本實用新型屬于微納米材料制備技術領域，具體涉及一種大規(guī)模制備微納米纖維的靜電紡絲裝置。

背景技術：

靜電紡絲技術最早由Formhals在1934年提出，是目前公認的制備一維納米纖維材料的代表性技術，其原理可簡述為在高壓靜電場作用下，聚合物溶液或熔體克服表面張力形成帶電射流，射流經(jīng)拉伸、劈裂、細化、溶劑揮發(fā)或熔體固化形成微納米纖維。目前利用電紡技術可制備的纖維種類超過200多種，包括多種天然生物材料，合成生物材料和非生物材料；制備纖維具有力學性能強，孔隙率高，透氣性好，比表面積大，表面活性強等多種性能優(yōu)勢；優(yōu)化靜電紡絲裝置還可以實現(xiàn)電紡纖維形貌、結構和功能多樣化，如多孔纖維、核—殼纖維、圖案化結構和多通道結構等。這些獨特的技術優(yōu)勢使得電紡技術在紡織服裝、環(huán)境過濾、生物醫(yī)學、光電器件等多個領域存在巨大的應用前景。目前為止，人們對電紡技術已經(jīng)做了大量的理論研究工作，證實了電紡技術應用轉(zhuǎn)化的理論可行性，但其實用化轉(zhuǎn)變過程仍面臨許多問題：1)傳統(tǒng)單針頭電紡技術產(chǎn)率較低(0.1-1g/h)，單個針頭產(chǎn)生射流有限，難以滿足電紡纖維的產(chǎn)業(yè)化應用需求；2)紡絲針頭在電紡過程中容易發(fā)生針頭堵塞現(xiàn)象，溶劑快速揮發(fā)引起針尖溶液固化，針頭堵塞，紡絲過程無法順利進行，頻繁的清理工作使得整個電紡過程變得復雜繁瑣，而對于多針頭電紡技術來說，清洗針頭幾乎是不現(xiàn)實的；3)多針頭電紡技術中針頭射流間存在較強的排斥作用，纖維在收集極上分區(qū)域沉積，形成的無紡布厚度不均，直接影響纖維加工產(chǎn)品性能。這些問題成為了限制針頭式電紡技術產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的主要因素，但也同時為無針頭電紡技術的發(fā)展提供了理論需求。無針頭電紡也稱為液面射流技術，是在磁場、氣體或帶電金屬線/盤/滾筒等外力作用下在紡絲液表面形成無數(shù)射流觸發(fā)點，施加高壓電場后，射流從紡絲液表面射出形成納米纖維的過程。Jirsak等人以半浸泡于紡絲液中的轉(zhuǎn)動滾筒為纖維發(fā)生器明顯提高了電紡纖維產(chǎn)率，這種技術均使用開放式紡絲液體系，紡絲前驅(qū)液大面積暴露在空氣中，電紡過程中溶劑極易揮發(fā)，紡絲液濃度不穩(wěn)定導致電紡纖維粗細不均，直接影響其纖維產(chǎn)品性能。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于彌補現(xiàn)有技術不足，提供一種大規(guī)模制備微納米纖維的靜電紡絲裝置。該裝置不采用紡絲針頭，避免了單針頭電紡和多針頭電紡的針頭堵塞等問題，同時可避免液面射流技術紡絲液大面積暴露帶來的諸多問題，得到直徑較均勻的電紡纖維，該裝置操作簡單，能夠顯著提高電紡纖維效率，實現(xiàn)微納米纖維的規(guī)?；a(chǎn)。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的技術方案如下：

一種大規(guī)模制備微納米纖維的靜電紡絲裝置，所述靜電紡絲裝置以伸直的金屬鏈條作為纖維發(fā)射極，所述金屬鏈條連接高壓直流電源正極，金屬鏈條的正上方設置收集極，所述收集極連接高壓直流電源負極或接地，金屬鏈條正下方設置有向上噴射氣流的供氣系統(tǒng)，所述金屬鏈條上還設置有向金屬鏈條施加紡絲前驅(qū)液的供液系統(tǒng)。

該裝置在使用時，開啟供液系統(tǒng)，使其在金屬鏈條上施加紡絲前驅(qū)液，然后開啟位于金屬鏈條正下方的供氣系統(tǒng)，在供氣系統(tǒng)向上噴射的氣流的作用下構成金屬鏈條的金屬環(huán)中形成大量紡絲液前驅(qū)液氣泡，與金屬鏈條的邊線共同構成紡絲液射流觸發(fā)點，增加了觸發(fā)點數(shù)量；開啟高壓直流電源，在金屬鏈條和收集極間施加高壓電場，鏈條邊線紡絲前驅(qū)液和金屬環(huán)中的紡絲前驅(qū)液氣泡同時產(chǎn)生大量的帶電射流，射流經(jīng)劈裂，細化，溶劑揮發(fā)在收集極上沉積形成大量超細纖維，可明顯提高電紡纖維效率。供氣系統(tǒng)提供的向上的氣流還可以減少由重力作用從金屬鏈條上滴落的紡絲前驅(qū)液，減少廢液，提高原料利用率，同時，氣流方向與紡絲射流方向相同，有助于引導纖維沉積范圍，提高纖維收集效率。采用金屬鏈條代替針頭作為纖維發(fā)射極，可有效避免單針頭電紡和多針頭電紡的針頭堵塞等問題，采用供液系統(tǒng)向金屬鏈條施加紡絲前驅(qū)液，可避免紡絲前驅(qū)液直接大面積暴露于空氣中，電紡過程中溶劑揮發(fā)，紡絲前驅(qū)液濃度不穩(wěn)定，造成電紡纖維直徑不均勻的問題，得到直徑較均勻的電紡纖維。該裝置操作簡單，能夠顯著提高電紡纖維效率，實現(xiàn)微納米纖維的規(guī)?；a(chǎn)。

進一步的，所述金屬鏈條采用多個相同細金屬環(huán)相扣形成。

金屬環(huán)沿線性周期排列，電場分布比較均勻有利于纖維在收集區(qū)間的均勻沉積。

進一步的，所述供氣系統(tǒng)包括設置于金屬鏈條正下方的供氣管，所述供氣管的正上方均勻設置多個噴氣口，所述噴氣口與供氣管內(nèi)部氣體通道聯(lián)通，所述氣體通道一端封閉，另一端設置進氣口，所述進氣口連接導氣管的端部，導氣管的另一端連接連接氣體發(fā)生機構。

進一步的，所述氣體發(fā)生機構包括空氣壓縮機及其輸出管道、空氣干燥過濾器和調(diào)壓閥，所述調(diào)壓閥為電子調(diào)壓閥或手動調(diào)壓閥。

進一步的，所述供液系統(tǒng)包括通過輸液管依次連接的儲液箱、微流泵和供液刷頭，所述供液刷頭通過上端設置的進液孔連接輸液管端部，所述供液刷頭上設置有通液槽，通液槽設置于進液孔下方并與進液孔連通，金屬鏈條穿過通液槽，通液槽下方的供液刷頭上設置有通孔，所述通孔的形狀與供氣管相對應，供氣管穿過通孔，所述供液刷頭連接直線往復運動驅(qū)動機構，所述直線往復運動驅(qū)動機構驅(qū)動供液刷頭沿供氣管做直線往復運動。

供氣管穿過設置于供液刷頭上的通孔，供液刷頭在直線往復運動驅(qū)動機構的作用下沿供氣管做直線往復運動，此時通液槽也在金屬鏈條上做直線往復運動，儲存于儲液箱中的紡絲前驅(qū)液在微流泵的驅(qū)動下通過進液孔進入供液刷頭的通液槽中，并隨這供液刷頭的運動涂覆于金屬鏈條上，位于金屬鏈條正下方的供氣管在此過程中起到了供液刷頭運動軌道的作用，使供液刷頭在金屬鏈條上涂覆紡絲前驅(qū)液的運動過程更加穩(wěn)定，紡絲前驅(qū)液在金屬鏈條上涂覆的更加均勻，從而使所得微納米纖維更加均勻，大部分的紡絲前驅(qū)液儲存在儲液箱中，通過對微流泵泵速和直線往復運動驅(qū)動機構運動速度的調(diào)整少量多次的涂覆于金屬鏈條上，避免了紡絲前驅(qū)液直接大面積暴露于空氣中，電紡過程中溶劑揮發(fā)，紡絲前驅(qū)液濃度不穩(wěn)定，造成電紡纖維直徑不均勻的問題，同時，針對不同的紡絲原料，可以通過調(diào)節(jié)微流泵和直線往復運動驅(qū)動機構調(diào)整金屬鏈條上紡絲前驅(qū)液的施加量，實現(xiàn)紡絲參數(shù)的靈活調(diào)整。

進一步的，所述供氣管為橫截面為方形的方形管，通孔的橫截面與供氣管橫截面相同。

方形供氣管和方形通孔的設計限制避免了供液刷頭在供氣管上直線往復運動的過程中的微小轉(zhuǎn)動，使供液刷頭的運動過程更加穩(wěn)定。

進一步的，所述直線往復運動驅(qū)動機構為直線推桿電機，所述直線推桿電機靠近供氣管端部安裝，直線推桿電機的推桿可沿供氣管軸向往復運動，推桿的端部連接供液刷頭。

進一步的，所述收集極為卷繞收集系統(tǒng)，包括放卷輥、收集帶、兩個導向輥、導向輥支架和收卷輥，所述收卷輥的轉(zhuǎn)軸連接直流無刷電機和控制電機轉(zhuǎn)速的電機控制器，所述放卷輥、導向輥、收卷輥的轉(zhuǎn)軸方向均與金屬鏈條垂直，所述收集帶纏繞在放卷輥上，收集帶的端部與收卷輥連接，所述導向輥設置于收集帶下方支撐收集帶，導向輥安裝在可調(diào)節(jié)高度的導向輥支架上，兩個導向輥分別設置于金屬鏈條端部上方。

可通過調(diào)節(jié)導向輥支架調(diào)節(jié)兩導向輥的豎直高度，進而調(diào)節(jié)位于兩導向輥中間的收集帶與金屬鏈條間的紡絲距離，實現(xiàn)對紡絲參數(shù)的靈活調(diào)節(jié)。

進一步的，所述金屬鏈條橫向設置，放卷輥、導向輥和收卷輥的轉(zhuǎn)軸均縱向設置，兩個導向輥位于同一豎直高度。

采用卷繞收集系統(tǒng)，在放卷輥、導向輥和收卷輥共同作用下傳送收集極可實現(xiàn)電紡纖維在收集極上的連續(xù)、均勻沉積，收集纖維效率較高。

進一步的，所述供氣管的橫向和縱向尺寸均大于位于其正上方的金屬鏈條，供氣管上設置噴氣口的范圍大于金屬鏈條在供氣管上的投影面積。

噴氣口的設置范圍大于金屬鏈條在水平面上(供氣管上)的投影面積，可以確保金屬鏈條完全處于供氣管噴氣口噴射的氣流的作用范圍內(nèi)，更好的起到氣流促進紡絲液氣泡射流觸發(fā)點形成，提高纖維產(chǎn)量，加速紡絲液溶劑揮發(fā)，改善紡絲形貌與性能，減少紡絲前驅(qū)液體滴落，提高原料利用率的作用。

本實用新型的有益效果：本實用新型彌補了現(xiàn)有技術不足，提供了一種大規(guī)模制備微納米纖維的靜電紡絲裝置，該裝置不采用紡絲針頭，避免了單針頭電紡和多針頭電紡的針頭堵塞等問題，同時可避免液面射流技術紡絲液大面積暴露帶來的諸多問題，得到直徑較均勻的電紡纖維，該裝置操作簡單，能夠顯著提高電紡纖維效率，實現(xiàn)微納米纖維的規(guī)?；a(chǎn)。具體而言：

(1)該裝置在使用時，開啟供液系統(tǒng)，使其在金屬鏈條上施加紡絲前驅(qū)液，然后開啟位于金屬鏈條正下方的供氣系統(tǒng)，在供氣系統(tǒng)向上噴射的氣流的作用下構成金屬鏈條的金屬環(huán)中形成大量紡絲液前驅(qū)液氣泡，與金屬鏈條的邊線共同構成紡絲液射流觸發(fā)點，增加了觸發(fā)點數(shù)量；開啟高壓直流電源，在金屬鏈條和收集極間施加高壓電場，鏈條邊線紡絲前驅(qū)液和金屬環(huán)中的紡絲前驅(qū)液氣泡同時產(chǎn)生大量的帶電射流，射流經(jīng)劈裂，細化，溶劑揮發(fā)在收集極上沉積形成大量超細纖維，可明顯提高電紡纖維效率。供氣系統(tǒng)提供的向上的氣流還可以減少由重力作用從金屬鏈條上滴落的紡絲前驅(qū)液，減少廢液，提高原料利用率，同時，氣流方向與紡絲射流方向相同，有助于引導纖維沉積范圍，提高纖維收集效率。采用金屬鏈條代替針頭作為纖維發(fā)射極，可有效避免單針頭電紡和多針頭電紡的針頭堵塞等問題，金屬鏈條采用多個相同細金屬環(huán)相扣形成，金屬環(huán)沿線性周期排列，電場分布比較均勻有利于纖維在收集區(qū)間的均勻沉積。采用供液系統(tǒng)向金屬鏈條施加紡絲前驅(qū)液，可避免紡絲前驅(qū)液直接大面積暴露于空氣中，電紡過程中溶劑揮發(fā)，紡絲前驅(qū)液濃度不穩(wěn)定，造成電紡纖維直徑不均勻的問題，得到直徑較均勻的電紡纖維。該裝置操作簡單，能夠顯著提高電紡纖維效率，實現(xiàn)微納米纖維的規(guī)?；a(chǎn)。

(2)供氣管穿過設置于供液刷頭上的通孔，供液刷頭在直線往復運動驅(qū)動機構的作用下沿供氣管做直線往復運動，此時通液槽也在金屬鏈條上做直線往復運動，儲存于儲液箱中的紡絲前驅(qū)液在微流泵的驅(qū)動下通過進液孔進入供液刷頭的通液槽中，并隨這供液刷頭的運動涂覆于金屬鏈條上，位于金屬鏈條正下方的供氣管在此過程中起到了供液刷頭運動軌道的作用，使供液刷頭在金屬鏈條上涂覆紡絲前驅(qū)液的運動過程更加穩(wěn)定，紡絲前驅(qū)液在金屬鏈條上涂覆的更加均勻，從而使所得微納米纖維更加均勻，在紡絲過程中，大部分的紡絲前驅(qū)液儲存在儲液箱中，通過對微流泵泵速和直線往復運動驅(qū)動機構運動速度的調(diào)整少量多次的涂覆于金屬鏈條上，避免了紡絲前驅(qū)液直接大面積暴露于空氣中，電紡過程中溶劑揮發(fā)，紡絲前驅(qū)液濃度不穩(wěn)定，造成電紡纖維直徑不均勻的問題，同時，針對不同的紡絲原料制成的不同粘度的紡絲前驅(qū)液，可以通過調(diào)節(jié)微流泵和直線往復運動驅(qū)動機構調(diào)整金屬鏈條上紡絲前驅(qū)液的施加量，實現(xiàn)紡絲參數(shù)的靈活調(diào)整。將供氣管設置為方形管，方形供氣管和方形通孔的設計限制避免了供液刷頭在供氣管上直線往復運動的過程中的微小轉(zhuǎn)動，使供液刷頭的運動過程更加穩(wěn)定。

(3)采用卷繞收集系統(tǒng)，在放卷輥、導向輥和收卷輥共同作用下傳送收集極可實現(xiàn)電紡纖維在收集極上的連續(xù)、均勻沉積，收集纖維效率較高?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)導向輥支架調(diào)節(jié)兩導向輥的豎直高度，進而調(diào)節(jié)位于兩導向輥中間的收集帶與金屬鏈條間的紡絲距離，實現(xiàn)對紡絲參數(shù)的靈活調(diào)節(jié)。

(4)該裝置的噴氣口的設置范圍大于金屬鏈條在水平面上(供氣管上)的投影面積，可以確保金屬鏈條完全處于供氣管噴氣口噴射的氣流的作用范圍內(nèi)，更好的起到氣流促進紡絲液氣泡射流觸發(fā)點形成，提高纖維產(chǎn)量，加速紡絲液溶劑揮發(fā)，改善紡絲形貌與性能，減少紡絲前驅(qū)液體滴落，提高原料利用率的作用。

附圖說明

圖1為本實用新型的靜電紡絲裝置的結構示意圖；

圖2為本實用新型的供液刷頭及其配合部件的結構示意圖；

圖3為本實用新型的供氣管的結構示意圖；

圖4為鏈電極實現(xiàn)氣泡電紡與無針頭鏈式電紡技術結合示意圖；

圖中：1-金屬鏈條，2-供氣管，21-氣體通道，22-噴氣口，23-進氣口，3-氣體發(fā)生裝置，4-導氣管，5-供液刷頭，51-進液孔，52-通液槽，53-通孔，6-直線推桿電機，61-推桿，7-儲液箱，8-微流泵，9-輸液管，10-高壓直流電源，11-放線輥，12-導向輥，13-收卷輥，14-導向輥支架，15-邊線紡絲射流，16-氣泡紡絲射流。17-紡絲前驅(qū)液氣泡，18-收集帶。

具體實施方式

根據(jù)下述實施例，可以更好地理解本實用新型。然而，本領域的技術人員容易理解，實施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結果僅用于說明本實用新型而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本實用新型。

實施例

如圖1至4所示，一種大規(guī)模制備微納米纖維的靜電紡絲裝置，所述靜電紡絲裝置以伸直的金屬鏈條1作為纖維發(fā)射極，所述金屬鏈條連接高壓直流電源10正極，金屬鏈條1的正上方設置收集極，所述收集極連接高壓直流電源10負極或接地，金屬鏈條1正下方設置有向上噴射氣流的供氣系統(tǒng)，所述金屬鏈條1上還設置有向金屬鏈條1施加紡絲前驅(qū)液的供液系統(tǒng)。

具體而言，所述金屬鏈條1采用多個相同細金屬環(huán)相扣形成，所述供氣系統(tǒng)包括設置于金屬鏈條1正下方的供氣管2，所述供氣管2的正上方均勻設置多個噴氣口22，所述噴氣口22與供氣管22內(nèi)部氣體通道22聯(lián)通，所述氣體通道22一端封閉，另一端設置進氣口23，所述進氣口23連接導氣管4的端部，導氣管4的另一端連接連接氣體發(fā)生機構3，所述氣體發(fā)生機構3包括空氣壓縮機及其輸出管道、空氣干燥過濾器和調(diào)壓閥，所述調(diào)壓閥為電子調(diào)壓閥或手動調(diào)壓閥，所述供液系統(tǒng)包括通過輸液管9依次連接的儲液箱7、微流泵8和供液刷頭5，所述供液刷頭5通過上端設置的進液孔51連接輸液管9端部，所述供液刷頭5上設置有通液槽52，通液槽52設置于進液孔51下方并與進液孔51連通，金屬鏈條1穿過通液槽52，通液槽52下方的供液刷頭5上設置有通孔53，所述通孔53的形狀與供氣管2相對應，供氣管53穿過通孔53，所述供液刷頭5連接直線往復運動驅(qū)動機構，所述直線往復運動驅(qū)動機構驅(qū)動供液刷頭5沿供氣管2做直線往復運動，所述供氣管2為橫截面為方形的方形管，通孔53的橫截面與供氣管2橫截面相同，所述直線往復運動驅(qū)動機構為直線推桿電機6，所述直線推桿電機6靠近供氣管2端部安裝，直線推桿電機6的推桿61可沿供氣管1軸向往復運動，推桿61的端部連接供液刷頭5，所述收集極為卷繞收集系統(tǒng)，包括放卷輥11、收集帶18、兩個導向輥12、導向輥支架14和收卷輥13，所述收卷輥13的轉(zhuǎn)軸連接直流無刷電機和控制電機轉(zhuǎn)速的電機控制器，所述放卷輥11、導向輥12、收卷輥13的轉(zhuǎn)軸方向均與金屬鏈條1垂直，所述收集帶18纏繞在放卷輥11上，收集帶18的端部與收卷輥13連接，所述導向輥12設置于收集帶18下方支撐收集帶18，導向輥12安裝在可調(diào)節(jié)高度的導向輥支架14上，兩個導向輥14分別設置于金屬鏈條1端部上方，所述金屬鏈條1橫向設置，放卷輥11、導向輥12和收卷輥13的轉(zhuǎn)軸均縱向設置，兩個導向輥12位于同一豎直高度，所述供氣管2的橫向和縱向尺寸均大于位于其正上方的金屬鏈條，供氣管2上設置噴氣口22的范圍大于金屬鏈條1在供氣管2上的投影面積。

該裝置在使用時，開啟供液系統(tǒng)，調(diào)整好微流泵8泵速和直線推桿電機6運動速度開啟供液系統(tǒng)，供液刷頭5沿供氣管2做直線往復運動，此時通液槽52也在金屬鏈條1上做直線往復運動，儲存于儲液箱7中的紡絲前驅(qū)液在微流泵8的驅(qū)動下通過進液孔51進入供液刷頭5的通液槽52中，并隨這供液刷頭5的運動涂覆于金屬鏈條1上，然后開啟氣體發(fā)生裝置3，調(diào)整好氣體流速，氣流經(jīng)過導氣管4進入位于金屬鏈條1正下方的供氣管2的氣體通道21中，從噴氣口22噴射而出，形成向上的氣流，在向上噴射的氣流的作用下構成金屬鏈條1的金屬環(huán)中形成紡絲液前驅(qū)液氣泡17，與金屬鏈條1的邊線共同構成紡絲液射流觸發(fā)點，增加了觸發(fā)點數(shù)量；開啟高壓直流電源，在金屬鏈條1和收集極間施加高壓電場，鏈條邊線紡絲前驅(qū)液和金屬環(huán)中的紡絲前驅(qū)液氣泡同時產(chǎn)生大量的帶電射流(邊線紡絲射流15和氣泡紡絲射流16)，射流經(jīng)劈裂，細化，溶劑揮發(fā)在收集極上沉積形成大量超細纖維，可明顯提高電紡纖維效率。供氣系統(tǒng)提供的向上的氣流還可以減少由重力作用從金屬鏈條上滴落的紡絲前驅(qū)液，減少廢液，提高原料利用率，同時，氣流方向與紡絲射流方向相同，有助于引導纖維沉積范圍，提高纖維收集效率。采用金屬鏈條1代替針頭作為纖維發(fā)射極，可有效避免單針頭電紡和多針頭電紡的針頭堵塞等問題。在紡絲過程中，大部分的紡絲前驅(qū)液儲存在儲液箱7中，通過對微流泵8泵速和直線推桿電機6運動速度的調(diào)整、少量多次的涂覆于金屬鏈條1上，避免了紡絲前驅(qū)液直接大面積暴露于空氣中，電紡過程中溶劑揮發(fā)，紡絲前驅(qū)液濃度不穩(wěn)定，造成電紡纖維直徑不均勻的問題，同時，針對不同的紡絲原料制成的不同粘度的紡絲前驅(qū)液，可以通過調(diào)節(jié)微流泵8和直線推桿電機6調(diào)整金屬鏈條1上紡絲前驅(qū)液的施加量，實現(xiàn)紡絲參數(shù)的靈活調(diào)整。

以上所述，僅為本實用新型的說明實施例，并非對本實用新型任何形式上和實質(zhì)上的限制，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型方法的前提下，做出的若干改進和補充也應視為本實用新型的保護范圍。凡熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，利用以上所揭示的技術內(nèi)容做出的些許更動、修飾與演變的等同變化，均為本實用新型的等效實施例；同時，凡依據(jù)本實用新型的實質(zhì)技術對上述實施例所做的任何等同變化的更動、修飾與演變，均仍屬于本實用新型的技術方案的范圍。本實用新型未詳盡公開處均為現(xiàn)有技術。