一種制備納米纖維束的靜電紡絲裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備納米纖維束的靜電紡絲裝置，裝置中多噴頭紡絲板上配置了輔助電極，由于輔助電極的存在，減小了各噴頭間的電場干擾，使得多噴電場分布變均勻，從而使所紡納米纖維束的定向度提高了約25％，力學(xué)性能也隨之提高，并且所紡納米纖維束的線密度隨噴絲頭數(shù)的增加而增加，斷裂強(qiáng)力也隨之增強(qiáng)。此裝置制備的納米纖維束可直接用于紡織加工。其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，在超輕薄型紡織品、智能紡織品，傳感器及生物醫(yī)用材料領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種制備納米纖維束的靜電紡絲裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備納米纖維束的靜電紡絲裝置，更具體地說，它涉及一種制備納米纖維束的帶輔助電極的靜電紡絲裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電紡絲是一種最為有效的生產(chǎn)納米纖維的方法，并且其裝置簡單，成本低廉，因此靜電紡絲被廣泛地用于生產(chǎn)納米纖維。與傳統(tǒng)纖維相比，納米纖維具有極高的比表面積，柔韌的表面性能，因此其在生物醫(yī)學(xué)工程，電子工程，紡織及過濾等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前景。然而，目前靜電紡產(chǎn)品大多為納米纖維膜，其產(chǎn)品形式單一，使得納米纖維的應(yīng)用范圍有限。納米纖維膜的無規(guī)取向結(jié)構(gòu)及較差的力學(xué)性能極大地限制了它的紡織應(yīng)用。
[0003]近年來，靜電紡絲法制備納米纖維紗線/纖維束的領(lǐng)域出現(xiàn)了許多種不同的加工方法，如噴氣成紗方法(CN102703998A)、雙電極取向成紗方法(CN103088478A)、渦流成紗法(CN103103642A)、濕法(CN101845680B)及收集器旋轉(zhuǎn)法(CN102277668A)等。濕法-靜電紡絲是一種有效地生產(chǎn)連續(xù)納米纖維束的方法。Smit (Eugene Smit, 2005, 46，2419)、Khil (Myung - Seob Khil, Journal of Biomedical Materials Research Part B:AppliedBiomaterials, 2005, 72，117)和潘志娟(CN100576672C)等利用單噴頭濕法-靜電紡方法成功地紡制了連續(xù)納米纖維紗。然而單噴頭靜電紡僅用一個(gè)噴絲頭噴射紡絲，效率較低，無法進(jìn)行大批量生產(chǎn)。目前也有采用多噴頭靜電紡絲制備納米纖維束的裝置，其中一些裝置由于無法控制好各噴頭間電場排斥作用，紡絲液射流方向不穩(wěn)定，導(dǎo)致制備的納米纖維束中纖維定向度低，力學(xué)性能差。一些改進(jìn)的裝置能夠提高制備的納米纖維束定向度，但是其裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，噴絲頭數(shù)量及其它結(jié)構(gòu)變化不靈活，纖維束結(jié)構(gòu)單一，也限制了裝置的推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是解決制備納米纖維束現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，多噴絲頭間電場均勻分布的靜電紡絲裝置，從而可以生產(chǎn)定向度高，力學(xué)性能好的納米纖維束。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:制備納米纖維束的靜電紡絲裝置包括紡絲液輸送裝置，分配器4，紡絲板5，高壓電源6，液槽7，納米纖維束收集裝置，所述高壓電源6的兩極分別與紡絲板5和液槽7底部相連接；所述裝置還包括通過絕緣材料固定在紡絲板[5]上的輔助電極[16],輔助電極[16]下邊緣與噴絲頭[15]針尖的距離差為2.5-15mm。
[0006]進(jìn)一步，所述輔助電極16優(yōu)選方案是片狀圓角形銅片，其電導(dǎo)率為I X 107-5.8 X 107s/m,銅片厚度為0.05-0.2_，銅片高度為5_30mm，輔助電極尺寸為
0-600mmX 0-600mm,圓角半徑為 5_30mm。
[0007]更進(jìn)一步，所述分配器4優(yōu)選方案為多級分布器。
[0008]更進(jìn)一步，所述紡絲液輸送裝置包括流量泵1、置于流量泵I上的玻璃注射器2及連接玻璃注射器2輸出端和分配器4輸入端的聚四氟乙烯管3。
[0009]更進(jìn)一步，所述納米纖維束收集裝置包括順序布置于液槽7 —側(cè)的導(dǎo)絲輥8，加熱裝置9，張力裝置10和卷繞羅拉11。
[0010]更進(jìn)一步，所述高壓電源6的電壓優(yōu)選方案為20_30kV。
[0011]更進(jìn)一步，所述紡絲板5上的每個(gè)噴絲頭的流量其優(yōu)選方案為0.06-lmL/h,噴絲頭尖端與液槽7中溶液表面的垂直距離為40-80mm。
[0012]更進(jìn)一步，所述加熱裝置9其優(yōu)選方案長度為100-300mm，溫度為300-400°C。
[0013]更進(jìn)一步，所述卷繞羅拉11的線速度其優(yōu)選方案為440_1470m/h。
[0014]更進(jìn)一步，所述輔助電極16中心面軸心與噴絲頭15針尖分布平面軸心重合時(shí)，制備的納米纖維束的定向度最大。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是與現(xiàn)有技術(shù)相比，裝置結(jié)構(gòu)簡單，噴絲頭數(shù)量便于調(diào)整，靜電紡絲裝置多噴絲頭間電場均勻分布的，從而可以生產(chǎn)定向度高，力學(xué)性能好的納米纖維束。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0017]圖1為納米纖維束靜電紡絲裝置示意圖；
[0018]圖2為分配器的液槽、一級多孔板、二級多孔板結(jié)構(gòu)；
[0019]圖3為輔助電極配置圖；
[0020]圖4為帶有輔助電極的5噴絲頭排列方式；
[0021]圖5為帶有輔助電極的15噴絲頭排列方式；
[0022]其中:流量泵I玻璃注射器2聚四氟乙烯管3分配器4紡絲板5高壓電源6液槽7導(dǎo)絲輥8加熱裝置9張力裝置10卷繞羅拉11儲(chǔ)液槽12—級多孔板13 二級多孔板14噴絲頭15輔助電極16
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明裝置適用的紡絲液種類較多，主要有聚酰胺6/甲酸溶液、聚砜/DMF溶液、聚乳酸/ 二氯甲烷溶液等。以下選取聚酰胺6/甲酸溶液作為紡絲液，結(jié)合附圖和實(shí)施例對【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說明。
[0024]對比例1-3
[0025]對比例所采用的納米纖維制備裝置及方法，除不帶輔助電極外，5噴絲頭排列方式同實(shí)施例1，15噴絲頭排列方式同實(shí)施例2，其它參數(shù)及納米纖維束的制備方法均同實(shí)施例1。對比例紡絲液和浴液的制備同實(shí)施例1。
[0026]制備的納米纖維束的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能如表I所示。
[0027]表I不同噴絲頭數(shù)量下不帶輔助電極靜電紡納米纖維束的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種制備納米纖維束的靜電紡絲裝置，包括紡絲液輸送裝置，分配器[4]，紡絲板[5]，高壓電源[6]，液槽[7]，納米纖維束收集裝置，所述高壓電源[6]的兩極分別與紡絲板[5]和液槽[7]底部相連接；其特征在于，還包括通過絕緣材料固定在紡絲板[5]上的輔助電極[16],輔助電極[16]下邊緣與噴絲頭[15]針尖的距離差為2.5-15mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米纖維束的靜電紡絲裝置，其特征在于，所述輔助電極[16]是片狀圓角形銅片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種制備納米纖維束的靜電紡絲裝置，其特征在于，輔助電極電導(dǎo)率為I X 107-5.8 X 107s/m,厚度為0.05-0.2mm,高度為5_30mm，輔助電極尺寸為0-600mmX 0-600mm,圓角半徑為 5_30mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米纖維束的靜電紡絲裝置，其特征在于，所述分配器[4]為多級分配器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米纖維束的靜電紡絲裝置，其特征在于，所述紡絲液輸送裝置包括流量泵[I]、置于流量泵[I]上的玻璃注射器[2]及連接玻璃注射器[2]輸出端和分配器[4]輸入端的聚四氟乙烯管[3]。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米纖維束的靜電紡絲裝置，其特征在于，所述納米纖維束收集裝置包括順序布置于液槽[7] —側(cè)的導(dǎo)絲輥[8]，加熱裝置[9]，張力裝置[10]和卷繞羅拉[11]。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米纖維束的靜電紡絲裝置，其特征在于，所述高壓電源[6]的電壓為20-30kV ;所述紡絲板[5]上的每個(gè)噴絲頭的流量為0.06-lmL/h,噴絲頭尖端與液槽[7]中溶液表面的垂直距離為40-80mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種制備納米纖維束的靜電紡絲裝置，其特征在于，所述加熱裝置[9]的長度為100-300mm，溫度為300-400°C ;所述卷繞羅拉[11]的線速度為440-1470m/h。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米纖維束的靜電紡絲裝置，其特征在于，輔助電極[16]中心面軸心與噴絲頭[15]針尖分布平面軸心重合時(shí)，制備的納米纖維束的定向度最大。
【文檔編號(hào)】D01D13/00GK103993376SQ201410178328
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】潘志娟, 田龍, 李 杰 申請人:蘇州大學(xué)