本發(fā)明涉及一種運(yùn)用氣流輔助裝置快速制備功能納米線的熔體微分靜電紡絲裝置，屬于靜電紡絲領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

納米纖維由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的性能，在生化防護(hù)、高效過濾、負(fù)載材料和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域均有著廣闊的應(yīng)用前景，賦予納米纖維功能化顯得尤為重要。應(yīng)用靜電紡絲工藝設(shè)計(jì)和制備的功能納米纖維材料為當(dāng)前納米材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

目前運(yùn)用靜電紡絲方法制備功能納米纖維主要是通過溶液的共混進(jìn)行紡絲。中國發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)枺?01510216599.7)一種聚冠醚復(fù)合納米纖維材料及其制備方法與應(yīng)用利用聚冠醚與基底材料溶解后混合，形成混合溶液，運(yùn)用靜電紡絲法將所述混合溶液紡制成聚冠醚功能化納米纖維。該方法雖然能夠制備出功能纖維，但是其使用有毒溶劑進(jìn)行溶液電紡，污染環(huán)境，生產(chǎn)效率低。而本發(fā)明利用熔體微分靜電紡絲裝置制備功能納米線，產(chǎn)量高，制備迅速，安全高效，裝置簡(jiǎn)單，易于操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明一種功能納米線的制備裝置，提出利用氣流輔助外錐面型靜電紡絲噴頭，其對(duì)纖維有軸向牽伸效果。同時(shí)，接通在氣泵上的旋風(fēng)氣流輔助裝置置于帶孔電極板中央，產(chǎn)生旋風(fēng)，纖維被吸入旋風(fēng)氣流輔助裝置中產(chǎn)生二次拉伸，纖維達(dá)到牽伸和集束的效果。上下兩個(gè)裝有功能粒子的噴氣裝置分別將功能粒子噴入氣流管路，實(shí)現(xiàn)功能粒子對(duì)納米纖維的內(nèi)外包覆。噴氣裝置可裝有不同的功能粒子，如金屬納米顆粒、相轉(zhuǎn)變材料納米顆粒、氧化物納米顆粒、抗菌納米顆粒、防紫外線納米顆粒等，最終制得功能粒子內(nèi)外裹附的納米纖維，實(shí)現(xiàn)納米纖維的多功能化。接收輥對(duì)纖維進(jìn)行收集，輥?zhàn)拥淖赞D(zhuǎn)能夠?qū)ο侣涞睦w維取向，使纖維直徑更加均勻。

實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：一種功能納米線的制備裝置，主要包括：料筒、固定板、螺栓、分流板、加熱圈、流道、增粘環(huán)、氣流輔助外錐面型靜電紡絲噴頭、霧化器、高壓靜電發(fā)生器、帶孔亞克力板、電極板、接收輥、旋風(fēng)氣流輔助裝置、氣流導(dǎo)管、混合器、調(diào)節(jié)閥、法蘭、噴氣裝置、功能粒子A、氣泵、功能粒子B等。料筒與分流板之間通過固定板采用螺栓連接，外錐面氣流導(dǎo)管外圓柱面和分流板內(nèi)圓柱孔形成間隙，熔體在間隙內(nèi)流動(dòng)，使其在周向分布均勻。氣流輔助外錐面型靜電紡絲噴頭與旋風(fēng)氣流輔助裝置同軸布置，外層包覆加熱圈，且通過螺紋連接增粘環(huán)，增粘環(huán)可根據(jù)聚合物的粘度在軸向上下調(diào)節(jié)，確保纖維在固化前裹附上功能粒子。在噴氣裝置內(nèi)裝有功能粒子(功能粒子A和B可以為同種物質(zhì)，也可以不同物質(zhì))，分裝在氣流導(dǎo)管的上下兩個(gè)部分。噴氣裝置將功能粒子A噴入混合器混合均勻后，進(jìn)入氣流管路，均勻附著到纖維束內(nèi)部，功能粒子B通過氣流噴在纖維束外部。氣泵產(chǎn)生高速氣流，通過調(diào)節(jié)閥接到旋風(fēng)氣流輔助裝置和噴頭中部氣流導(dǎo)管。旋風(fēng)氣流輔助裝置置于帶孔電極板中間，通過帶孔亞克力板固定，產(chǎn)生旋風(fēng)，將功能粒子均勻裹附到纖維束外表面。電極板與高壓靜電發(fā)生器相連，接收輥置于電極板正下方，在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明一種功能納米線的制備裝置，氣流輔助外錐面型靜電紡絲噴頭中心通入高速氣流，纖維在高速氣流作用下拉伸細(xì)化，同時(shí)高速氣流在纖維束間形成的局部負(fù)壓實(shí)現(xiàn)纖維的聚攏作用。

本發(fā)明一種功能納米線的制備裝置，兩個(gè)噴氣裝置可以裝有相同或不同的功能粒子，供給量由氣閥控制。上部噴氣裝置中功能粒子經(jīng)氣流導(dǎo)管進(jìn)入噴頭，散落在納米纖維束上，形成內(nèi)包覆。下部噴氣裝置中功能粒子隨旋風(fēng)氣流包裹在納米纖維束外表面，形成外包覆。

噴氣裝置裝有的功能粒子可以是金屬納米顆粒、相轉(zhuǎn)變材料納米顆粒、氧化物納米顆粒、抗菌納米顆粒或防紫外線納米顆粒等

本發(fā)明一種功能納米線的制備裝置，氣流輔助外錐面型靜電紡絲噴頭與增粘環(huán)通過螺紋連接，增粘環(huán)可根據(jù)聚合物的粘度在軸向上下調(diào)節(jié)，確保纖維在固化前均勻裹附上功能粒子。

本發(fā)明一種功能納米線的制備裝置，增粘環(huán)下部制成錐形，帶有通孔，可布置篩網(wǎng)，避免功能粒子的逃逸，并且高速氣流通過，可以實(shí)現(xiàn)功能粒子的二次裹附。

本發(fā)明一種功能納米線的制備裝置，旋風(fēng)氣流輔助裝置由進(jìn)氣口、環(huán)向風(fēng)腔和四個(gè)中心對(duì)稱的出氣口組成，這樣能夠使氣流進(jìn)入旋風(fēng)氣流輔助裝置后形成聚攏氣流，從而使旋風(fēng)氣流輔助裝置上方入口形成局部負(fù)壓，有利于纖維聚攏并落入旋風(fēng)氣流輔助裝置，達(dá)到聚攏和細(xì)化纖維的效果。

本發(fā)明一種功能納米線的制備裝置，接收輥的高速旋轉(zhuǎn)有利于聚攏纖維在下落過程中取向，最終收集在接收輥上的纖維為取向納米線。

由上面的技術(shù)方案的介紹，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)勢(shì)有：

1.旋風(fēng)氣流輔助裝置能夠形成豎直向下的聚攏氣流，使其上方形成局部負(fù)壓從而有利于纖維落入上進(jìn)氣口，同時(shí)可以對(duì)纖維進(jìn)行集束并且可以極大地細(xì)化纖維。

2.兩個(gè)噴氣裝置可以裝有相同或不同的功能粒子，經(jīng)過不同的路徑附著在納米纖維上，形成功能粒子對(duì)纖維的內(nèi)外包覆，實(shí)現(xiàn)納米纖維的多功能化。

3.增粘環(huán)下部制成錐形，帶有通孔，可布置篩網(wǎng)，避免功能粒子的逃逸，并且高速氣流通過，可以實(shí)現(xiàn)功能粒子的二次裹附，使得功能粒子附著均勻緊實(shí)。

4.接收輥的轉(zhuǎn)速與纖維的下落速度大體一致，這樣有助于纖維的取向性，也有利于纖維的規(guī)整收集。

5.利用熔體微分靜電紡絲裝置且采用氣流輔助的方法制備功能納米線，產(chǎn)量高，制備快速，效果好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種功能納米線的制備裝置示意圖。

圖2為圖1所示的裝置的增粘環(huán)的示意圖。

圖3為圖2所示增粘環(huán)的篩網(wǎng)示意圖

圖4為旋風(fēng)氣流輔助裝置的俯視剖面示意圖。

圖5為旋風(fēng)氣流輔助裝置的前視剖面示意圖

圖中：1-料筒；2-固定板；3-螺栓；4-分流板；5-加熱圈；6-流道；7-增粘環(huán)；8-氣流輔助外錐面型靜電紡絲噴頭；9-霧化器；10-高壓靜電發(fā)生器；11-帶孔亞克力板；12-電極板；13-接收輥；14-旋風(fēng)氣流輔助裝置；15-氣流導(dǎo)管；16-混合器；17-調(diào)節(jié)閥；18-法蘭；19-噴氣裝置；20-功能粒子A；21-氣泵；22-功能粒子B。

7-1-環(huán)壁；7-2-篩網(wǎng)；7-3-通氣孔；14-1-進(jìn)氣口；14-2-出氣口；14-3-環(huán)向風(fēng)腔。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明一種功能納米線的制備裝置，如圖1所示，其主要包括：料筒1、固定板2、螺栓3、分流板4、加熱圈5、流道6、增粘環(huán)7、氣流輔助外錐面型靜電紡絲噴頭8、霧化器9、高壓靜電發(fā)生器10、帶孔亞克力板11、電極板12、接收輥13、旋風(fēng)氣流輔助裝置14、氣流導(dǎo)管15、混合器16、調(diào)節(jié)閥17、法蘭18、噴氣裝置19、功能粒子A20、氣泵21、功能粒子B22等。料筒1與分流板4采用螺栓3連接。氣流輔助外錐面型靜電紡絲噴頭8與旋風(fēng)氣流輔助裝置14同軸布置，外層包覆加熱圈5，中心經(jīng)氣流導(dǎo)管15和氣泵21相連。噴氣裝置19內(nèi)裝有功能粒子A20和功能粒子B22，分裝在氣流導(dǎo)管15的上下兩個(gè)部分。增粘環(huán)7是薄壁結(jié)構(gòu)，增粘環(huán)7由兩部分組成，增粘環(huán)7上部分連接在料筒1的下端，增粘環(huán)7的下部分連接在旋風(fēng)氣流輔助裝置14的上端，旋風(fēng)氣流輔助裝置14置于帶孔電極板12中間，通過帶孔的亞克力板11固定，電極板12與高壓靜電發(fā)生器10相連，接收輥13置于電極板12正下方，在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

工作時(shí)先加熱，然后在料筒1中加入聚合物顆粒，在旋風(fēng)氣流輔助裝置進(jìn)氣口通入高速氣流。熔體流經(jīng)流道形成均勻環(huán)向流，在噴頭錐面尖端附近形成多股射流，上部噴氣裝置中功能粒子經(jīng)氣流導(dǎo)管進(jìn)入噴頭中部，隨高速氣流散落在納米纖維束上，形成功能粒子內(nèi)包覆。同時(shí)，接通在氣泵上的旋風(fēng)氣流輔助裝置置于帶孔電極板中央，產(chǎn)生旋風(fēng)，纖維被吸入旋風(fēng)氣流輔助裝置中產(chǎn)生二次拉伸，纖維進(jìn)一步拉伸細(xì)化，達(dá)到牽伸和集束的效果。下部噴氣裝置中功能粒子隨旋風(fēng)氣流包裹在納米纖維束外表面，形成功能粒子外包覆。在電場(chǎng)力和旋風(fēng)氣流輔助裝置產(chǎn)生的垂直向下的高速氣流的多重拉伸作用下，熔體形成大量射流落入旋風(fēng)氣流輔助裝置內(nèi)并且聚攏，在旋風(fēng)氣流輔助裝置的出口端聚攏成一束并落在旋轉(zhuǎn)接收輥上，同時(shí)輥?zhàn)泳€速度與纖維下落速度相當(dāng)?shù)臅r(shí)候旋轉(zhuǎn)接收輥?zhàn)涌梢詫?shí)現(xiàn)纖維的規(guī)整收集，有利于纖維的取向性。整個(gè)裝置操作簡(jiǎn)單，可以快速制備功能納米線，纖維直徑均勻，取向性好，高效環(huán)保，產(chǎn)量可觀。

發(fā)明涉及一種功能納米線的制備裝置，增粘環(huán)7下部制成錐形，如圖2和圖3所示，環(huán)壁7-1中間部位上帶有通氣孔7-3，可在接近旋風(fēng)氣流輔助裝置14的通氣孔7-3處布置篩網(wǎng)7-2，避免功能粒子從通氣孔7-3逃逸，并且高速氣流通過，可以實(shí)現(xiàn)功能粒子的二次裹附。

本發(fā)明一種功能納米線的制備裝置，旋風(fēng)氣流輔助裝置14由進(jìn)氣口14-1、環(huán)向風(fēng)腔14-3和四個(gè)中心對(duì)稱的出氣口14-2組成，如圖4和圖5所示，這樣能夠使氣流進(jìn)入旋風(fēng)氣流輔助裝置14后形成聚攏氣流，從而使旋風(fēng)氣流輔助裝置上方入口形成局部負(fù)壓，有利于纖維聚攏并落入旋風(fēng)氣流輔助裝置，達(dá)到聚攏和細(xì)化纖維的效果。