本發(fā)明涉及一種靜電紡絲裝置，特別是一種多射流、批量制備有序納米纖維的靜電紡絲裝置。

背景技術(shù)：

納米材料具有宏觀物質(zhì)不具有的小尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)、量子尺寸與隧道效應(yīng)，這些特性使納米材料具有許多與傳統(tǒng)材料不同的物理和化學(xué)性質(zhì)，如抗紫外線、高強(qiáng)度和韌性、良好的靜電屏蔽效應(yīng)、抗菌以及吸附能力等，具有傳統(tǒng)材料不具有的優(yōu)越性。靜電紡絲是一種簡單的可以制造微納米量級尺寸的纖維，相比其他的方法，比如模板聚合法、氣相沉積法、水熱和溶劑熱合成法、固相機(jī)械化學(xué)合成等，更具有裝置簡單、原理簡單、容易調(diào)控等的優(yōu)勢，并逐漸成為制備納米纖維的代表技術(shù)。靜電紡絲裝置的簡便性體現(xiàn)在它的基本裝置只需要定量供液泵、毛細(xì)管噴嘴、高壓電源和接地的收集板即可，而其原理的簡單體現(xiàn)在靜電紡絲是利用電場力克服溶液表面張力來產(chǎn)生射流，并且射流是呈約束狀噴射，因此射流的直徑會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于毛細(xì)管噴嘴的內(nèi)徑；利用電場驅(qū)動電子運(yùn)動從而帶動射流沉積，射流在空間中受到電場力、溶液粘滯力、空氣阻力以及其他力的共同作用，在空間中會產(chǎn)生鞭動現(xiàn)象，使射流不斷細(xì)化形成納米纖維并沉積于收集板，鞭動是產(chǎn)生的微納米尺度纖維的主要原因。但是在這樣的條件下沉積的納米纖維在收集板上是一種無紡布形式的分布方式，無紡布形式的纖維膜可以應(yīng)用到過濾、催化、重金屬處理等領(lǐng)域，但在光電子器件、組織工程、生物醫(yī)學(xué)和復(fù)合材料領(lǐng)域卻更需要一種某一方向上有序排列的納米纖維，目前能制備有序納米纖維的方法有平行電極法、轉(zhuǎn)盤法和滾筒收集法等。但目前采用這些方法的裝置都是基于單噴嘴靜電紡絲裝置收集納米纖維的，針對于批量化制備有序納米纖維的裝置還比較少，而對于有序納米纖維的工業(yè)化生產(chǎn)，批量化制備是必要條件。本發(fā)明公開了一種具有多射流批量化制備有序納米纖維的靜電紡絲裝置，利用多噴嘴產(chǎn)生多射流提高產(chǎn)量，利用兩個(gè)通孔板輔助電極約束射流的鞭動范圍使纖維更易于被有序化控制沉積，利用X-Y移動平臺和滾筒收集法產(chǎn)生轉(zhuǎn)動和平動的聯(lián)動、針尖地極聚焦納米纖維沉積進(jìn)行納米纖維的精確有序纏繞收集，并且多射流之間引入了流道優(yōu)化設(shè)計(jì)使各個(gè)噴嘴處的流量均勻以提高納米纖維直徑的均勻性，利用絕緣材料二氧化硅包覆噴嘴使噴嘴間相互電隔離，減小噴嘴之間的靜電抑制作用，均衡各個(gè)噴嘴處的電場強(qiáng)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種具有多射流批量化制備有序納米纖維的靜電紡絲裝置，多射流進(jìn)行批量化制備納米纖維，引入雙輔助電極約束纖維的鞭動使其更易于有序化控制，利用滾筒收集法進(jìn)行納米纖維的批量有序化收集，并通過流道優(yōu)化設(shè)計(jì)和引入絕緣體進(jìn)行噴嘴的電隔離實(shí)現(xiàn)納米纖維直徑的均勻性以及降低噴嘴之間的靜電抑制作用。

本發(fā)明設(shè)有定量供液泵、導(dǎo)液管、進(jìn)液板、噴嘴板、絕緣套、上孔板、下孔板、滾筒、支撐座、轉(zhuǎn)軸、聯(lián)軸器、電機(jī)、針尖地極、X-Y移動平臺和高壓電源，其中導(dǎo)液管、進(jìn)液板、絕緣套、滾筒、支撐座、轉(zhuǎn)軸均為絕緣體制造而成，噴嘴板和上孔板、下孔板為導(dǎo)電材料制成。進(jìn)液板和噴嘴板固定連接作為噴頭；進(jìn)液板上有供液通道作為噴頭的溶液輸入，通過導(dǎo)液管與定量供液泵連接，實(shí)現(xiàn)紡絲溶液的定量供應(yīng)。噴嘴板上有直線陣列噴嘴，噴嘴數(shù)量可為2~20個(gè)，本發(fā)明取4個(gè)，噴嘴板上有流道設(shè)計(jì)，使溶液輸入口分流至各個(gè)噴嘴的流程距離一致，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)噴嘴處的溶液流速和壓強(qiáng)一致；噴嘴內(nèi)徑越小可以減小靜電紡絲納米纖維的直徑，而噴嘴間距越小可以使納米纖維的密度增大，本發(fā)明中噴嘴板上的噴嘴內(nèi)徑可為30um~300um，噴嘴間距可為10mm~10cm；噴嘴板與高壓電源正極相連，實(shí)現(xiàn)紡絲所需高壓的供應(yīng)；絕緣套由二氧化硅材料制成，與各個(gè)噴嘴分別連接，使各個(gè)噴嘴之間相互電隔離，減小噴嘴之間的靜電一致作用，使各個(gè)噴嘴處的電場強(qiáng)度一致。

本發(fā)明所設(shè)的上孔板位于噴嘴陣列正下方，上孔板上具有通孔陣列，陣列方式與噴嘴板上的噴嘴陣列方式一致，安裝時(shí)根據(jù)噴嘴內(nèi)徑以及紡絲的具體情況選擇上孔板的安裝位置；下孔板與上孔板結(jié)構(gòu)一致，位于噴嘴陣列正下方并同心安裝，安裝于滾筒正上方，安裝間距可為1~4mm；高壓電源正極分別連接上孔板和下孔板，使它們與噴嘴板具有一樣的電勢；紡絲時(shí)各個(gè)射流分別通過上孔板和下孔板上的通孔最后沉積于滾筒上，上孔板和下孔板分別在空間中的不同位置約束纖維的鞭動，鞭動越小，纖維的沉積速度與滾筒的轉(zhuǎn)速更易于同步，從而更能發(fā)揮滾筒收集法的優(yōu)勢，使纖維更易于有序的沉積于滾筒上，其中上孔板通孔陣列的直徑可為0.3~1mm，下孔板通孔陣列的直徑可為1~5mm。

本發(fā)明所設(shè)的滾筒位于下孔板下方作為收集裝置；電機(jī)通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸固定連接，轉(zhuǎn)軸與滾筒固定連接，構(gòu)成滾筒裝置，通過電機(jī)驅(qū)動滾筒實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；滾筒內(nèi)部中空，內(nèi)部安裝有針尖地極，針尖地極與噴嘴陣列同心安裝，通過針尖地極的聚焦電場作用，使每個(gè)噴嘴產(chǎn)生的射流能夠穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)沉積，并且降低射流之間的相互排斥。滾筒兩端分別與兩個(gè)支撐座連接并構(gòu)成旋轉(zhuǎn)副整個(gè)滾筒裝置通過支撐座安裝于X-Y移動平臺上，通過X-Y移動平臺實(shí)現(xiàn)整個(gè)滾筒裝置的平動，而針尖地極固定，不隨著滾筒裝置移動。

本發(fā)明整個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)，通過定量供液泵定量輸送紡絲溶液，通過導(dǎo)液管輸送至進(jìn)液板，然后紡絲溶液在噴嘴板的分液作用下，均勻的分液至各個(gè)噴嘴，并在各個(gè)噴嘴出口處形成液體彎月面，在高壓電源的高壓作用下，產(chǎn)生射流，射流在空間中鞭動，經(jīng)過上孔板約束后繼續(xù)向下運(yùn)動，運(yùn)動至快接近滾筒收集裝置時(shí)經(jīng)過下孔板的約束，纖維沉積至滾筒表面，滾筒的轉(zhuǎn)速與纖維的沉積速度同步，實(shí)現(xiàn)纏繞收集，同時(shí)X-Y移動平臺驅(qū)動滾筒沿著其軸向平動，纖維在滾筒上逐步纏繞，實(shí)現(xiàn)納米纖維膜的批量有序收集，收集過程中，針尖地極形成聚焦電場，保證纖維固定的從針尖電極正上方沉積至滾筒表面進(jìn)行纏繞，使整個(gè)收集過程更加穩(wěn)定。

本發(fā)明通過多噴嘴產(chǎn)生多射流提高產(chǎn)量，通過兩個(gè)通孔板輔助電極約束射流的鞭動范圍使纖維更易于被有序化控制沉積，利用X-Y移動平臺和滾筒收集法產(chǎn)生轉(zhuǎn)動和平動的聯(lián)動、針尖地極聚焦納米纖維沉積進(jìn)行納米纖維的精確有序纏繞收集，并形成有序納米纖維膜，并且多射流之間引入了流道優(yōu)化設(shè)計(jì)使各個(gè)噴嘴處的流量均勻以提高納米纖維直徑的均勻性，通過絕緣材料二氧化硅包覆噴嘴使噴嘴間相互電隔離，減小噴嘴之間的靜電抑制作用，均衡各個(gè)噴嘴處的電場強(qiáng)度。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的裝置示意圖。

圖2是本發(fā)明噴嘴板流道示意圖。

圖中1.定量供液泵，2.導(dǎo)液管，3.進(jìn)液板，4.噴嘴板，5.絕緣套，6.上孔板，7.下孔板，8.滾筒，9.支撐座，10.轉(zhuǎn)軸，11.聯(lián)軸器，12.電機(jī)，13.針尖地極，14.X-Y移動平臺，15.高壓電源。

具體實(shí)施方式

在圖1中，導(dǎo)液管（2）、進(jìn)液板（4）、絕緣套（5）、滾筒（8）、支撐座（9）、轉(zhuǎn)軸（10）均為絕緣體制造而成，噴嘴板（4）和上孔板（6）、下孔板（7）為導(dǎo)電材料制成。進(jìn)液板（3）與噴嘴板（4）固定連接作為紡絲噴頭，定量供液泵（1）通過導(dǎo)液管（2）與進(jìn)液板（3）上通孔連接，通過定量供液泵（1）實(shí)現(xiàn)紡絲噴頭的溶液供給。絕緣套（5）分別連接并包覆住噴嘴板（4）上的噴嘴陣列實(shí)現(xiàn)噴嘴之間的電隔離，減小相互的靜電抑制作用均衡噴嘴處的電場強(qiáng)度。上孔板（6）、下孔板（7）上的通孔陣列與噴嘴板（4）上的噴嘴陣列同心安裝，上孔板（6）陣列位于噴嘴陣列下方，根據(jù)紡絲情況調(diào)整位置，下孔板（7）位于上孔板（6）下方；滾筒（8）位于下孔板（7）下方1~5mm，滾筒（8）內(nèi)部為中空，一側(cè)與轉(zhuǎn)軸（10）固定連接，轉(zhuǎn)軸（10）通過聯(lián)軸器（11）與電機(jī)（12）連接，通過電機(jī)（12）驅(qū)動滾筒（8）實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；設(shè)有針尖地極（13）位于滾筒（8）內(nèi)部，針尖地極（13）與噴嘴板（4）上噴嘴陣列同心安裝，分別聚焦噴嘴的電場實(shí)現(xiàn)各個(gè)噴嘴的定點(diǎn)沉積。滾筒（8）與兩個(gè)支撐座（9）配合形成旋轉(zhuǎn)副，支撐座（9）固定于X-Y移動平臺（14）上，實(shí)現(xiàn)滾筒（8）的平動，而針尖地極（13）始終固定無平動功能。高壓電源（15）正極分別連接噴嘴板（4）、上孔板（6）和下孔板（7），實(shí)現(xiàn)高壓的供給和使三者處于同一電勢，高壓電源（15）負(fù)極以及針尖地極（13）均可靠接地。整個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)，通過定量供液泵（1）定量輸送紡絲溶液，通過導(dǎo)液管（2）輸送至進(jìn)液板（3），然后紡絲溶液在噴嘴板（4）的分液作用下，均勻的分液至各個(gè)噴嘴，并在各個(gè)噴嘴出口處形成液體彎月面，在高壓電源（15）的高壓作用下，產(chǎn)生射流，射流在空間中鞭動，經(jīng)過上孔板（6）約束后繼續(xù)向下運(yùn)動，運(yùn)動至快接近滾筒（8）收集裝置時(shí)經(jīng)過下孔板（7）的約束，纖維沉積至滾筒（8）表面，滾筒（8）的轉(zhuǎn)速與纖維的沉積速度同步，實(shí)現(xiàn)纏繞收集，同時(shí)X-Y移動平臺（14）驅(qū)動滾筒（8）沿著其軸向平動，纖維在滾筒（8）上逐步纏繞，實(shí)現(xiàn)納米纖維膜的批量有序收集，收集過程中，針尖地極（13）形成聚焦電場，保證纖維固定的從針尖電極（13）正上方沉積至滾筒（8）表面進(jìn)行纏繞，使整個(gè)收集過程更加穩(wěn)定。

在圖2中噴嘴板（4）上有流道設(shè)計(jì)，使溶液輸入口分流至各個(gè)噴嘴的流程距離一致，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)噴嘴處的溶液流速和壓強(qiáng)一致。