纺丝头（３）穿过所述的导管（２）侧壁，并与导管（２）形成同轴纺丝头结构；所述的同轴纺丝头结构下方设有所述的纤维收集板（５）；所述的高压发生器（４）一端通过高压接头与所述的金属纺丝头（３）相连，另一端与所述的纤维收集板（５）相连并接地。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱利民，余灯广，黄丽娅，王斌，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[]