專(zhuān)利名稱(chēng)：一種納米粒子/高分子材料復(fù)合超細(xì)纖維制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合纖維制備裝置，具體涉及一種納米粒子/高分子材料復(fù)合超 細(xì)纖維制備裝置。
背景技術(shù)：
亞微米、納米尺度的納米粒子/高分子材料復(fù)合纖維在生物醫(yī)學(xué)、能源、電介材料 等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。由于納米粒子具有高比表面積，容易自發(fā)團(tuán)聚形成集聚體；因 此，亞微米、納米尺度的納米粒子/高分子材料纖維的制備需要同時(shí)解決高分子材料中納 米粒子分散和超細(xì)纖維拉制兩個(gè)難題。ZL200410010886. 4給出了一種制備金屬納米粒子/高分子納米纖維的方法；該方 法以可溶性金屬鹽、高分子材料、還原劑、表面活性劑、溶劑為原料，采用原位復(fù)合法，在高 分子溶液中用還原劑還原金屬鹽使之成為分散于高分子溶液的金屬粒子，然后調(diào)節(jié)溶液的 濃度進(jìn)行電紡絲，形成含有有序排列金屬粒子的高分子納米纖維。但這種方法只適合于能 通過(guò)原位復(fù)合法制備納米粒子/高分子溶液體系的材料。因此，通過(guò)機(jī)械/物理方法直接分散納米粒子，制備納米粒子/高分子材料復(fù)合超 細(xì)纖維的裝置對(duì)推動(dòng)納米粒子/高分子材料復(fù)合超細(xì)纖維的研究與應(yīng)用有著重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是公開(kāi)一種納米粒子/高分子材料復(fù)合超細(xì)纖維制 備裝置。該裝置包括1.氣體-粉體混合子系統(tǒng)該子系統(tǒng)由氣源(1)、粒子混合管(2)、納米粒子流化室 (3)組成；所述氣源(1)可以是高壓氣瓶，也可以是氣體壓縮機(jī)與儲(chǔ)氣罐組成的供氣系統(tǒng)。2.粒子遷移子系統(tǒng)該子系統(tǒng)由氣室(4)、粘液泵(5)、氣體-粉體射流噴嘴(6)、液 室⑵和上升管⑶組成；所述上升管(8)采用絕緣材料制成；所述上升管(8)由穩(wěn)定段(801)和變徑段(802)組成，變徑段(802)的特征在于 內(nèi)腔內(nèi)徑多次交替擴(kuò)張_收縮_擴(kuò)張變化；3.粒子分散與纖維拉制子系統(tǒng)該子系統(tǒng)由高壓發(fā)生器(9)、位于上升管頂部的噴 嘴(10)、敞口液室(11)、接收傳送帶(12)和接地極(18)組成；所述位于上升管頂部的噴嘴(10)采用金屬材料制成；所述敞口液室(11)中的儲(chǔ)液高度要高于噴嘴(10)的頂部。該裝置制備納米粒子/高分子材料超細(xì)纖維的具體過(guò)程如下1.氣體-粉體混合來(lái)自氣源(1)的壓縮氣體一部分從納米粒子流化室(3)底部噴 入，使納米粒子流化室(3)中的納米粒子集聚體流化；來(lái)自氣源(1)的另一部分壓縮氣體進(jìn) 入粒子混合管(2)形成高速氣流，當(dāng)氣流經(jīng)過(guò)粒子混合管(2)的內(nèi)徑擴(kuò)徑處(201)時(shí)，會(huì)形 成一個(gè)負(fù)壓區(qū)；由于納米粒子流化室(3)的頂部開(kāi)口位于這一負(fù)壓區(qū)，納米粒子流化室(3)
3內(nèi)經(jīng)過(guò)流化的納米粒子集聚體會(huì)在壓差驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入粒子混合管(2)，與高速氣流混合，形成 氣體-粉體射流流向氣體-粉體射流噴嘴(6)；氣室(4)用于穩(wěn)定氣體-粉體射流壓強(qiáng)。2.粒子遷移高分子材料經(jīng)粘液泵(5)加壓進(jìn)入液室(7)穩(wěn)定后，由上升管入口 (803)進(jìn)入上升管穩(wěn)定段(801)形成穩(wěn)定上升流；氣體_粉體射流噴嘴(6)開(kāi)口于上升管 穩(wěn)定段內(nèi)腔，氣體-粉體射流經(jīng)氣體-粉體射流噴嘴(6)進(jìn)入上升管穩(wěn)定段內(nèi)的高分子 材料上升流中，形成內(nèi)含納米粒子集聚體的微氣泡；上升流攜帶微氣泡進(jìn)入上升管變徑段 (802)，由于上升管變徑段內(nèi)腔內(nèi)徑多次交替擴(kuò)張_收縮-擴(kuò)張，高分子材料在上升管變徑 段被多次交替壓縮_拉伸_壓縮；高分子材料被壓縮或拉伸時(shí)，高分子材料內(nèi)會(huì)產(chǎn)生拉伸 流動(dòng)(15)，拉伸流動(dòng)會(huì)導(dǎo)致高分子材料相對(duì)氣泡壁(14)的滑移，從而引起氣泡內(nèi)產(chǎn)生渦流 (13)；氣泡內(nèi)氣體渦流(13)攜帶懸浮在氣泡內(nèi)的納米粒子集聚體做環(huán)流運(yùn)動(dòng)，由于納米粒 子集聚體的密度大于氣體密度，納米粒子集聚體會(huì)在慣性作用下遷移到起泡壁及氣泡壁周 圍的高分子材料中。3.粒子分散與纖維拉制高分子材料攜帶氣泡和遷移到氣泡壁以及氣泡壁周?chē)?分子材料中的納米粒子集聚體經(jīng)由位于上升管頂部的噴嘴(10)進(jìn)入敞口液室(11)中，由 于敞口液室(11)中的壓強(qiáng)遠(yuǎn)低于氣泡內(nèi)壓強(qiáng)，氣泡進(jìn)入敞口液室(11)時(shí)，會(huì)在氣泡內(nèi)外壓 差驅(qū)動(dòng)下急速膨脹；氣泡急速膨脹會(huì)導(dǎo)致氣泡壁及氣泡壁周?chē)母叻肿硬牧现挟a(chǎn)生高速拉 伸；高速拉伸引起的粘滯拖曳作用納米粒子集聚體，導(dǎo)致納米粒子集聚體破碎并以納米尺 度粒子的形式均勻分散到高分子材料中。在納米粒子集聚體破碎、分散的同時(shí)，高分子材料 經(jīng)由位于上升管頂部的噴嘴(10)進(jìn)入敞口液室(11)時(shí)，由于上升管內(nèi)的壓強(qiáng)大于敞口液 室(11)中的壓強(qiáng)，會(huì)在敞口液室(11)中形成向上的氣-液混合射流(16)；在該氣-液混 合射流的頂推作用下，會(huì)在敞口液室(11)中高分子材料液面形成液錐(17)；由于噴嘴(10) 與高壓發(fā)生器(9)相連，會(huì)在敞口液室(11)中的高分子材料內(nèi)放電，與敞口液室(11)上方 的接地極(18)之間形成靜電場(chǎng)；敞口液室(11)內(nèi)高分子材料中的自由電荷在電場(chǎng)作用下 會(huì)集中到液錐(17)頂部形成泰勒錐；當(dāng)電場(chǎng)力大于高分子材料表面張力時(shí)，泰勒錐頂部會(huì) 有超細(xì)射流攜帶已經(jīng)以納米尺度分散于高分子材料中的納米粒子射向接地極(18)，吸附于 接收傳送帶(12)，形成納米粒子/高分子材料復(fù)合超細(xì)纖維；接收傳送帶(12)位于敞口液 室(11)和接地極(18)之間靠近接地極(18)的位置，接收的納米粒子/高分子材料復(fù)合超 細(xì)纖維被接收傳送帶(12)帶離沉積區(qū)。


圖1單上升管納米粒子/高分子材料復(fù)合超細(xì)纖維制備裝置示意圖。圖2粒子混合管與納米粒子流化室示意圖。圖3上升管示意圖。圖4上升管中高分子材料被拉伸時(shí)氣泡內(nèi)外流場(chǎng)示意圖。圖5上升管中高分子材料被壓縮時(shí)氣泡內(nèi)外流場(chǎng)示意圖。圖6多上升管納米粒子/高分子材料復(fù)合超細(xì)纖維制備裝置示意圖。圖7噴嘴排列示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施案例來(lái)進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)該理解，這些實(shí)施案例僅用于說(shuō) 明本發(fā)明而不是用于限制本發(fā)明的范圍。此外，還應(yīng)理解，在閱讀本說(shuō)明之后，技術(shù)人員可 對(duì)本發(fā)明作各種形式的改動(dòng)或修改，但這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限 定的范圍。實(shí)施案例1本發(fā)明提供了一種納米粒子/高分子材料復(fù)合超細(xì)纖維制備裝置，其具體實(shí)施案 例1如圖1、圖2、圖3所示。氣源(1)與粒子混合管⑵的入口(202)、納米粒子流化室(3)的底部進(jìn)氣口 (301)通過(guò)氣體輸送管相連，納米粒子流化室(3)頂部開(kāi)口于粒子混合管(2)的內(nèi)徑擴(kuò)徑處 (201)，粒子混合管(2)的出口(203)通過(guò)輸送管與氣室(4)以及氣體-粉體射流噴嘴(6) 相連，氣體-粉體射流噴嘴(6)穿過(guò)液室(7)開(kāi)口于上升管(8)的穩(wěn)定段(801)的內(nèi)腔；納 米粒子集聚體在納米粒子流化室(3)中流化，在粒子混合管(2)中與高速氣流混合形成氣 體_粉體射流。粘液泵(5)的入口通過(guò)輸送管與高分子材料源以及敞口液室相連，粘液泵(5)的 出液口與液室(7)的內(nèi)腔相通，上升管(8)位于液室(7)的頂部，上升管(8)的內(nèi)腔通過(guò)上 升管入口(803)與液室(7)的內(nèi)腔相通，上升管(8)內(nèi)腔通過(guò)位于上升管頂部的噴嘴(10) 與位于上升管上方的頂部開(kāi)口的敞口液室(11)的內(nèi)腔相通；進(jìn)入高分子材料的氣體-粉 體射流在上升管(8)的穩(wěn)定段(801)形成內(nèi)含納米粒子集聚體的微氣泡，氣泡內(nèi)懸浮的納 米粒子集聚體在上升管(8)的變徑段(802)遷移到氣泡壁及氣泡壁周?chē)母叻肿硬牧现校?在敞口液室(11)中利用氣泡膨脹產(chǎn)生的高速拉伸實(shí)現(xiàn)納米粒子在高分子材料中的均勻分 散。高壓發(fā)生器(9)與位于上升管頂部的噴嘴(10)相連，接地極(18)位于敞口液室 (11)上方一定距離的地方，與位于上升管頂部的噴嘴(10)之間形成靜電場(chǎng)；由于上升管 內(nèi)的壓強(qiáng)大于敞口液室(11)中的壓強(qiáng)，會(huì)在敞口液室(11)中形成向上的氣-液混合射流
(16)，在該氣-液混合射流的頂推作用下，會(huì)在敞口液室(11)中高分子材料液面形成液錐
(17)，液錐(17)在靜電場(chǎng)作用下會(huì)形成泰勒錐，并在適當(dāng)條件下產(chǎn)生攜帶納米粒子的超細(xì) 射流射向接地極(18)，吸附于接收傳送帶(12)形成納米粒子/高分子材料復(fù)合超細(xì)纖維。接收傳送帶(12)位于敞口液室(11)和接地極(18)之間靠近接地極(18)的位置， 接收的納米粒子/高分子材料復(fù)合超細(xì)纖維被接收傳送帶(12)帶離沉積區(qū)。實(shí)施案例2本發(fā)明提供了一種納米粒子/高分子材料復(fù)合超細(xì)纖維制備裝置，其具體實(shí)施案 例2如圖2、圖3、圖6、圖7所示。實(shí)施案例2與實(shí)施案例1的區(qū)別在于實(shí)施案例1只有一組氣體_粉體射流噴嘴 (6)、上升管(8)和噴嘴(10)，而實(shí)施案例2有呈矩陣排列的多組氣體-粉體射流噴嘴(6)、 上升管(8)和噴嘴(10)。
權(quán)利要求
一種納米粒子/高分子材料復(fù)合超細(xì)纖維制備裝置，其特征在于氣源(1)與粒子混合管(2)的入口(202)以及納米粒子流化室(3)的底部進(jìn)氣口(301)通過(guò)氣體輸送管相連，納米粒子流化室(3)頂部開(kāi)口于粒子混合管(2)的內(nèi)徑擴(kuò)徑處(201)，粒子混合管(2)的出口(203)通過(guò)輸送管與氣室(4)以及氣體-粉體射流噴嘴(6)相連，氣體-粉體射流噴嘴(6)穿過(guò)液室(7)開(kāi)口于上升管(8)的穩(wěn)定段(801)的內(nèi)腔；粘液泵(5)的入口通過(guò)輸送管與高分子材料源以及敞口液室相連，粘液泵(5)的出液口與液室(7)的內(nèi)腔相通，采用絕緣材料制成的上升管(8)位于液室(7)的頂部，上升管(8)的內(nèi)腔通過(guò)上升管入口(803)與液室(7)的內(nèi)腔相通，上升管(8)內(nèi)腔通過(guò)位于上升管頂部的噴嘴(10)與位于上升管上方的頂部開(kāi)口的敞口液室(11)的內(nèi)腔相通；高壓發(fā)生器(9)在敞口液室(11)底部附近與位于上升管頂部的噴嘴(10)相連，接地極(18)位于敞口液室(11)上方一定距離的地方；接收傳送帶(12)位于敞口液室(11)和接地極(18)之間靠近接地極(18)的位置。
2.如權(quán)利要求1所述納米粒子/高分子材料復(fù)合超細(xì)纖維制備裝置，其特征在于所 述氣源(1)可以是高壓氣瓶，也可以是氣體壓縮機(jī)與儲(chǔ)氣罐組成的供氣系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述納米粒子/高分子材料復(fù)合超細(xì)纖維制備裝置，其特征在于所 述上升管(8)由穩(wěn)定段(801)和變徑段(802)組成，變徑段(802)的特征在于內(nèi)腔內(nèi)徑多 次交替擴(kuò)張_收縮-擴(kuò)張變化。
4.如權(quán)利要求1所述納米粒子/高分子復(fù)合超細(xì)纖維制備裝置，其特征在于所述氣 體-粉體射流噴嘴(6)、上升管(8)和位于上升管頂部的噴嘴(10)的個(gè)數(shù)大于等于1個(gè)。
5.如權(quán)利要求4所述納米粒子/高分子復(fù)合超細(xì)纖維制備裝置，其特征在于存在多 個(gè)所述氣體-粉體射流噴嘴(6)、上升管(8)和位于上升管頂部的噴嘴(10)時(shí)，排列方式為 矩陣排列或同心圓排列。
6.如權(quán)利要求1所述納米粒子/高分子復(fù)合超細(xì)纖維制備裝置，其特征在于所述敞 口液室(11)為圓柱體或四方體儲(chǔ)液室，敞口液室(11)的儲(chǔ)液高度要高于噴嘴(10)的頂 部。
7.如權(quán)利要求1 6任意一項(xiàng)所述納米粒子/高分子復(fù)合超細(xì)纖維制備裝置，其特征 在于所述接地極(18)為金屬平板電極或金屬鋸齒電極。
8.如權(quán)利1 7任意一項(xiàng)所述裝置在納米粒子復(fù)合超細(xì)纖維制備中的應(yīng)用。
全文摘要
一種納米粒子/高分子材料復(fù)合超細(xì)纖維制備裝置，其特征在于氣源(1)與粒子混合管(2)的入口(202)以及納米粒子流化室(3)的底部進(jìn)氣口(301)通過(guò)氣體輸送管相連，納米粒子流化室(3)頂部開(kāi)口于粒子混合管(2)的內(nèi)徑擴(kuò)徑處(201)，粒子混合管(2)的出口(203)通過(guò)輸送管與氣室(4)以及氣體-粉體射流噴嘴(6)相連，氣體-粉體射流噴嘴(6)穿過(guò)液室(7)開(kāi)口于上升管(8)的穩(wěn)定段(801)的內(nèi)腔；粘液泵(5)的入口通過(guò)輸送管與高分子材料源以及敞口液室相連，粘液泵(5)的出液口與液室(7)的內(nèi)腔相通，采用絕緣材料制成的上升管(8)位于液室(7)的頂部，上升管(8)的內(nèi)腔通過(guò)上升管入口(803)與液室(7)的內(nèi)腔相通，上升管(8)內(nèi)腔通過(guò)位于上升管頂部的噴嘴(10)與位于上升管上方的頂部開(kāi)口的敞口液室(11)的內(nèi)腔相通；高壓發(fā)生器(9)在敞口液室(11)底部附近與位于上升管頂部的噴嘴(10)相連，接地極(18)位于敞口液室(11)上方一定距離的地方；接收傳送帶(12)位于敞口液室(11)和接地極(18)之間靠近接地極(18)的位置。
文檔編號(hào)D01D5/00GK101871131SQ20091013562
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者陳芳 申請(qǐng)人:廊坊高山電子科技有限公司