本发明专利技术公开一种制备纳米纤维的静电纺丝装置，该装置主要包括喷液器、静电发生器、针状电极、平板电极、纺丝池、贮液池、接收帘。喷液器固定在纺丝池底部与贮液池相连，针状电极在纺丝池底部，与静电发生器相连；平板电极在纺丝池上方并与地连接，接收帘在平板电极下方。纺丝时，溶液以一定的压力和流量由贮液池送入喷液器，在喷液器顶端形成喇叭花状的薄液膜，静电发生器使针状电极和平板电极间形成静电场，在液膜顶端形成射流飞出，沉积在接收帘上形成纳米纤维毡。纺丝池内溶液被抽回贮液池。本发明专利技术的有益效果是：结构简单，成本低，纺丝液可循环，生产效率高，可实现纳米纤维的规模化生产，满足工业生产对纳米纤维及其相关产品的需求。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种制备纳米纤维的静电纺丝装置，该装置主要包括喷液器、静电发生器、针状电极、平板电极、纺丝池、贮液池、接收帘。喷液器固定在纺丝池底部与贮液池相连，针状电极在纺丝池底部，与静电发生器相连；平板电极在纺丝池上方并与地连接，接收帘在平板电极下方。纺丝时，溶液以一定的压力和流量由贮液池送入喷液器，在喷液器顶端形成喇叭花状的薄液膜，静电发生器使针状电极和平板电极间形成静电场，在液膜顶端形成射流飞出，沉积在接收帘上形成纳米纤维毡。纺丝池内溶液被抽回贮液池。本专利技术的有益效果是：结构简单，成本低，纺丝液可循环，生产效率高，可实现纳米纤维的规模化生产，满足工业生产对纳米纤维及其相关产品的需求。【专利说明】一种制备纳米纤维的静电纺丝装置
本专利技术涉及一种可制备纳米纤维的静电纺丝装置，属于纺织和新材料
，具体以一种喷液器喷射类似喇叭花形状的薄液膜，并在高压静电发生器、电极以及接收帘等共同作用下该液膜顶端有多股射流产生并最终形成纳米纤维毡的装置。
技术介绍
静电纺丝技术是一种利用静电力使聚合物溶液或熔体产生射流并最终固化为纳米纤维的技术。该技术的主要原理是首先使聚合物溶液或熔体形成表面弯曲的液滴、液柱膜、气泡、火山口状隆起等，然后利用静电力作用从曲面顶端喷出射流。射流在电场力、表面张力等作用下飞向负极板，期间被拉伸细化，溶剂蒸发，射流固化为纳米纤维并最终沉积在接收板上，形成纳米纤维毡。由静电纺丝技术获得的纳米纤维直径从数十纳米到数微米不等，其比表面积大，纤维间孔隙率高，已在纺织服装、环境工程、传感器、组织工程、药物缓释、能源材料和催化等方面获得了广泛应用。传统的静电纺丝装置多采用类似注射器针头大小的喷丝头，因此喷丝头顶端形成的泰勒锥一般为直径约I毫米的小液滴。静电纺丝过程中小液滴顶端一般只喷射单根射流，纳米纤维产量较低，约为0.01-0.3g / h (可见文献《Needleless electrospinning:influences of fibre generator geometry》 (Niu H, Wang X, Lin T.The Journal oftheTextile Institute, 103 (7)，2012，787-794.))，不能满足工业化生产和应用对纳米纤维的需求。因此，国内外许多研究人员和企业纷纷研制新型静电纺丝方法及装置。目前，常用的可提高纳米纤维产量的静电纺丝装置包括多喷头静电纺丝装置、旋转滚筒静电纺丝装置等。这些静电纺丝方法及装置可见文献《Experimentalinvestigations on the mult1-jet electrospinning process》 (A.Varesano,R.A.Carletto,and G.Mazzuchetti,,J Mater Process Tech, 209(11)(2009)5178-5185)、《Needleless electrospinning.1.A comparison of cylinder and disk nozzles》(H.Niu, T.Lin，and X.Wang,, J.Appl.Polym.Sc1.，114 (6) (2009) 3524-3530.)、《平行排列多喷头静电纺丝机纺丝状态及纤维结构》(潘方良，查帅冲，潘志娟，丝绸，2012 (I)，21-26.)和中国专利如 CN200999274、CN101050550 等，美国专利如 US1975504、US2011 /0059261A1等，世界专利W02012 / 077867A1和欧洲专利EP2557206等。这些方法仍存在如设备复杂、成本高、技术不够完善、商业化生产困难等缺陷。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种结构简单、设计合理、成本低且能够提高纳米纤维产量的静电纺丝装置。该装置包括纺丝系统、供液系统、接收系统和传动系统四个部分组成。其中纺丝系统包括喷液器、纺丝池、高压静电发生器、针式电极和平板电极组成，供液系统由贮液池、送液泵、抽液泵和导管组成；接收系统包括接收帘、送帘辊和卷帘辊组成；传动系统包括传动电机、带轮、轴承和导线组成。喷液器主要由喷液管和压嘴组成，下端固定在纺丝池底部中心位置，且由导管与压液泵相连，压液泵另一端与贮液池相连。纺丝池底部靠近壁端均匀分布有4个排液孔，排液孔由导管与抽液泵相连，抽液泵另一端与贮液池相连。针状电极为若干根竖直的金属细针组成，这些金属细针根据纺丝池形状可排列成同心圆形或矩阵形，安装在纺丝池底部，通过导线与高压静电发生器相连。平板电极固定在纺丝池正上方一定距离处并通过导线与大地连接，在纺丝池和平板电极之间有一接收帘，接收帘紧靠平板电极，由传动电机与送帘辊和卷帘辊相连。纺丝时首先将配置好的溶液装入贮液池，通过送液泵将纺丝液压入喷液器，由于喷液器上压嘴的折射作用形成喇叭花形状的薄液膜，类似传统静电纺丝的泰勒锥，在针状电极和平板电极间形成静电场，在静电力的作用下液膜顶端有射流射出，飞向接收帘，期间射流中溶剂挥发，射流固化为纳米纤维，沉积在接收帘上形成纳米纤维毡，经传动电机、送帘辊和卷帘辊使纳米纤维毡成卷。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:(I)制备聚合物溶液:将聚合物母粒及溶剂以适当的质量分数比浓度在搅拌器中搅拌混合均匀，静置1-2小时后，再把制备好的聚合物溶液送入贮液装置中备用；所述的聚合物是指可溶于水或其它有机溶剂的聚合物，包括但不仅限于聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈或聚酯；所述的溶剂包括但不仅限于水、乙醇、二甲基甲胺或氯仿；所述适当的质量百分比浓度是指所述聚合物溶液能够进行纺丝的适宜质量百分比浓度。(2)形成喇叭花状薄溶液膜:送液泵以适当的压力和流量将聚合物溶液从贮液池中经导管送入喷液器，在喷液器顶端向上喷射，液体由于受喷液器顶端压嘴的折射作用，所喷出的溶液形成液膜状，由于喷液管和压嘴都是圆形的，最终形成喇叭花状的薄溶液膜。该喇叭花状液膜的高度和直径可在送液泵处通过调节流量和压力进行调节。未参与纺丝的剩余纺丝液经纺丝池底部的排液孔排出并在抽液泵的作用下重新进入贮液池，实现纺丝液回收利用和纺丝循环。(3)形成多射流喷射:形成适当大小和高度的喇叭花状液膜后，打开高压静电发生器，在金属针和接收板电极间形成高压静电场。随着电压增加到一定值后，在静电场力的作用下，喇叭花状液膜顶端有多股射流射出，射流在电场力作用下飞向负极板，期间溶剂挥发，射流固化成纳米纤维。(4)接收纳米纤维:在接收板与纺丝池间装有一个宽度与接收板相同但长度长于接收板的接收帘，该接收帘紧贴接收板，调整接收板、接收帘与纺丝池顶端的垂直距离，以及接收帘的运动速度，使所获得的纳米纤维收集在接收帘上，并形成纳米纤维无纺布毡。与现有技术相比，本专利技术通过引入喷液器，使聚合物溶液在喷液器顶端形成喇叭花状薄溶液膜以提高静电纺纳米纤维制备效率的装置，并经接收装置收集纳米纤维毡，方法简单且操作方便，可显著提高纳米纤维生产效率，降低生产成本，节约能源；该装置可在相对较低的电压下静电纺丝，降低了高电压条件对设备绝缘性要求；该装置喷射的喇叭花状液膜大小和高度可以方便调节，操作简单，且实现纺丝液循环使用，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备纳米纤维的静电纺丝装置，该生产装置主要包括喷液器、高压静电发生器、针状电极、平板电极、纺丝池、贮液池、送液泵、抽液泵、导管、接收帘、送帘辊、卷帘辊、传动电机组成，其特征是：喷液器固定在纺丝池底由导管与送液泵相连，送液泵同时与贮液池相连，纺丝池底部近壁处有排液孔，由导管经抽液泵与贮液池相连，针状电极为若干根安装在纺丝池底部的金属针组成，并通过导线与高压静电发生器相连，平板电极固定在纺丝池正上方并通过导线与大地连接，纺丝池和平板电极间有一接收帘，接收帘紧靠平板电极，且两端与送帘辊和卷帘辊相连。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘雍，范杰，康卫民，程博闻，刘健，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：
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