專利名稱：納米纖維制備裝置及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靜電紡織技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種納米纖維制備裝置及其制備方法。
背景技術(shù)：
納米纖維是指直徑為納米尺度而長度較大的線狀材料，包括纖維直徑為納米量級的超細纖維，還包括將納米顆粒填充到普通纖維中對其進行改性的纖維。納米纖維具有以下特點
表面效應，粒子尺寸越小，表面積越大，由于表面粒子缺少相鄰原子的配位，因而表面能增大極不穩(wěn)定，易于其他原子結(jié)合，顯出較強的活性；小尺寸效應，當微粒的尺寸小到與光波的波長、傳導電子的德布羅意波長和超導態(tài)的相干長度透射深度近似或更小時，其周期性的邊界條件將被破壞，粒子的聲、光、電磁、熱力學性質(zhì)將會改變，如熔點降低、分色變色、吸收紫外線、屏蔽電磁波等；量子尺寸效應，當粒子尺寸小到一定時，費米能級附近的電子能級由準連續(xù)變?yōu)殡x散能級，此時，原為導體的物質(zhì)有可能變?yōu)榻^緣體，反之，絕緣體有可能變?yōu)槌瑢w；宏觀量子的陽隧道效應，隧道效應是指微小粒子在一定情況下能穿過物體，就像里面有了隧道一樣可以通過。層次結(jié)構(gòu)的超細/納米纖維具有非常優(yōu)越的性能，如碳納米管。將層次結(jié)構(gòu)超細/納米纖維的制備方法用于制作纜繩，然而現(xiàn)有技術(shù)中制備的纜繩質(zhì)量較重，用料偏多，纜繩強度和韌性一般。因此，針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種納米纖維制備裝置及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有層次結(jié)構(gòu)的納米纖維制備裝置及其制備方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案如下一種納米纖維制備裝置，所述裝置包括若干上端開口的旋轉(zhuǎn)貯液池、與所述旋轉(zhuǎn)貯液池相連通的氣壓提供裝置、與旋轉(zhuǎn)貯液池相連的高壓靜電發(fā)生器、位于所述旋轉(zhuǎn)貯液池正上方且與接地電極相連的納米纖維收集裝置，所述旋轉(zhuǎn)貯液池的底面設有垂直向上的噴頭，所述噴頭通過導氣管與氣壓提供裝置相連通，且噴頭與高壓靜電發(fā)生器電性導通，所述納米纖維收集裝置包括位于旋轉(zhuǎn)貯液池正上方的接收裝置、位于接收裝置兩端的導輥以及分別與兩個導輥相連的卷繞輥和退繞輥。作為本發(fā)明的進一步改進，所述接收裝置設置為接收板或滾筒。作為本發(fā)明的進一步改進，所述氣壓提供裝置設置為氣泵或手風器。作為本發(fā)明的進一步改進，所述導氣管與氣壓提供裝置相連處高于旋轉(zhuǎn)貯液池內(nèi)的液面。
作為本發(fā)明的進一步改進，所述旋轉(zhuǎn)貯液池為內(nèi)徑可調(diào)節(jié)設置的圓柱體或正方體或長方體。作為本發(fā)明的進一步改進，所述納米纖維收集裝置與旋轉(zhuǎn)貯液池上端距離設為
O.lcm^l00cmo相應地，一種納米纖維制備方法，所述方法包括SI、在旋轉(zhuǎn)貯液池中注入用于制備納米纖維的溶液或熔體；S2、打開氣壓提供裝置，提供低氣壓將導氣管中液體排出，再加大氣壓，使液面出現(xiàn)有規(guī)律的氣泡狀凸起；S3、然后打開高壓靜電發(fā)生器，調(diào)節(jié)電壓，使液體內(nèi)部和氣泡表面自由電荷在高壓 靜電作用下將被極化；S4、納米纖維收集裝置接地形成負極，與液面之間形成電場，當電場力大于溶液表面張力時，將有射流從氣泡頂端射向并沉積在納米纖維收集裝置上，形成大量的納米纖維；S5、納米纖維收集裝置將接收到的納米纖維在導輥、卷繞輥和退繞輥的共同作用下帶離沉積區(qū)并卷裝成品。作為本發(fā)明的進一步改進，所述氣壓提供裝置輸出的氣流流速范圍是(TlOOm/s。作為本發(fā)明的進一步改進，所述高壓靜電發(fā)生器的輸出電壓范圍是1V100KV。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明納米纖維制備裝置及其制備方法能夠制備層次結(jié)構(gòu)的納米纖維性能好，具有非常高的實際應用價值。納米纖維收集裝置通過導輥、卷繞輥和退繞輥的設置，能夠?qū)崿F(xiàn)納米纖維制備的自動化生產(chǎn)，提高了制備產(chǎn)量。由此制備的納米纖維用于制備纜繩，在纜繩相同長度時質(zhì)量更輕、用料更少，在相同粗細時強度更高、韌性更強。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明優(yōu)選實施方式中納米纖維制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明優(yōu)選實施方式中納米纖維制備方法的流程示意圖；圖3為本發(fā)明另一實施方式中納米纖維制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種納米纖維制備裝置，包括若干上端開口的旋轉(zhuǎn)貯液池、與旋轉(zhuǎn)貯液池相連通的氣壓提供裝置、與旋轉(zhuǎn)貯液池相連的高壓靜電發(fā)生器、位于旋轉(zhuǎn)貯液池正上方且與接地電極相連的納米纖維收集裝置，旋轉(zhuǎn)貯液池的底面設有垂直向上的噴頭，噴頭通過導氣管與氣壓提供裝置相連通，且噴頭與高壓靜電發(fā)生器電性導通，納米纖維收集裝置包括位于旋轉(zhuǎn)貯液池正上方的接收裝置、位于接收裝置兩端的導輥以及分別與兩個導輥相連的卷繞輥和退繞輥。本發(fā)明還公開了一種納米纖維制備方法，方法包括
SI、在旋轉(zhuǎn)貯液池中注入用于制備納米纖維的溶液或熔體；S2、打開氣壓提供裝置，提供低氣壓將導氣管中液體排出，再加大氣壓，使液面出現(xiàn)有規(guī)律的氣泡狀凸起；S3、然后打開高壓靜電發(fā)生器，調(diào)節(jié)電壓，使液體內(nèi)部和氣泡表面自由電荷在高壓靜電作用下將被極化；S4、納米纖維收集裝置接地形成負極，與液面之間形成電場，當電場力大于溶液表面張力時，將有射流從氣泡頂端射向并沉積在納米纖維收集裝置上，形成大量的納米纖維；S5、納米纖維收集裝置將接收到的納米纖維在導輥、卷繞輥和退繞 輥的共同作用下帶離沉積區(qū)并卷裝成品。本發(fā)明納米纖維制備裝置及其制備方法簡單，能夠制備層次結(jié)構(gòu)的納米纖維，制備產(chǎn)量高，性能好，具有非常高的實際應用價值。為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明保護的范圍。此外，在不同的實施例中可能使用重復的標號或標示。這些重復僅為了簡單清楚地敘述本發(fā)明，不代表所討論的不同實施例及/或結(jié)構(gòu)之間具有任何關(guān)聯(lián)性。參圖I所示為本發(fā)明一實施方式中納米纖維制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，在本實施方式中，納米纖維制備裝置包括旋轉(zhuǎn)貯液池1，旋轉(zhuǎn)貯液池I上端開口，用于注入制備納米纖維的溶液或熔體，內(nèi)徑可調(diào)節(jié)設置的圓柱體或正方體或長方體。旋轉(zhuǎn)貯液池數(shù)量可變，在本實施方式中設為3個。旋轉(zhuǎn)貯液池I的底面設有垂直向上的噴頭4，噴頭4與導氣管8相連通；氣壓提供裝置，本實施方式中氣壓提供裝置為氣泵3，在其他實施方式中也可以設置為手風器等，導氣管8與氣壓提供裝置相連處高于旋轉(zhuǎn)貯液池I內(nèi)的液面。氣泵3與導氣管8的另一端，通過導氣管8，氣泵3可以向噴頭4提供一定的氣壓；高壓靜電發(fā)生器2，高壓靜電發(fā)生器2通過導線與旋轉(zhuǎn)貯液池I中的噴頭4電性導通，高壓靜電發(fā)生器2與導線連接處設有金屬電極6。當高壓靜電發(fā)生器2提供一定的電壓時，液體內(nèi)部尤其是氣泡表面的自由電荷在高壓靜電作用下將被極化；納米纖維收集裝置，在本實施方式中納米纖維收集裝置包括位于旋轉(zhuǎn)貯液池I正上方的接收裝置、位于接收裝置兩端的導輥9以及分別與兩個導輥9相連的卷繞輥10和退繞輥11，優(yōu)選地，納米纖維收集裝置與旋轉(zhuǎn)貯液池上端距離設為O. IcnTlOOcm ;接收裝置設為接收板5，接收板5與接地電極7相連，在其他實施方式中接收裝置還可以設為滾筒。通過導輥、卷繞輥和退繞輥的設置，在需要卷繞時，用旋轉(zhuǎn)設備或手動旋轉(zhuǎn)卷繞輥，卷繞輥帶動導輥對納米纖維進行卷繞，在需要退繞時，用旋轉(zhuǎn)設備或手動旋轉(zhuǎn)退繞輥，退繞輥帶動導輥進行退繞，能夠?qū)崿F(xiàn)納米纖維制備的自動化生產(chǎn)，提高了納米纖維的制備效率。參圖2所示，本發(fā)明中納米纖維制備方法具體如下SI、在旋轉(zhuǎn)貯液池中注入用于制備納米纖維的溶液或熔體；
S2、打開氣壓提供裝置，提供低氣壓將導氣管中液體排出，再加大氣壓，使液面出現(xiàn)有規(guī)律的氣泡狀凸起。本實施方式中氣壓提供裝置輸出的氣流流速范圍是(TlOOm/s ；S3、然后打開高壓靜電發(fā)生器，調(diào)節(jié)到一定電壓，使液體內(nèi)部尤其是氣泡表面自由電荷在高壓靜電作用下將被極化。本實施方式中高壓靜電發(fā)生器的輸出電壓范圍是IV 100KV ；S4、納米纖維收集裝置接地形成負極，與液面之間形成電場，當電場力大于溶液表面張力時，將有射流從氣泡頂端射向并沉積在納米纖維收集裝置上，形成大量的納米纖維；S5、納米纖維收集裝置將接收到的納米纖維在導輥、卷繞輥和退繞輥的共同作用下帶離沉積區(qū)并卷裝成品。納米纖維可用于制備纜繩，利用本實施例中的納米纖維制備得的纜繩在相同長度時質(zhì)量輕、用料少，在相同粗細時強度高、韌性強。參圖3所示為本發(fā)明另一實施方式中納米纖維制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施方式中，旋轉(zhuǎn)貯液池的數(shù)量設為9個，其余均與上述實施方式相同，通過增加旋轉(zhuǎn)貯液池的個數(shù)，提高了層次結(jié)構(gòu)納米纖維的產(chǎn)量，同時進一步提高了由此裝置制備的納米纖維的強度和韌性，從而提高了纜繩的性能。由以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明納米纖維制備裝置及其制備方法能夠制備層次結(jié)構(gòu)的納米纖維性能好，具有非常高的實際應用價值。納米纖維收集裝置通過導輥、卷繞輥和退繞輥的設置，能夠?qū)崿F(xiàn)納米纖維制備的自動化生產(chǎn)，提高了制備產(chǎn)量。由此制備的納米纖維用于制備纜繩，在纜繩相同長度時質(zhì)量更輕、用料更少，在相同粗細時強度更高、韌性更強。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
權(quán)利要求
1.一種納米纖維制備裝置，其特征在于，所述裝置包括若干上端開口的旋轉(zhuǎn)貯液池、與所述旋轉(zhuǎn)貯液池相連通的氣壓提供裝置、與旋轉(zhuǎn)貯液池相連的高壓靜電發(fā)生器、位于所述旋轉(zhuǎn)貯液池正上方且與接地電極相連的納米纖維收集裝置，所述旋轉(zhuǎn)貯液池的底面設有垂直向上的噴頭，所述噴頭通過導氣管與氣壓提供裝置相連通，且噴頭與高壓靜電發(fā)生器電性導通，所述納米纖維收集裝置包括位于旋轉(zhuǎn)貯液池正上方的接收裝置、位于接收裝置兩端的導輥以及分別與兩個導輥相連的卷繞輥和退繞輥。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述接收裝置設置為接收板或滾筒。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述氣壓提供裝置設置為氣泵或手風器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述導氣管與氣壓提供裝置相連處高于旋轉(zhuǎn)貯液池內(nèi)的液面。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)貯液池為內(nèi)徑可調(diào)節(jié)設置的圓柱體或正方體或長方體。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述納米纖維收集裝置與旋轉(zhuǎn)貯液池上端距離設為O. lcm 100cm。
7.—種如權(quán)利要求I所述的納米纖維制備方法，其特征在于，所述方法包括 51、在旋轉(zhuǎn)貯液池中注入用于制備納米纖維的溶液或熔體； 52、打開氣壓提供裝置，提供低氣壓將導氣管中液體排出，再加大氣壓，使液面出現(xiàn)有規(guī)律的氣泡狀凸起； 53、然后打開高壓靜電發(fā)生器，調(diào)節(jié)電壓，使液體內(nèi)部和氣泡表面自由電荷在高壓靜電作用下將被極化； 54、納米纖維收集裝置接地形成負極，與液面之間形成電場，當電場力大于溶液表面張力時，將有射流從氣泡頂端射向并沉積在納米纖維收集裝置上，形成大量的納米纖維； 55、納米纖維收集裝置將接收到的納米纖維在導輥、卷繞輥和退繞輥的共同作用下帶離沉積區(qū)并卷裝成品。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述氣壓提供裝置輸出的氣流流速范圍是(TlOOm/s。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述高壓靜電發(fā)生器的輸出電壓范圍是IV 100KV。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米纖維制備裝置及其制備方法，該裝置包括若干上端開口的旋轉(zhuǎn)貯液池、氣壓提供裝置、高壓靜電發(fā)生器、納米纖維收集裝置，所述旋轉(zhuǎn)貯液池的底面設有垂直向上的噴頭，所述噴頭通過導氣管與氣壓提供裝置相連通，且噴頭與高壓靜電發(fā)生器電性導通，所述納米纖維收集裝置包括位于旋轉(zhuǎn)貯液池正上方的接收裝置、位于接收裝置兩端的導輥以及分別與兩個導輥相連的卷繞輥和退繞輥。本發(fā)明納米纖維制備裝置及其制備方法能夠制備層次結(jié)構(gòu)的納米纖維性能好，具有非常高的實際應用價值。納米纖維收集裝置通過導輥、卷繞輥和退繞輥的設置，能夠?qū)崿F(xiàn)納米纖維制備的自動化生產(chǎn)，提高了制備產(chǎn)量。
文檔編號D01D5/00GK102864505SQ20121041427
公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者何吉歡, 孔海燕, 周麗霞 申請人:蘇州大學