本發(fā)明涉及一種纖維發(fā)生裝置，特別是一種靜電紡納米纖維發(fā)生裝置，屬于靜電紡絲技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

以下有關(guān)本發(fā)明背景技術(shù)的描述是為了解釋本發(fā)明的內(nèi)容，而非承認(rèn)提及的所有材料在本申請優(yōu)先權(quán)日已公開、公知或是常識(shí)的一部分。

納米纖維通常是指直徑小于1000nm的超細(xì)纖維。相對于普通的纖維，納米纖維具有比表面積大，孔隙率高等優(yōu)點(diǎn)，在諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。靜電紡絲技術(shù)是一種制備納米纖維常用的技術(shù)，適用范圍廣泛，操作簡單，工藝可控。靜電紡絲技術(shù)的基本原理是，置于高壓靜電場中的聚合物液滴會(huì)形成泰勒錐，當(dāng)電場力足夠大，液滴可克服表面張力從泰勒錐錐尖噴射并形成射流，射流在靜電場力、粘滯阻力、表面張力等作用下不斷細(xì)化，最終落在收集裝置上形成納米纖維。傳統(tǒng)的靜電紡絲技術(shù)主要是以空心針頭作為紡絲頭，其紡絲生產(chǎn)能力有限，每個(gè)噴絲針頭通常只能產(chǎn)生一根聚合物噴絲，每個(gè)針每小時(shí)生產(chǎn)纖維量小于300毫克。低下的納米纖維生產(chǎn)效率極大地限制了靜電紡絲技術(shù)的工業(yè)化進(jìn)程。

一種常用的提高靜電紡絲納米纖維產(chǎn)量的方法是運(yùn)用多個(gè)針頭。由于單個(gè)針頭的纖維產(chǎn)量極低，導(dǎo)致要生產(chǎn)達(dá)到市場需求克重的納米纖維，須排列大量的針頭。然而不同的針頭之間存在著電場干擾，限制了它們的最小間距，增大了設(shè)備空間成本。同時(shí)，聚合物的沉積物或者雜質(zhì)容易堵塞針頭，因此紡絲過程的持續(xù)運(yùn)作需要頻繁地清理針頭，使納米纖維產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量都受到影響。

為了增加靜電紡絲的生產(chǎn)效率，多種無針式紡絲頭被引入。Formhals(美國專利US1975504)使用鋸齒狀的轉(zhuǎn)輪作為納米纖維的發(fā)生器，制備得到了纖維素纖維以及醋酸纖維素纖維，并設(shè)計(jì)了干法和濕法紡絲的收集裝置。Reneker等(國際專利WO2000022207)使用一種特殊的環(huán)形柱狀體作為纖維的發(fā)生器，在該裝置中，聚合物黏性液體首先被擠壓到環(huán)形柱狀體末端，然后中心通過氣流使紡絲液形成薄膜，薄膜進(jìn)入電場被進(jìn)一步拉伸形成紡絲射流。Lucas等(國際專利WO2005024101)使用一個(gè)帶電的圓柱體作為纖維的發(fā)生器，在此裝置中，帶電圓柱體的一部分浸沒在聚合物黏性液體中，通過旋轉(zhuǎn)該圓柱體使紡絲液體進(jìn)入到電場中，大量的射流在圓柱體表面形成，最后可在收集器上得到納米纖維。在此基礎(chǔ)上，PETRAS等(國際專利WO2006131081)將帶電圓柱體替換為一系列復(fù)雜的帶電旋轉(zhuǎn)體，與Lucas等人的專利相似，紡絲液體也在其表面形成射流。Tong等(國際專利WO2010043002)公開了一種無針靜電紡紗裝置，包括局部浸沒在聚合物溶液容器內(nèi)的螺旋線形紡絲電極(或紡絲頭)。對電極處于離螺旋電極一定距離的收集器上。容器中的聚合物溶液在螺旋線圈表面形成一層薄膜，進(jìn)入紡絲電極和接收電極之間電場中。當(dāng)電極之間的靜電場強(qiáng)度足夠大可以將溶液拉伸形成泰勒錐時(shí)，在線圈表面一些點(diǎn)處形成納米纖維。納米纖維堆積在收集器表面，形成非織納米纖維氈。

上述多種靜電紡絲裝置均采用開放式的體系，聚合物黏性液體的表面暴露在空氣中，造成大量溶劑揮發(fā)。隨著紡絲過程進(jìn)行，溶液濃度會(huì)越來越大，纖維也隨溶液濃度的增加越來越粗。因而影響納米纖維生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

專利CN104790048公開了一種無針靜電紡絲裝置，該裝置是以直線型狹縫為紡絲頭，并且可以對紡絲頭進(jìn)行加熱，可對聚合物的熔融體進(jìn)行紡絲。世界專利WO2014062627公開了一種制備皮芯結(jié)構(gòu)納米纖維的靜電紡絲裝置。該裝置主要以雙層的直線型狹縫為納米纖維的發(fā)生器。其中一種紡絲液體經(jīng)過內(nèi)層通道進(jìn)入狹縫表面，另一種液體通過外層通道也進(jìn)入狹縫表面，兩種溶液接觸，并在電場力的作用下同時(shí)被拉伸，形成皮芯結(jié)構(gòu)的納米纖維。進(jìn)一步，世界專利WO2015017793公開了一種靜電紡絲裝置，該裝置以直線型狹縫為基礎(chǔ)，改進(jìn)為珠結(jié)型，鋸齒型等不同橫截面形狀的狹縫，紡絲液體在狹縫頂端形成紡絲射流。

上述狹縫靜電紡絲裝置，在沿狹縫方向上的電場分布不均勻，兩端電場強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中間，因此會(huì)造成紡絲過程中，紡絲射流分布不均，進(jìn)而使收集到的納米纖維產(chǎn)品不均勻。而且使用太長的直線狹縫進(jìn)行靜電紡絲很容易兩端放電或中間不出絲的現(xiàn)象。

因此，很有必要提供一種新的制備納米纖維的裝置，所述裝置具有以上所述優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種產(chǎn)生纖維材料均勻性較高的靜電紡納米纖維發(fā)生裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種靜電紡納米纖維發(fā)生裝置，包括纖維發(fā)生器、纖維收集裝置和高電壓發(fā)生器，所述纖維發(fā)生器包括紡絲腔體、噴絲線槽和儲(chǔ)液罐，所述噴絲線槽位于紡絲腔體上，噴絲線槽中間為狹縫，該狹縫連通紡絲腔體內(nèi)部，所述儲(chǔ)液罐連通紡絲腔體，所述噴絲線槽為可以產(chǎn)生均勻電場的迂回曲折結(jié)構(gòu)；所述纖維收集裝置置于噴絲線槽的正上方位置；所述高電壓發(fā)生器具有高壓端和接地端，高壓端插置于紡絲腔體內(nèi)部，接地端連接纖維收集裝置。

作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述噴絲線槽的迂回曲折結(jié)構(gòu)為圓環(huán)形、弧線形、折線形、鋸齒形、矩形、菱形、不規(guī)則彎曲線或以上各種形狀的組合。

作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述噴絲線槽中間的狹縫為連續(xù)縫隙結(jié)構(gòu)、間斷縫隙結(jié)構(gòu)或連續(xù)通孔布置的結(jié)構(gòu)。

作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述間斷縫隙結(jié)構(gòu)的狹縫的間隙間距為1mm至100mm。

作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述噴絲線槽中間的狹縫的間隙寬度為0.5mm至10mm，其長度不小于10mm，其高度不小于0.1mm。

作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述紡絲腔體上具有若干個(gè)噴絲線槽，多個(gè)所述的噴絲線槽的走向相對平行設(shè)置，相鄰兩個(gè)噴絲線槽之間的間距為2mm至1000mm。

作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述噴絲線槽中間的狹縫的出液速率在0.01mL/h/cm至100mL/h/cm。

作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述高電壓發(fā)生器是高壓端和接地端之間的電位差大于30kV。

作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述纖維收集裝置和噴絲線槽之間的距離為10mm至2000mm。

有益效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種靜電紡納米纖維發(fā)生裝置，利用靜電紡絲原理生產(chǎn)納米纖維的裝置；其核心利用纖維發(fā)生器中的噴絲線槽，在高電位差的作用下，從狹縫中噴射出納米纖維，而迂回曲折結(jié)構(gòu)的噴絲線槽結(jié)構(gòu)，不僅有效地抑制了溶劑揮發(fā)引起的紡絲液濃度變化，從而大大提高了納米纖維生產(chǎn)的穩(wěn)定性，提高了所生產(chǎn)納米纖維薄膜的均勻性和生產(chǎn)效率，適于納米纖維的連續(xù)規(guī)?；a(chǎn)。迂回曲折結(jié)構(gòu)能夠有效克服直線狹縫電場兩端高和中間低的不均勻分布的弊端，以及由于電場不均勻分布所導(dǎo)致納米纖維薄膜生產(chǎn)缺陷。具體包括納米纖維薄膜沿經(jīng)向的不均勻性；納米纖維膜兩端紡絲速率大大高于中間部分；纖維薄膜兩邊納米纖維比中間細(xì)。迂回曲折結(jié)果能改善電場在狹縫長度方向的均勻性，從而得到均勻的的納米纖維膜。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為噴絲線槽結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為多個(gè)弧形噴絲線槽的弧面相背排列的示意圖；

圖4為多個(gè)弧形噴絲線槽的弧面相向排列的示意圖；

圖5為弧形噴絲線槽的電場強(qiáng)度分布視圖；

圖6為直線型噴絲線槽的電場強(qiáng)度分布視圖；

圖7為相同長度彎曲狹縫與直線狹縫產(chǎn)生的電場強(qiáng)度示意圖；

圖8為本發(fā)明裝置得到的PVA納米纖維的產(chǎn)量直徑與單根針頭、螺旋線圈紡絲頭的比較；

圖9為本發(fā)明制備得到的PVA納米纖維的掃描電鏡圖像；

圖10為本發(fā)明制備得到的PVA納米纖維的放大視圖；

圖11為折線形噴絲線槽示意圖；

圖12為鋸齒形噴絲線槽示意圖；

圖13為圓環(huán)形噴絲線槽示意圖；

圖14為矩形噴絲線槽示意圖；

圖15為菱形噴絲線槽示意圖；

圖16為間斷式弧形噴絲線槽示意圖；

圖17為大型纖維發(fā)生器的立體圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案。

如圖1所示，本發(fā)明的一種靜電紡納米纖維發(fā)生裝置，包括纖維發(fā)生器、纖維收集裝置5和高電壓發(fā)生器3，所述纖維發(fā)生器包括紡絲腔體1、噴絲線槽2和儲(chǔ)液罐4，所述噴絲線槽2位于紡絲腔體1上，噴絲線槽2中間為狹縫，該狹縫連通紡絲腔體1內(nèi)部，所述儲(chǔ)液罐4連通紡絲腔體1，所述噴絲線槽2為迂回曲折結(jié)構(gòu)；所述纖維收集裝置5置于噴絲線槽2的正上方位置；所述高電壓發(fā)生器3具有高壓端和接地端，高壓端插置于紡絲腔體1內(nèi)部，接地端連接纖維收集裝置5；儲(chǔ)液罐4內(nèi)儲(chǔ)存粘性原料液體，粘性原料液體進(jìn)入噴絲線槽2內(nèi)的狹縫，在電場作用下產(chǎn)生納米纖維，生成的納米纖維均勻地沉積在纖維收集裝置4的表面再進(jìn)行收集，狹縫結(jié)構(gòu)可在外加電場的作用下在表面產(chǎn)生較高強(qiáng)度的電場。

狹縫上電場強(qiáng)度分布取決于狹縫形狀和曲率，曲率大的地方電場強(qiáng)度大。直線狹縫產(chǎn)生的電場分布不均，高強(qiáng)度電場分布在狹縫的兩端，電場強(qiáng)度從兩端到中間呈逐漸遞減趨勢。這樣的分布會(huì)就造成中間區(qū)域由于電場強(qiáng)度太低紡不出絲，而狹縫兩端由于電場強(qiáng)度太高而出現(xiàn)電暈放電。即使在一定條件下中間和兩端均可紡絲，直線狹縫兩端所產(chǎn)生的纖維更細(xì)且產(chǎn)量也更高。這樣會(huì)造成制備的納米纖維無紡布出現(xiàn)兩邊厚中間薄的不均勻問題，以及纖維在無紡布兩邊細(xì)中間部分粗的不均勻性。

當(dāng)狹縫引入了迂回曲折結(jié)構(gòu)時(shí)，這些曲折線具有較大的曲率，能夠提高相應(yīng)區(qū)域的電場強(qiáng)度，縮小狹縫中間和兩端電場強(qiáng)度的差異，從根本上解決了直線狹縫沿長度方向上電場分布不均的問題。均勻分布的電場使沿狹縫長度方向上不僅生產(chǎn)纖維的速率一致、而且纖維細(xì)度也一致，保證了所制備纖維膜厚度與纖維質(zhì)量的均勻性。迂回曲折結(jié)構(gòu)提高了狹縫整體電場強(qiáng)度能夠提高納米纖維的產(chǎn)量降低纖維細(xì)度。而且這種迂回曲折結(jié)構(gòu)也增加了狹縫的有效紡絲長度，增加納米纖維纖維的產(chǎn)量

纖維收集器5可以為各種不同形式，不斷旋轉(zhuǎn)的收集管只是其中一種。可以是平板、帶傳動(dòng)的平板、可轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒或者基布包括編織布、機(jī)織布、無紡布、紙和塑料薄膜。

所述噴絲線槽2的結(jié)構(gòu)為圓環(huán)形、弧線形、折線形、鋸齒形、矩形、菱形、不規(guī)則彎曲線或以上各種形狀的組合，這以彎曲狹縫為基本單元，可以形成多個(gè)單元的組合，有利于大量紡絲生產(chǎn)，相較于直線狹縫，所述彎曲狹縫的兩端與中心電場強(qiáng)度差值較小，電場分布更加均勻，可使其沿狹縫方向均勻地產(chǎn)生納米纖維。

具有彎曲狹縫的噴絲線槽2可以由導(dǎo)電或不導(dǎo)電材料制成。作為其中的一種優(yōu)選模式，彎曲狹縫部分由金屬制成，液槽部分由不導(dǎo)電材料制備。不導(dǎo)電的材料可選用丙烯腈-丁二烯丙烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚酰胺、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯醚、聚砜、聚醚、聚醚醚酮、聚酰亞胺、陶瓷、或木材等。無論采用哪種材料，狹縫形體最好對于靜電紡絲的液體呈惰性(例如不溶解于聚合物溶液)。

本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)一般會(huì)將噴絲線槽2統(tǒng)稱為紡絲頭，使用本發(fā)明裝置生產(chǎn)的納米纖維是在紡絲頭狹縫充滿黏性液體，并利用所述電源在紡絲區(qū)的高電場將溶液拉伸形成大量的泰勒錐，由此形成大量納米纖維。

所述噴絲線槽2中間的狹縫為連續(xù)縫隙結(jié)構(gòu)或間斷縫隙結(jié)構(gòu)或連續(xù)通孔布置的結(jié)構(gòu)。

所述間斷縫隙結(jié)構(gòu)的狹縫的間隙寬度為1mm至100mm。

所述噴絲線槽2中間的狹縫的間隙寬度為0.5mm至10mm，其長度大于10mm，其高度大于0.1mm。

所述紡絲腔體1上具有若干個(gè)噴絲線槽2，多個(gè)所述的噴絲線槽2的走向相對平行設(shè)置，相鄰兩個(gè)噴絲線槽2之間的間距為2mm至1000mm；每個(gè)噴絲線槽2都具有一個(gè)中心軸，各個(gè)噴絲線槽2的中心軸通常相對其它噴絲線槽2的中心軸彼此平行。相鄰噴絲線槽2的間距至少為2mm。

所述噴絲線槽2中間的狹縫的出液速率在0.01mL/h/cm至100mL/h/cm。

所述高電壓發(fā)生器3是高壓端和接地端之間的電位差大于30kV；可產(chǎn)生臨界電場強(qiáng)度或高于臨界電場強(qiáng)度的電位差取決于多種因素，包括紡絲頭和對電極的間距(接收距離)以及黏性液體的物理性質(zhì)。通常情況下，電源用于在帶電電極與對電極之間產(chǎn)生高于30kV的電位差，優(yōu)選高于40kV，更優(yōu)選高于60kV；接收距離或帶電極與對電極之間的間距可影響其間產(chǎn)生的電場、由此裝置生產(chǎn)的納米纖維的尺寸以及產(chǎn)生臨界電場強(qiáng)度的電壓。此外，所述間距還受多個(gè)方面因素的影響，包括紡絲頭與對電極的尺寸、電位差和黏性液體的成份。在一些實(shí)施例中，帶電電極與反電極之間的間距在10mm至1500mm之間。

黏性液體可以是能夠在電場中進(jìn)行靜電紡絲的任何液體。適宜的黏性液體包括聚合物溶液、溶膠-凝膠、顆粒懸液和/或熔體。在一些實(shí)施例中，黏性液體的粘度為1mPa s至100Pa s。黏性液體優(yōu)選的形式為聚合物溶液，通常包括至少一種聚合物和至少一種揮發(fā)溶劑。用于靜電紡絲的黏性液體中的聚合物可以為合成聚合物、天然聚合物和生物高分子、熱塑性聚合物和/或活性聚合物。使用的溶劑最好根據(jù)聚合物的溶解性確定。在一些實(shí)施例中，溶劑可包括水、乙醇、三氯甲烷、二甲基甲酰胺或其他揮發(fā)性液體。靜電紡絲過程中溶劑的揮發(fā)有助于液體固化而形成固體納米纖維。

所述纖維收集裝置5和噴絲線槽2之間的距離為10mm至2000mm。

本發(fā)明的儲(chǔ)液罐4為密閉罐體。儲(chǔ)液罐4一端可與一種推進(jìn)器相連，該推進(jìn)器可將儲(chǔ)液罐4里的粘性液體推進(jìn)至儲(chǔ)液器另一端與噴絲線槽2相連的紡絲腔體1。此時(shí)，噴絲線槽2位于紡絲腔體1上方，粘性液體由紡絲腔體1進(jìn)入噴絲線槽2再進(jìn)入靜電紡絲區(qū)域。反電極與噴絲線槽2的中心軸大致平行并沿噴絲線槽2長度方向延伸。

實(shí)施例1

如圖1所示，本發(fā)明包括的纖維收集裝置5在一驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，例如電機(jī)以40轉(zhuǎn)/分的速度驅(qū)動(dòng)纖維收集裝置5旋轉(zhuǎn)。纖維收集裝置5與高電壓發(fā)生器3的接地極連接，用于接收產(chǎn)生的納米纖維。噴絲線槽2的彎曲狹縫與纖維收集裝置5的距離為200mm。

圖2所示為圖1中紡絲頭更為詳細(xì)的視圖。彎曲狹縫的具體形狀為圓弧形，狹縫的寬度d1為2mm，每個(gè)噴絲線槽2所在的內(nèi)圓的直徑φ2為8mm，外圓的直徑φ1為12mm，噴絲線槽2的狹縫沿X軸向的有效長度d2為100mm，狹縫頂端距離紡絲腔體1的距離h為10mm。紡絲腔體1的長度L為120mm，寬度W為50mm，高度H為20mm。紡絲腔體1一端與高電壓發(fā)生器3相連通，其中聚合物溶液被注射泵由儲(chǔ)液罐4推擠至紡絲腔體1中，這未在圖中顯示。紡絲腔體1與彎曲狹縫的材質(zhì)均為聚丙烯塑料。

在靜電紡絲過程中，電場力是促使聚合物溶液開始紡絲的主要驅(qū)動(dòng)力。圖5展示了采用有商業(yè)軟件COMSOL4.3版本計(jì)算得出的曲線的狹縫的電場強(qiáng)度分布的俯視圖(電壓為70kV)，其弧形噴絲線槽2中間的圓弧和兩端的圓弧具有相似的電場強(qiáng)度。分析表明，電場強(qiáng)度沿彎曲狹縫方向的分布比較均勻。圖6比較了當(dāng)電壓為70kV時(shí)，相同長度的曲線狹縫和直線狹縫沿狹縫方向上的電場強(qiáng)度分布，顯示直線噴絲線槽中間圓弧的電場強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于兩端圓弧的電場強(qiáng)度。如圖7所示，一米長曲線狹縫產(chǎn)生的電場強(qiáng)度數(shù)值明顯要高于直線狹縫，而且電場在曲線狹縫長度方向分布更加均勻，這意味同樣的實(shí)驗(yàn)條件下，曲線狹縫比直線狹縫更容易噴絲，曲線狹縫的納米纖維生產(chǎn)率更高、纖維直徑分布更窄，圖7中所顯示直線狹縫兩端的電場強(qiáng)度沿狹縫的落差為10kV,而彎曲狹縫在相應(yīng)位置的電場強(qiáng)度落差小于2kV。直線狹縫中大的電場強(qiáng)度落差在紡絲過程中會(huì)引起以下問題：狹縫中間不容易出絲或兩端出現(xiàn)放電現(xiàn)象；狹縫中間紡出的纖維比兩端紡出的纖維粗；中間和兩端纖維產(chǎn)量不一致，收集到的纖維膜中間和兩邊厚度不同。

出于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，形成納米纖維所使用的是Sigma-Aldrich生產(chǎn)的聚合物水溶液，粘度為1200mPa s，含有PVA(聚乙烯醇，平均分子量為146,000至186,000，96％水解度)。圖中所示裝置也可以使用其他聚合物溶液生產(chǎn)納米纖維。紡絲腔體1中的聚合物溶液可通過高壓電極與高電壓發(fā)生器3的連接。當(dāng)進(jìn)行紡絲時(shí)，高電壓發(fā)生器3對聚合物溶液充電，使彎曲狹縫與纖維收集裝置5之間產(chǎn)生的電位差為70kV。PVA水溶液的進(jìn)液速率為20mL/h。

本實(shí)施例制備得到的PVA納米纖維經(jīng)過掃描電鏡分析，如圖9、圖10所示。纖維粗細(xì)均勻，表面沒有液滴，納米纖維平均直徑為281nm。

出于比較目的，采用傳統(tǒng)針型靜電紡絲裝置與螺旋線型靜電紡絲裝置，并使用了相同的聚合物溶液生產(chǎn)納米纖維。在傳統(tǒng)針型靜電紡絲裝置中，針的材質(zhì)為不銹鋼，外徑為0.82mm，內(nèi)徑為0.51mm，外加電壓為22kV，接收距離為200mm。在螺旋線型靜電紡絲裝置中，螺旋線的材質(zhì)為不銹鋼，螺旋線的直徑為80mm，線圈之間的間距為20mm，線圈匝數(shù)為50，螺旋線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)速率為40轉(zhuǎn)/分鐘，外加電壓為70kV，接收距離為200mm。圖8顯示了通過上述三種不同的裝置制備的納米纖維的產(chǎn)量與纖維直徑的比較。其中螺旋線圈的纖維產(chǎn)量高于彎曲狹縫，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)不銹鋼針。彎曲狹縫的纖維直徑與螺旋線圈的纖維直徑相當(dāng)，但二者均大于傳統(tǒng)針型靜電紡絲納米纖維。

實(shí)施例2

本實(shí)施例使用的噴絲線槽2參考圖3，圖中所示噴絲線槽2具體為三個(gè)彎曲狹縫的一種平行排列，相鄰兩個(gè)噴絲線槽2的狹縫之間的間隔距離d3為10mm。這種平行排列的規(guī)律是相鄰彎曲狹縫的波峰與波峰相對，波谷與波谷相對。其中每個(gè)彎曲狹縫的參數(shù)均與實(shí)施例1中的參數(shù)相同，且紡絲腔體1的參數(shù)也與實(shí)施例1中的參數(shù)相同。紡絲腔體1材質(zhì)為聚四氟乙烯塑料，彎曲狹縫的材質(zhì)為鋁。

出于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，形成納米纖維所使用的是Sigma-Aldrich生產(chǎn)的聚合物溶液，粘度為1800mPa s，含有PVDF(聚偏氟乙烯，平均分子量為10,000)。進(jìn)行紡絲時(shí)，外加電壓為70kV。PVA水溶液的進(jìn)液速率為均為300mL/h。

本實(shí)施例制備得到的PVDF納米纖維的平均直徑為335nm，平均產(chǎn)量為62g/h。

出于對比目的，參考圖4，本實(shí)施例使用了另一種平行排列的含有3個(gè)彎曲狹縫2的紡絲頭。狹縫之間的間隔距離相同為10mm。這種平行排列的規(guī)律是相鄰彎曲狹縫2的波峰與波谷相對，波谷與波峰相對。其他參數(shù)均相同。制備得到的納米纖維的平均直徑為356nm，平均產(chǎn)量為60g/h。

實(shí)施例3

本實(shí)施例使用的噴絲線槽2參考圖11，圖中所示噴絲線槽2具體為折線型結(jié)構(gòu)，而折線狹縫的半寬d4為10mm，折線狹縫的單個(gè)重復(fù)單元的內(nèi)寬d5為6mm，外寬d6為10mm。紡絲腔體1的參數(shù)與實(shí)施例1相同。紡絲腔體1和彎曲狹縫的材質(zhì)均為聚丙烯塑料。

出于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，形成納米纖維所使用的是Sigma-Aldrich生產(chǎn)的聚合物水溶液，粘度為1200mPa s，含有PVA(聚乙烯醇，平均分子量為146,000至186,000，96％被水解)。圖中所示裝置也可以使用其他聚合物溶液生產(chǎn)納米纖維。當(dāng)進(jìn)行紡絲時(shí)，高電壓發(fā)生器3對聚合物溶液充電，使彎曲狹縫與纖維收集裝置5之間產(chǎn)生的電位差為70kV。PVA水溶液的進(jìn)液速率為200mL/h。

本實(shí)施例制備得到的PVA納米纖維的平均直徑為334nm，平均產(chǎn)量為21g/h。

實(shí)施例4

本實(shí)施例使用的噴絲線槽2參考圖12，圖中所示噴絲線槽2具體為鋸齒型結(jié)構(gòu)，而折線狹縫的半寬d7為10mm，折線狹縫的單個(gè)重復(fù)單元的長度d8為20mm。紡絲腔體1的參數(shù)與實(shí)施例1相同。紡絲腔體1和彎曲狹縫的材質(zhì)均為聚丙烯塑料。

出于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，形成納米纖維所使用的是Sigma-Aldrich生產(chǎn)的聚合物水溶液，粘度為1200mPa s，含有PVA(聚乙烯醇，平均分子量為146,000至186,000，96％被水解)。圖中所示裝置也可以使用其他聚合物溶液生產(chǎn)納米纖維。紡絲腔體1中的聚合物溶液可通過一個(gè)浸沒的電極(未顯示)與高電壓發(fā)生器3連接。當(dāng)進(jìn)行紡絲時(shí)，高電壓發(fā)生器3對聚合物溶液充電，使彎曲狹縫與纖維收集裝置4之間產(chǎn)生的電位差為70kV。PVA水溶液的進(jìn)液速率為200mL/h。

本實(shí)施例制備得到的PVA納米纖維的平均直徑為368nm，平均產(chǎn)量為18g/h。

實(shí)施例5

本實(shí)施例使用的紡絲頭參考圖13，圖中所示噴絲線槽2具體為圓環(huán)型狹縫結(jié)構(gòu)，而每個(gè)圓環(huán)狹縫單元之間的間距d9為10mm，圓環(huán)型狹縫的單個(gè)重復(fù)單元的內(nèi)徑φ3為6mm，外徑φ4為10mm。紡絲腔體1的參數(shù)與實(shí)施例1相同。紡絲腔體1和彎曲狹縫的材質(zhì)均為聚丙烯塑料。

出于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，形成納米纖維所使用的是Sigma-Aldrich生產(chǎn)的聚合物水溶液，粘度為1200mPa s，含有PVA(聚乙烯醇，平均分子量為146,000至186,000，96％被水解)。圖中所示裝置也可以使用其他聚合物溶液生產(chǎn)納米纖維。紡絲腔體1中的聚合物溶液可通過一個(gè)浸沒的電極(未顯示)與高電壓發(fā)生器3連接。當(dāng)進(jìn)行紡絲時(shí)，高電壓發(fā)生器3對聚合物溶液充電，使彎曲狹縫與纖維收集裝置4之間產(chǎn)生的電位差為70kV。PVA水溶液的進(jìn)液速率為200mL/h。

本實(shí)施例制備得到的PVA納米纖維的平均直徑為286nm，平均產(chǎn)量為26g/h。

實(shí)施例6

本實(shí)施例使用的噴絲線槽2參考圖14，圖中所示噴絲線槽2具體為矩形狹縫組成，而矩形狹縫的每個(gè)單元之間的距離d12為10mm，矩形狹縫的單個(gè)重復(fù)單元的內(nèi)寬d11為8mm，內(nèi)長d10為8mm，外寬d13為10mm。紡絲腔體1的參數(shù)與實(shí)施例1相同。紡絲腔體1和彎曲狹縫的材質(zhì)均為聚丙烯塑料。

出于實(shí)驗(yàn)?zāi)康模纬杉{米纖維所使用的是Sigma-Aldrich生產(chǎn)的聚合物水溶液，粘度為1200mPa s，含有PVA(聚乙烯醇，平均分子量為146,000至186,000，96％被水解)。圖中所示裝置也可以使用其他聚合物溶液生產(chǎn)納米纖維。紡絲腔體1中的聚合物溶液可通過一個(gè)浸沒的電極(未顯示)與高電壓發(fā)生器3連接。當(dāng)進(jìn)行紡絲時(shí)，高電壓發(fā)生器5對聚合物溶液充電，使彎曲狹縫與纖維收集裝置5之間產(chǎn)生的電位差為70kV。PVA水溶液的進(jìn)液速率為200mL/h。

本實(shí)施例制備得到的PVA納米纖維的平均直徑為312nm，平均產(chǎn)量為28g/h。

實(shí)施例7

本實(shí)施例使用的噴絲線槽2參考圖15，圖中所示噴絲線槽2具體為菱形結(jié)構(gòu)，而菱形狹縫的每個(gè)單元的長d14為10mm，高d16為10mm，菱形狹縫的單個(gè)重復(fù)單元的之間的間距d15為10mm。紡絲腔體1的參數(shù)與實(shí)施例1相同。紡絲腔體1和彎曲狹縫的材質(zhì)均為聚丙烯塑料。

出于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，形成納米纖維所使用的是Sigma-Aldrich生產(chǎn)的聚合物水溶液，粘度為1200mPa s，含有PVA(聚乙烯醇，平均分子量為146,000至186,000，96％被水解)。圖中所示裝置也可以使用其他聚合物溶液生產(chǎn)納米纖維。紡絲腔體1中的聚合物溶液可通過一個(gè)浸沒的電極(未顯示)與高電壓發(fā)生器3連接。當(dāng)進(jìn)行紡絲時(shí)，高電壓發(fā)生器3對聚合物溶液充電，使彎曲狹縫與纖維收集裝置5之間產(chǎn)生的電位差為70kV。PVA水溶液的進(jìn)液速率為200mL/h。

本實(shí)施例制備得到的PVA納米纖維的平均直徑為390nm，平均產(chǎn)量為19g/h。

實(shí)施例8

本實(shí)施例使用的噴絲線槽2參考圖16。彎曲狹縫的具體形狀為圓弧形結(jié)構(gòu)，狹縫的寬度d1為2mm，每個(gè)圓弧所在的內(nèi)圓的直徑φ2為8mm，外圓的直徑φ1為12mm，狹縫沿X軸向的有效長度d2為1000mm，狹縫頂端距離紡絲腔體1的距離h為10mm。紡絲腔體1的長度L為1200mm，寬度W為50mm，高度H為30mm。彎曲狹縫的材質(zhì)均為鋁。

出于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，形成納米纖維所使用的是Sigma-Aldrich生產(chǎn)的聚合物溶液，粘度為1400mPa s，含有PAN(聚丙烯腈，平均分子量為100000)。圖中所示裝置也可以使用其他聚合物溶液生產(chǎn)納米纖維。當(dāng)進(jìn)行紡絲時(shí)，高電壓發(fā)生器3對聚合物溶液充電，使彎曲狹縫與纖維收集裝置5之間產(chǎn)生的電位差為70kV。PVA水溶液的進(jìn)液速率為200mL/h。

本實(shí)施例制備得到的PVA納米纖維的平均直徑為390nm，平均產(chǎn)量為48g/h。

圖17是長度為一米的大型纖維發(fā)生器的立體圖，其彎曲狹縫的具體形狀為圓弧形結(jié)構(gòu)。