一种量产纳米纤维电纺装置

摘要

一种量产纳米纤维电纺装置，涉及一种纺丝装置。提供一种可克服现有批量电纺技术存在的喷射电压阈值高、针管易堵塞、溶液难以回收、不易清理等缺点的量产纳米纤维电纺装置。设有收集板、溶液槽、直流高压电源、驱动装置和导液耙；收集板设于溶液槽上方，溶液槽内设有导电层，驱动装置设有电机和机械传动机构，电机输出轴与机械传动机构动力输入端连接，机械传动机构动力输出端与导液耙联动连接，直流高压电源的正极与溶液槽内的导电层电连接，直流高压电源的负极与收集板电连接并接地。

权利要求

1.一种量产纳米纤维电纺装置，其特征在于设有收集板、溶液槽、直流高压电源、驱动装置和导液耙；

收集板设于溶液槽上方，溶液槽内设有导电层，驱动装置设有电机和机械传动机构，电机输出轴与机械传动机构动力输入端连接，机械传动机构动力输出端与导液耙联动连接，直流高压电源的正极与溶液槽内的导电层电连接，直流高压电源的负极与收集板电连接并接地；

所述导液耙设有耙杆和阵列耙齿，耙齿的端头为尖端头，工作时，导液耙作往复摆动，阵列耙齿周期性蘸触所述溶液槽内的溶液，并引导溶液的液面产生泰勒锥形状。

2.如权利要求1所述的一种量产纳米纤维电纺装置，其特征在于所述溶液槽为双层结构，内层为导电层，外层为绝缘层。

3.如权利要求1所述的一种量产纳米纤维电纺装置，其特征在于所述机械传动机构为曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构设有曲柄、连杆和摇杆，所述连杆与摇杆铰接，铰接点与导液耙的耙杆铰接。

说明书

一种量产纳米纤维电纺装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种纺丝装置，特别是涉及一种可用于批量生产纳米纤维的电纺装置。

背景技术

[0002] 纳米纤维由于其很高的比表面积和优越的力学、光学和电学等性能，被广泛应用于国防、医药、化工和电子等诸多领域，静电纺丝是目前制备纳米纤维的最有效技术之一。高压静电场作用下，聚合物溶液产生射流，随着带电射流被电场拉伸和溶剂的不断挥发，最终在在收集装置上得到固态纳米纤维。但传统的静电纺丝产量很低，因此科研人员研究各种方法实现纳米纤维的批量制造。目前，广泛用于批量生产纳米纤维的装置大多是组合多针尖喷头阵列电纺。

[0003] 中国专利CN200720076954.6报道了一种朝上喷的多喷头静电纺丝装置，该装置是对传统单喷头的自然扩展，将多个喷头以阵列方式排列进行喷射纺丝，但该装置中各喷头之间的电场相互影响，制备纳米纤维的直径差异性很大，甚至出现液滴和中间区域喷头无法喷射的问题。中国专利CN200910072022.8报道了一种多孔板式静电纺丝装置，但其须配有恒压供液系统，装置比较复杂，成本较高，多孔板也不易清洗。尼日利亚研 究人员 O.O.Dosunmu等(O.O.Dosunmu，G.G.Chase，W.Kataphinan，D.H.Reneker.Electrospinning of polymer nanofibres frommultiplejets on a porous tubular surface.Nanotechnology 2006，17：1123-1127)通过多孔管状批量电纺装置，利用气压装置将管内聚合物溶液缓慢的挤出孔外，在高压电场的作用下，产生多束射流喷射到外围环绕的一层金属圆柱形接收网上。此方法需要气泵辅助供液，结构较为复杂，且存在管孔易堵塞问题。中国专利CN200810153891.9报道了一种非织造布批量电纺装置，该装置采用浸入在聚合物溶液的圆周外表铸有锥形螺纹的金属滚筒为喷射头，以代替传统针尖喷头进行纺丝，产量虽显著提高，但其存在喷射电压阈值高、残余溶液不易清理以及不适合长时间生产等缺点。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种可克服现有批量电纺技术存在的喷射电压阈值高、针管易堵塞、溶液难以回收、不易清理等缺点的量产纳米纤维电纺装置。

[0005] 本发明设有收集板、溶液槽、直流高压电源、驱动装置和导液耙；

[0006] 收集板设于溶液槽上方，溶液槽内设有导电层，驱动装置设有电机和机械传动机构，电机输出轴与机械传动机构动力输入端连接，机械传动机构动力输出端与导液耙联动连接，直流高压电源的正极与溶液槽内的导电层电连接，直流高压电源的负极与收集板电连接并接地。

[0007] 所述溶液槽最好为双层结构，内层为导电层，外层为绝缘层。

[0008] 所述机械传动机构可为曲柄摇杆机构，凸轮机构、不完全齿轮机构等。所述曲柄摇杆机构设有曲柄、连杆和摇杆，所述连杆与摇杆铰接，铰接点与导液耙的耙杆铰接。

[0009] 所述导液耙最好设有耙杆和阵列耙齿，阵列耙齿可为单列式阵列耙齿或多列式阵列耙齿。所述耙齿的端头最好为尖端头，尖端头的耙齿可更好地引导液面形成类似泰勒锥的液体锥，且尖端头的尺寸越小，引导形成的液体锥的几何尺寸越小，制得的纳米纤维的直径也越小。

[0010] 本发明的工作原理如下：

[0011] 当批量制造纳米纤维时，首先开启直流高压电源产生高压，随即导液耙在驱动装置的驱动下按照所要求路径做周期性的往复运动，耙齿端头不断与溶液槽中的液面蘸触后移开，由于聚合物溶液的粘附力作用，耙齿可引导液面形成类似泰勒锥的液体锥，在高压电场的作用下各液体锥克服液面表面张力作用产生射流，射流经过电场拉伸和溶剂挥发，最终在收集板上得到纳米纤维。通过改变耙齿尺寸的大小、临界电压、液面距收集板距离和耙齿尖端浸入液面的深度等参数，可以获得不同直径的纳米纤维。

[0012] 与现有技术比较，本发明具有以下突出优点：

[0013] 1)耙齿尖端周期性蘸触聚合物溶液后移开，由于聚合物溶液的粘附力作用，耙齿引导液面形成类似泰勒锥的液体锥，液体锥在高压电场力作用下，克服液面表面张力，很容易在较低的电压(＜10kv)下形成锥射流，通过施加更高电压的方式可以达到射流连续喷射的效果；这样可克服现有电纺技术存在的喷射电压阈值高、针管易堵塞的缺点；

[0014] 2)由于仅采用耙齿端头周期性蘸触聚合物溶液，基本不需清洗，因此保证了纳米纤维持续批量制造；

[0015] 3)本发明可以通过改变耙齿尺寸的大小、临界电压、液面距收集板距离和耙齿端头浸入液面的深度等参数，获得不同直径的纳米纤维。

附图说明

[0016] 图1为本发明实施例的结构示意图之一。

[0017] 图2为本发明实施例的结构示意图之二。

[0018] 图3为本发明实施例中的驱动装置结构示意图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0020] 参见图1～3，本发明实施例设有收集板1、驱动装置2、导液耙3、溶液槽4和直流高压电源5。

[0021] 直流高压电源5用于产生高压，直流高压电源5的正极与溶液槽4的导电层41电连接，直流高压电源5的负极与收集板1电连接并接地。收集板1设于溶液槽4上方，用于收集纳米纤维。驱动装置2设有电机6和曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构由曲柄7、连杆8和摇杆9构成，所述连杆8与摇杆9铰接，铰接点与导液耙3的耙杆铰接。这样，驱动装置2可驱动导液耙3按照一定的路径和运动方式运动(导液耙3作往复摆动，如图3中圆弧虚线所示)。导液耙3设有耙杆和单列耙齿，导液耙3的耙齿用于周期性蘸触液面，引导液面产生类似泰勒锥的液体锥，在高压电场的作用下各液体锥均可产生射流，射流经过电场拉伸和溶剂挥发，最终在收集板1上得到纳米纤维。导液耙3的耙齿为绝缘材料(也可为导电材料)制成。导液耙3的耙齿端头为尖端头(图1和2中导液耙3的耙齿端头画成了平端头)。

[0022] 实际应用时，驱动装置2和导液耙3的数量可根据需要设置，最好在溶液槽4的四周均设有导液耙3，导液耙3的耙齿数量、形状和排列方式均可根据需要变化。驱动装置2的结构也可根据需要变换。