專利名稱：宏量制備納米纖維織物的靜電紡絲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備納米纖維織物的靜電紡絲的裝置，具體涉及宏量制備納米
纖維織物的靜電紡絲裝置。
背景技術(shù)：
電紡絲裝置一般包括高壓電源、液體供給裝置、噴射裝置和收集裝置等部分。 高壓電源向噴射裝置提供幾百到幾萬(wàn)伏直流電壓。在電場(chǎng)力作用下，噴射裝置內(nèi)的液體 被拉出、分裂形成很細(xì)的射流"飛"向收集裝置，射流在噴射過(guò)程中被固化、細(xì)化，最 后成為納米或微米尺度的纖維絲。收集裝置一般為接地或者接負(fù)電壓的金屬制的平板或 者滾筒。 現(xiàn)階段，為了大規(guī)模生產(chǎn)納米纖維絲，本領(lǐng)域技術(shù)人員研制出一種靜電紡絲裝 置，該發(fā)生裝置不同于常規(guī)的噴頭，而是無(wú)噴頭的滾筒體，該滾筒體接高壓電源與接地 的金屬制收集裝置形成電場(chǎng)，當(dāng)該滾筒體上有高分子液體時(shí)，在適當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)作用下，會(huì) 進(jìn)行靜電紡絲并由收集裝置接收而生產(chǎn)納米纖維。此種靜電紡絲設(shè)備紡出的納米纖維 絲，具有很好的商品價(jià)值。此裝置存在諸多缺陷，(l)這些裝置均是基于收集裝置與發(fā) 生裝置之間形成高壓電場(chǎng)來(lái)進(jìn)行納米纖維的紡絲和接收的，這就需要收集裝置是金屬的 或與金屬相聯(lián)系的，而這就限制了對(duì)電紡納米纖維進(jìn)行多樣性收集和后加工。(2)該裝置 還必須設(shè)置有真空源，該裝置的接收表面為透氣性表面，利用該真空源將紡絲發(fā)生裝置 和收集裝置之間的部分空氣抽走，以保證紡絲液噴出后至收集裝置表面形成纖維。(3)此 裝置的另一個(gè)問(wèn)題在于，其滾筒體表面為光滑材質(zhì)或者是環(huán)形或斜形凸臺(tái)，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程 中，將紡絲液帶起在電場(chǎng)作用下紡絲液向收集裝置噴射，但是由于該滾筒表面是光滑， 使得帶起的紡絲液不均勻，造成收集裝置收集的纖維絲不均勻，并不能完全形成均勻至 密的纖維織物。該設(shè)備將發(fā)生裝置表面進(jìn)行了進(jìn)一步處理，設(shè)置多種的凸起，如環(huán)狀或 橫向設(shè)置的凸起和均勻分布的小凸起，但是此種改進(jìn)只能實(shí)現(xiàn)紡絲液噴射量的增加，并 不能根本改進(jìn)纖維織物的均勻性問(wèn)題，纖維織物不均勻會(huì)直接影響織物的強(qiáng)度等性能， 嚴(yán)重的將影響其應(yīng)用質(zhì)量。(4)此裝置雖然可以提升紡絲量，與原有技術(shù)相比，效率有所 提高，但是提高度不夠，仍不能滿足現(xiàn)有市場(chǎng)對(duì)紡織物的需求。(5)此裝置只可紡織單一 品種的納米纖維織物，對(duì)于目前市場(chǎng)流行的混紡或夾層織物的紡織則不能實(shí)現(xiàn)。
為此，尋求一種既能方便收集又能宏量制備納米纖維織物且可以保證織物質(zhì) 量，又可以實(shí)現(xiàn)紡織品多樣化的設(shè)備是一個(gè)迫待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種方便且可宏量制備納米織物 的設(shè)備。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下具體技術(shù)方案 —種宏量制備納米纖維織物的靜電紡絲裝置，該裝置包括機(jī)架、收集裝置和至少一組噴射發(fā)生裝置，所述一組噴射發(fā)生裝置由兩個(gè)噴絲裝置組成，所述噴絲裝置為一 可旋轉(zhuǎn)滾筒，該滾筒浸泡于盛裝有紡絲液的料槽中；所述兩噴絲裝置帶有異向電荷并相 對(duì)設(shè)置，該收集裝置為絕緣材料制成，位于兩噴絲裝置之間形成的電場(chǎng)中；所述收集裝 置為纏絲滾筒或傳送帶裝置或牽拉傳送帶裝置。 上述的制備納米織物的靜電紡絲裝置，其中，所述噴絲裝置為一可旋轉(zhuǎn)滾筒， 該滾筒表面光滑或帶孔或帶有凸起結(jié)構(gòu)；所述滾筒表面為螺旋凸起結(jié)構(gòu)、環(huán)形凸起結(jié)構(gòu) 或橫向分布的凸起結(jié)構(gòu)。 所述滾筒表面為螺旋凸起結(jié)構(gòu)，該螺旋凸起結(jié)構(gòu)的螺旋面距筒體表面的垂直高 度大于lmm，發(fā)明人經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只要是螺紋結(jié)構(gòu)的滾筒，可以不具體限定螺距，即 可實(shí)現(xiàn)均勻紡絲，因?yàn)槁菁y是互通的，紡絲液在螺紋中可以連續(xù)運(yùn)動(dòng)，無(wú)間斷，垂直高 度最低不能低于lmm，低于lmm滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)紡絲液很難形成噴射細(xì)流，致使紡絲效果降 低。 所述滾筒表面為帶孔結(jié)構(gòu)，孔徑最佳為500iim 1.5mm。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在孔徑 小于500ym時(shí)，其紡絲效果與現(xiàn)有光滑筒面及帶有環(huán)形凸臺(tái)的筒面效果相比較略好，但 效果不甚明顯，當(dāng)孔徑大于等于500ym時(shí)，紡絲效率明顯提高，與現(xiàn)有技術(shù)相比，提高 至少30%，且紡絲質(zhì)量也比現(xiàn)有技術(shù)高，紡織無(wú)紡布幾乎無(wú)不均勻點(diǎn)出現(xiàn)。發(fā)明人進(jìn)一 步發(fā)現(xiàn)，孔徑在500iim 1.5mm時(shí)，紡絲效率和紡絲質(zhì)量均最佳，當(dāng)孔徑大于1.5mm， 紡絲液過(guò)多被帶起，到達(dá)接收裝置時(shí)不能完全變成紡絲纖維，會(huì)對(duì)最終紡絲質(zhì)量帶來(lái)負(fù) 面影響。 所述兩噴絲裝置聚收集裝置接收面之間的距離最佳是5 25cm。當(dāng)距離低于5c m時(shí)，紡絲液到達(dá)接收裝置之前不能完全揮發(fā)行程絲狀結(jié)構(gòu)，對(duì)紡絲效果有影響，當(dāng)距 離大于25cm時(shí)，其紡絲液噴射受距離影響未到達(dá)接收裝置即以行程絲狀，接收到的紡織 物韌性和柔軟性均會(huì)受到影響。且若要保證織物質(zhì)量就得加大轉(zhuǎn)速等，浪費(fèi)能源。
所述兩噴絲裝置所帶電壓范圍是最佳是大于零小于50kv。當(dāng)噴絲裝置所帶電壓 在0 士50kV范圍內(nèi)最佳，配合上述參數(shù)進(jìn)行紡絲，效率最高。所述噴絲裝置各自旋轉(zhuǎn)速度最佳是l-10r/min。當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)低，低于lr/min時(shí)，紡
絲液難以形成噴射細(xì)流，致使紡絲效果降低；當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)快，大于10r/min時(shí)，對(duì)提高效率
影響不大反而浪費(fèi)能源，因此在該范圍內(nèi)紡絲效率和紡織物質(zhì)量最佳。 所述噴絲裝置浸泡于盛裝有噴絲液的料槽中，噴絲裝置表面接觸噴絲液即可。 所述收集裝置相對(duì)于噴絲裝置做相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 所述收集裝置為多組，層疊設(shè)置于收集裝置兩側(cè)。 所述料槽中的紡絲液為不同聚合物溶液。還包括單向吹風(fēng)裝置設(shè)置于噴絲裝置 一側(cè)，向收集裝置方向吹風(fēng)。本發(fā)明技術(shù)方案可以另外設(shè)置吹風(fēng)裝置，該吹風(fēng)裝置的設(shè) 置結(jié)合上述各參數(shù)，不僅可以增加效率，還可另聚合物溶液盡快蒸發(fā)，到達(dá)接收裝置時(shí) 立刻形成紡織物。發(fā)明人對(duì)風(fēng)速無(wú)具體限定，但風(fēng)速不宜過(guò)大，本領(lǐng)域常規(guī)功率的風(fēng)扇 都可實(shí)現(xiàn)。 使用時(shí)，在相對(duì)的兩組發(fā)生裝置的滾筒上帶有極性相反的高電壓，在料槽中盛 有聚合物溶液，滾筒體以一定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)到料液液面之上的滾筒體表面附著的料 液在電場(chǎng)作用下向收集裝置運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)靜電紡絲，形成的納米或微米級(jí)的紡絲落在收集裝置的收集表面上，可形成無(wú)紡材料。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效益 (1)本發(fā)明所述的宏量制備納米纖維織物的靜電紡絲裝置，收集裝置位于噴絲裝 置之間。這種裝置一改現(xiàn)有技術(shù)的噴絲裝置與收集裝置對(duì)應(yīng)構(gòu)成紡絲電場(chǎng)的慣用結(jié)構(gòu)， 通過(guò)設(shè)在收集裝置兩側(cè)帶有不同極性的發(fā)生裝置形成紡絲電場(chǎng)，此種結(jié)構(gòu)與原有單一電 極與收集裝置之間形成電場(chǎng)相比較，紡絲效率大幅提高。且本發(fā)明可以設(shè)置多組噴絲裝 置，層疊擺放，進(jìn)一步增加紡絲效率。 (2)另外，本發(fā)明的改進(jìn)使得收集裝置突破現(xiàn)有技術(shù)中只能用金屬材料制作的 束縛，而既可以采用金屬材質(zhì)，也可以采用非金屬材質(zhì)制作，由此擴(kuò)大了收集裝置的種 類，而不同種類的收集裝置可以得到不同的紡絲收集類型，為對(duì)收集的紡絲后加工的多 樣化提供了可能。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)可知，使用本發(fā)明提供的紡絲裝置不僅不會(huì)影響紡絲狀態(tài)， 而且收集到的產(chǎn)物還可以是納米纖維無(wú)紡布。 (3)所用的發(fā)生裝置改噴頭為滾筒，滾筒的軸線方向的長(zhǎng)度構(gòu)成噴絲的范圍，由 此，可以大大增加噴絲面積，而且，筒體表面改為螺旋狀凸起結(jié)構(gòu)，紡絲液在螺旋狀溝 槽內(nèi)連續(xù)流動(dòng)，使得紡絲液在飛射至收集裝置的過(guò)程連續(xù)不間斷，收集到的紡織物厚度 結(jié)構(gòu)均勻，大幅提高了紡織物的質(zhì)量。 (4)兩個(gè)噴絲裝置的設(shè)置，可以噴射不同聚合物溶液，可以實(shí)現(xiàn)混紡或者夾層織 物的紡織，適應(yīng)了市場(chǎng)的需要。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖，其中的收集裝置為一傳送帶裝置； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖，其中的收集裝置為一滾筒裝置； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖，其中的收集裝置為另一種結(jié)構(gòu)的傳送帶裝
置； 圖4、圖5及圖6為上述靜電紡絲裝置中所使用的噴絲裝置滾筒筒體結(jié)構(gòu)示意 圖。 圖7為實(shí)施例1制備電紡纖維無(wú)紡布成品形貌圖及纖維結(jié)構(gòu)圖； 圖8為實(shí)施例3電紡纖維無(wú)紡布成品及其形貌結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 如圖1所示， 一種宏量制備納米纖維織物的靜電紡絲裝置，該裝置包括機(jī)架、 收集裝置l和至少一組噴射發(fā)生裝置，所述一組噴射發(fā)生裝置由兩個(gè)噴絲裝置2組成，所 述噴絲裝置2為一可旋轉(zhuǎn)滾筒21，該滾筒21浸泡于盛裝有紡絲液3的料槽4中；所述兩 噴絲裝置21帶有異向電荷并相對(duì)設(shè)置，該收集裝置1為絕緣材料制成，位于兩噴絲裝置 21之間形成的電場(chǎng)中；所述收集裝置1為纏絲滾筒11結(jié)構(gòu)。 噴絲裝置21為一可旋轉(zhuǎn)滾筒211，表面為螺旋凸起結(jié)構(gòu)。如圖4所示，該螺旋 凸起結(jié)構(gòu)的螺旋面距筒體表面的垂直高度為lmm。兩噴絲裝置與收集裝置接收面之間的 距離分別是15cm。兩噴絲裝置所帶電壓范圍分別是士20kV。噴絲裝置各自旋轉(zhuǎn)速度為2r/min。噴絲裝置浸泡于盛裝有噴絲液的料槽中，噴絲裝置表面接觸噴絲液即可。收集 裝置相對(duì)于噴絲裝置做相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 還包括單向吹風(fēng)裝置設(shè)置于噴絲裝置21—側(cè)，向收集裝置方向吹風(fēng)。
使用時(shí)，兩噴絲裝置帶上異向電荷，噴絲裝置浸泡于料槽中，噴絲裝置表面接 觸噴絲液即可。在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中帶起紡絲液，紡絲液帶異向電荷，在電場(chǎng)作用下向收集裝 置運(yùn)動(dòng)，紡絲液抵達(dá)收集裝置時(shí)已為納米級(jí)纖維無(wú)紡布。 把質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13X的PET溶于三氟乙酸和二氯甲烷混合溶劑中，其體積比為 3 : 2，用磁力攪拌器攪拌6小時(shí)后，分別在兩料槽中加入適量，開(kāi)始進(jìn)行紡絲，可以得 到寬幅納米級(jí)纖維無(wú)紡布。生產(chǎn)量為3.2克/分鐘以上，纖維直徑為100 1000nm。
圖7為本實(shí)施例制備的PET納米級(jí)纖維無(wú)紡布的數(shù)碼照片和掃描電鏡照片?？?以看出，本發(fā)明制備的纖維無(wú)紡布均勻至密。
實(shí)施例2 收集裝置為一滾筒裝置；噴絲裝置21為一可旋轉(zhuǎn)滾筒211，表面為環(huán)狀凸起結(jié) 構(gòu)，如圖5所示，其他結(jié)構(gòu)同實(shí)施例l。兩噴絲裝置與收集裝置接收面之間的距離分別是 5cm。兩噴絲裝置所帶電壓范圍分別是士50kV。噴絲裝置各自旋轉(zhuǎn)速度為6r/min。
將適量的平均分子量為2.5X 104的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)加熱至24(TC左 右，攪拌均勻，使噴絲裝置浸泡于熔體中，開(kāi)始進(jìn)行紡絲，可以得到寬幅納米纖維無(wú)紡 布。生產(chǎn)量為3.5克/分鐘以上，纖維直徑為100-1000nm。
實(shí)施例3 收集裝置為一傳送帶裝置；噴絲裝置21為一可旋轉(zhuǎn)滾筒211，表面為帶孔結(jié) 構(gòu)，孔徑為lmm;兩噴絲裝置與收集裝置接收面之間的距離分別是25cm。兩噴絲裝置 所帶電壓范圍分別是士5kV。噴絲裝置各自旋轉(zhuǎn)速度為10r/min。
其他結(jié)構(gòu)同實(shí)施例l。 把質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7X的聚乳酸(PLA)溶于二氯甲烷和N， N-二甲基甲酰胺的混合 溶劑中，其體積比為4 : 1，用磁力攪拌器攪拌5小時(shí)后，分別在兩料槽中加入適量，開(kāi) 始進(jìn)行紡絲，可以得到寬幅納米纖維無(wú)紡布。生產(chǎn)量為3.5克/分鐘以上，纖維直徑為 100 1000nm。 圖8為本實(shí)施例制備的納米級(jí)纖維無(wú)紡布的數(shù)碼照片。可以看出，本發(fā)明制備 的纖維無(wú)紡布均勻至密。
權(quán)利要求
一種宏量制備納米纖維織物的靜電紡絲裝置，該裝置包括機(jī)架、收集裝置和至少一組噴射發(fā)生裝置，其特征在于所述一組噴射發(fā)生裝置由兩個(gè)噴絲裝置組成，所述噴絲裝置為一可旋轉(zhuǎn)滾筒，該滾筒浸泡于盛裝有紡絲液的料槽中；所述兩噴絲裝置帶有異向電荷并相對(duì)設(shè)置，該收集裝置為絕緣材料制成，位于兩噴絲裝置之間形成的電場(chǎng)中；所述收集裝置為纏絲滾筒或傳送帶裝置或牽拉傳送帶裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米織物的靜電紡絲裝置，其特征在于，所述噴絲裝置 為一可旋轉(zhuǎn)滾筒，該滾筒表面光滑或帶孔結(jié)構(gòu)或帶有凸起結(jié)構(gòu)；所述滾筒表面為螺旋凸 起結(jié)構(gòu)、環(huán)形凸起結(jié)構(gòu)或橫向分布的凸起結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備納米織物的靜電紡絲裝置，其特征在于，所述滾筒表面 為螺旋凸起結(jié)構(gòu)，該螺旋凸起結(jié)構(gòu)的螺旋面距筒體表面的垂直高度大于lmm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備納米織物的靜電紡絲裝置，其特征在于，所述滾筒表面 為帶孔結(jié)構(gòu)，孔徑為500 ii m 1.5mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的制備納米纖維織物的靜電紡絲裝置，其特征 在于，所述兩噴絲裝置距收集裝置接收面之間的距離分別是5 25cm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備納米纖維織物的靜電紡絲裝置，其特征在于，所述兩噴 絲裝置帶異向電壓，電壓范圍是大于零小于50kV。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備納米纖維織物的靜電紡絲裝置，其特征在于，所述兩噴 絲裝置各自旋轉(zhuǎn)速度為1 10r/min。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備納米纖維織物的靜電紡絲裝置，其特征在于，所述噴絲 裝置浸泡于盛裝有噴絲液的料槽中，噴絲裝置表面接觸噴絲液即可。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備納米纖維織物的靜電紡絲裝置，其特征在于，所述收集 裝置相對(duì)于噴絲裝置做相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備納米纖維織物的靜電紡絲裝置，其特征在于，所述收 集裝置為多組，層疊設(shè)置于收集裝置兩側(cè)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備納米纖維織物的靜電紡絲裝置，其特征在于，所述各 料槽中的紡絲液為不同聚合物溶液或熔體。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的制備納米纖維織物的靜電紡絲裝置，其特征在于，還包括 單向吹風(fēng)裝置設(shè)置于噴絲裝置一側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種宏量制備納米纖維織物的靜電紡絲裝置，該裝置包括機(jī)架、收集裝置和至少一組噴射發(fā)生裝置，一組噴射發(fā)生裝置由兩個(gè)噴絲裝置組成，噴絲裝置為一可旋轉(zhuǎn)滾筒，該滾筒浸泡于盛裝有紡絲液的料槽中；兩噴絲裝置帶有異向電荷并相對(duì)設(shè)置，該收集裝置為絕緣材料制成，位于兩噴絲裝置之間形成的電場(chǎng)中；收集裝置為纏絲滾筒或傳送帶裝置或牽拉傳送帶裝置。本設(shè)備生產(chǎn)納米纖維無(wú)紡織物的效率可成倍提高，且可制成獨(dú)特的納米纖維織物。所形成的納米纖維織物不僅柔韌性等性能優(yōu)良，且制備方法較之現(xiàn)有技術(shù)簡(jiǎn)單，使成本大幅度降低。因此本發(fā)明專利具有很好的市場(chǎng)前景。
文檔編號(hào)D01D13/00GK101691683SQ20091023520
公開(kāi)日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月27日
發(fā)明者李從舉 申請(qǐng)人:北京服裝學(xué)院