本發(fā)明屬于靜電紡絲技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種線式批量化靜電紡絲裝置，本發(fā)明還涉及利用上述裝置制備納米纖維膜的方法。

背景技術(shù)：

靜電紡絲方法是目前生產(chǎn)納米纖維膜最簡(jiǎn)單有效的方法,該方法是帶電的聚合物溶液或熔體在高壓電場(chǎng)中噴射形成射流，最后沉積在接收板上形成納米纖維膜。由于納米纖維膜有很高的孔隙率，較低的滲透阻力，所以被廣泛應(yīng)用于過濾材料﹑電池隔膜﹑生物材料和特種防護(hù)織物等。

實(shí)驗(yàn)室常采用傳統(tǒng)的單針頭法進(jìn)行靜電紡絲，該方法生產(chǎn)納米纖維的效率較低，不能滿足工業(yè)化生產(chǎn)需求。為了解決產(chǎn)量問題，多針頭法和無(wú)針頭法是目前研究人員的研究熱點(diǎn)。對(duì)于多針頭法靜電紡絲的優(yōu)點(diǎn)是紡絲過程利于控制，纖維細(xì)度較為均一，但是各個(gè)針頭位置相對(duì)固定，針頭之間的電場(chǎng)干擾強(qiáng)，導(dǎo)致收集的纖維膜均勻性差，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)針頭堵塞，不利于高效生產(chǎn)；對(duì)于無(wú)針頭靜電紡絲的優(yōu)點(diǎn)是克服了針頭堵塞和針頭之間的電場(chǎng)干擾，但是其控制條件普遍要求較高，且纖維細(xì)度不均勻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種線式批量化靜電紡絲裝置，用以提高納米纖維的產(chǎn)量和纖維細(xì)度的均勻性。

本發(fā)明的另一目的是提供利用上述一種線式批量化靜電紡絲裝置批量制備納米纖維膜的方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種線式批量化靜電紡絲裝置，包括兩組卷繞輪組和位于兩組卷繞輪組之間的載體紗線，卷繞輪組均置于儲(chǔ)液槽內(nèi)，卷繞輪組由卷繞輪和旋轉(zhuǎn)軸組成，卷繞輪安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，旋轉(zhuǎn)軸兩端分別與儲(chǔ)液槽相對(duì)的兩個(gè)側(cè)壁連接，旋轉(zhuǎn)軸與變頻電機(jī)連接；載體紗線兩端分別卷繞在兩組卷繞輪組中相對(duì)應(yīng)的卷繞輪上，載體紗線正上方設(shè)置有收集簾，收集簾兩端分別設(shè)置有收集簾導(dǎo)輥，收集簾導(dǎo)輥與收集簾電機(jī)連接，收集簾與直流高壓發(fā)生器正極連接，兩組卷繞輪組均與直流高壓發(fā)生器負(fù)極連接。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

兩組卷繞輪組分別位于單獨(dú)的儲(chǔ)液槽內(nèi)，兩個(gè)儲(chǔ)液槽相對(duì)的側(cè)壁上均開有出線孔，載體紗線兩端經(jīng)出線孔分別卷繞在兩組卷繞輪組中相對(duì)應(yīng)的卷繞輪上。

儲(chǔ)液槽上方設(shè)置有儲(chǔ)液槽蓋。

載體紗線的數(shù)量與每組卷繞輪組上卷繞輪的數(shù)量相對(duì)應(yīng)，兩組卷繞輪組之間的載體紗線相互平行。

本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種批量制備納米纖維膜的方法，所采用的一種線式批量化靜電紡絲裝置，包括兩組卷繞輪組和位于兩組卷繞輪組之間的載體紗線，卷繞輪組均置于儲(chǔ)液槽內(nèi)，卷繞輪組由卷繞輪和旋轉(zhuǎn)軸組成，卷繞輪在安裝旋轉(zhuǎn)軸上，旋轉(zhuǎn)軸兩端分別與儲(chǔ)液槽相對(duì)的兩個(gè)側(cè)壁連接，旋轉(zhuǎn)軸一端與變頻電機(jī)連接；載體紗線兩端分別卷繞在兩組卷繞輪組中相對(duì)應(yīng)的卷繞輪上，載體紗線正上方設(shè)置有收集簾，收集簾兩端分別設(shè)置有收集簾導(dǎo)輥，收集簾導(dǎo)輥與收集簾電機(jī)連接，收集簾與直流高壓發(fā)生器正極連接，兩組卷繞輪組均與直流高壓發(fā)生器負(fù)極連接；

載體紗線的數(shù)量與每組卷繞輪組上卷繞輪的數(shù)量相對(duì)應(yīng)，兩組卷繞輪組之間的載體紗線相互平行；

具體按照以下步驟實(shí)施：

將紡絲液注入上述裝置的儲(chǔ)液槽中，兩組卷繞輪旋轉(zhuǎn)浸入紡絲液中，在室溫和相對(duì)濕度為40％～60％的環(huán)境中，調(diào)節(jié)儲(chǔ)液槽與收集簾的距離，開啟變頻電機(jī)，變頻電機(jī)帶動(dòng)的兩組卷繞輪周期性正反旋轉(zhuǎn)，在卷繞輪上卷繞的載體紗線攜帶紡絲液以一定周期水平往復(fù)移動(dòng)，待載體紗線運(yùn)行穩(wěn)定后，開啟直流高壓發(fā)生器，調(diào)節(jié)外加電壓、卷繞輪的正反卷繞速度和正反旋轉(zhuǎn)周期，開啟收集簾電機(jī)，收集簾導(dǎo)輥帶動(dòng)收集簾水平移動(dòng)，載體紗線與收集簾之間形成電場(chǎng)，在電場(chǎng)力作用下產(chǎn)生射流，射流固化后形成纖維沉積在收集簾上，最終在收集簾上得到納米纖維膜。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

兩組卷繞輪組分別位于單獨(dú)的儲(chǔ)液槽內(nèi)，儲(chǔ)液槽上方均設(shè)置有儲(chǔ)液槽蓋，兩個(gè)儲(chǔ)液槽相對(duì)的側(cè)壁上均開有出線孔，載體紗線兩端經(jīng)出線孔分別卷繞在兩組卷繞輪組中相對(duì)應(yīng)的卷繞輪上。

儲(chǔ)液槽與收集簾的垂直距離為100mm～300mm。

外加電壓為20kV～40kV。

卷繞輪的正反卷繞速度為100r/min～500r/min，正反旋轉(zhuǎn)周期為1min～5min。

載體紗線為芳綸長(zhǎng)絲、錦綸長(zhǎng)絲或不銹鋼長(zhǎng)絲中的一種。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，方便可控；使用載體紗線作為噴絲件，無(wú)堵塞，可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)生產(chǎn)；可通過增加載體紗線的數(shù)量，有效提高納米纖維膜的產(chǎn)量；通過使用不同載體紗線，可控制生成不同直徑范圍的納米纖維，調(diào)節(jié)納米纖維的質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種線式批量化靜電紡絲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.直流高壓發(fā)生器；2.收集簾導(dǎo)輥；3.收集簾；4.收集簾電機(jī)；5.卷繞輪；6.出線孔；7.射流；8.紡絲液；9.載體紗線；10.儲(chǔ)液槽；11.變頻電機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明一種線式批量化靜電紡絲裝置其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括兩組卷繞輪組和位于兩組卷繞輪組之間的載體紗線9，卷繞輪組均置于儲(chǔ)液槽10內(nèi)，卷繞輪組由卷繞輪5和旋轉(zhuǎn)軸組成，卷繞輪5安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，旋轉(zhuǎn)軸兩端分別與儲(chǔ)液槽10相對(duì)的兩個(gè)側(cè)壁連接，旋轉(zhuǎn)軸一端與變頻電機(jī)11連接；載體紗線9兩端分別卷繞在兩組卷繞輪組中相對(duì)應(yīng)的卷繞輪5上，載體紗線9正上方設(shè)置有收集簾3，收集簾3兩端分別設(shè)置有收集簾導(dǎo)輥2，收集簾導(dǎo)輥2與收集簾電機(jī)4連接，收集簾3與直流高壓發(fā)生器1正極連接，兩組卷繞輪組均與直流高壓發(fā)生器1負(fù)極連接。

兩組卷繞輪組分別位于單獨(dú)的儲(chǔ)液槽10內(nèi)，兩個(gè)儲(chǔ)液槽10相對(duì)的側(cè)壁上均開有出線孔6，載體紗線9兩端經(jīng)出線孔6分別卷繞在兩組卷繞輪組中相對(duì)應(yīng)的卷繞輪5上。

儲(chǔ)液槽10上方設(shè)置有儲(chǔ)液槽蓋，儲(chǔ)液槽蓋在正常紡絲時(shí)閉合，需要續(xù)加紡絲液時(shí)打開。

載體紗線9的數(shù)量與每組卷繞輪組上卷繞輪5的數(shù)量相對(duì)應(yīng)，兩組卷繞輪組之間的載體紗線9相互平行。出線孔6的數(shù)量與載體紗線9數(shù)量相同。

載體紗線9為芳綸長(zhǎng)絲、錦綸長(zhǎng)絲或不銹鋼長(zhǎng)絲中的一種。

采用上述線式批量化靜電紡絲裝置批量制備納米纖維膜的方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

將紡絲液8注入上述裝置的儲(chǔ)液槽10中，液面高度浸沒卷繞輪5一半即可，在室溫和相對(duì)濕度為40％～60％的環(huán)境中，調(diào)節(jié)儲(chǔ)液槽10與收集簾3垂直距離為100mm～300mm，開啟變頻電機(jī)11，變頻電機(jī)11帶動(dòng)的兩組卷繞輪正反周期旋轉(zhuǎn)，在卷繞輪5上卷繞的載體紗線9攜帶紡絲液以一定周期水平往復(fù)移動(dòng)，待載體紗線9充分接觸溶液，且載體紗線9運(yùn)行穩(wěn)定后，開啟直流高壓發(fā)生器1，調(diào)節(jié)外加電壓為20kV～40kV，卷繞輪5的正反卷繞速度為100r/min～500r/min，正反旋轉(zhuǎn)周期為1min～5min，開啟收集簾電機(jī)4，收集簾導(dǎo)輥2帶動(dòng)收集簾3水平移動(dòng)，載體紗線9與收集簾3之間形成電場(chǎng)，在電場(chǎng)力作用下產(chǎn)生射流7，射流7固化后形成纖維沉積在收集簾3上，最終在收集簾3上得到納米纖維膜。

本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，方便可控；使用載體紗線作為噴絲件，無(wú)堵塞，可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)生產(chǎn)；可通過增加載體紗線的數(shù)量，有效提高納米纖維膜的產(chǎn)量；通過使用不同載體紗線，可控制生成不同直徑范圍的納米纖維，調(diào)節(jié)納米纖維的質(zhì)量。

實(shí)施例1

將聚丙烯腈(PAN)溶解在溶劑N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，配置成濃度為12wt％的聚合物溶液。在室溫和相對(duì)濕度為40％的環(huán)境下，將紡絲液注入到兩個(gè)儲(chǔ)液槽10中，載體紗線9選用芳綸長(zhǎng)絲，芳綸長(zhǎng)絲與收集簾3的垂直距離為100mm，開啟變頻電機(jī)11，設(shè)置卷繞輪5的正反卷繞速度100r/min，正反旋轉(zhuǎn)周期為1min，開啟直流高壓發(fā)生器1，控制電壓為20kV，靜電紡射流待穩(wěn)定噴射后，開啟收集簾電機(jī)4驅(qū)動(dòng)收集簾3水平運(yùn)動(dòng)，紡絲時(shí)間為1小時(shí)，得到了厚度均勻的納米纖維膜。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，納米纖維的單位時(shí)間產(chǎn)量相對(duì)于傳統(tǒng)單針頭紡絲提高了30倍，同時(shí)有效改善了纖維膜的細(xì)度均勻性。

實(shí)施例2

將聚乙烯醇(PVA)1788型粉末溶解于70℃蒸餾水中，配成濃度為12wt％的紡絲液。在室溫和相對(duì)濕度為60％的環(huán)境下，將紡絲液注入到儲(chǔ)液槽10中，載體紗線9選用不銹鋼長(zhǎng)絲，不銹鋼長(zhǎng)絲與收集簾3的垂直距離為300mm，開啟變頻電機(jī)11，設(shè)置卷繞輪5的正反卷繞速度500r/min，正反旋轉(zhuǎn)周期為5min，開啟直流高壓發(fā)生器1，控制電壓為40kV，靜電紡射流穩(wěn)定噴射后，開啟收集簾電機(jī)4驅(qū)動(dòng)收集簾3水平運(yùn)動(dòng)，紡絲時(shí)間為1小時(shí)，得到了厚度均勻的納米纖維膜。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，納米纖維的單位時(shí)間產(chǎn)量較傳統(tǒng)單針頭紡絲提高了50倍，同時(shí)有效改善了纖維膜的細(xì)度均勻性。

實(shí)施例3

將聚氧化乙烯(PEO)溶解在60℃蒸餾水中，配置成濃度為15wt％的紡絲液。在室溫和相對(duì)濕度為50％的環(huán)境下，將紡絲液注入到兩個(gè)儲(chǔ)液槽10中，載體紗線9選用錦綸長(zhǎng)絲，錦綸長(zhǎng)絲與收集簾3的垂直距離為200mm，開啟變頻電機(jī)11，設(shè)置卷繞輪5的正反卷繞速度300r/min，正反旋轉(zhuǎn)周期為3min，開啟直流高壓發(fā)生器1，控制電壓為30kV，靜電紡射流穩(wěn)定噴射后，開啟收集簾電機(jī)4驅(qū)動(dòng)收集簾3水平運(yùn)動(dòng)，紡絲時(shí)間為1小時(shí)，得到了厚度均勻的納米纖維膜。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，納米纖維的單位時(shí)間產(chǎn)量較傳統(tǒng)單針頭紡絲提高了45倍，同時(shí)有效改善了纖維膜的細(xì)度均勻性。