本發(fā)明涉及靜電紡絲裝置，尤其是涉及自主式多噴頭氣泡靜電紡絲裝置。

背景技術(shù)：

通過靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維材料是近十幾年來世界材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的最重要的學(xué)術(shù)與技術(shù)活動(dòng)之一。靜電紡絲技術(shù)以結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適用性高、工藝可控等優(yōu)點(diǎn)，已成為一種可靠制備納米纖維的方法。靜電紡絲技術(shù)材料兼容性高，利用此技術(shù)已經(jīng)制備了種類豐富的納米纖維，包括有機(jī)、有機(jī)/無機(jī)復(fù)合和無機(jī)納米纖維。

目前，傳統(tǒng)的靜電紡絲采用的是單個(gè)紡絲噴頭進(jìn)行靜電紡絲，所產(chǎn)生的的射流只有一根，生產(chǎn)率過低，僅為0.01～0.1g/h，極大地影響到其產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化。近年來，研究人員針對(duì)這一問題，提出了兩種提高產(chǎn)量的方法，一是多噴頭靜電紡絲，二是無噴頭的多射流靜電紡絲，這兩種方法產(chǎn)量比傳統(tǒng)的電紡產(chǎn)量提高近一個(gè)數(shù)量級(jí)。在無噴頭的多射流靜電紡絲中，氣泡靜電紡絲是其典型代表，依靠氣體在溶液中產(chǎn)生的氣泡爆裂產(chǎn)生多條紡絲射流，極大的提高紡絲效率。但是在這種方式下，纖維是靠氣泡爆裂產(chǎn)生，且氣泡在溶液中的位置具有不確定性，導(dǎo)致紡絲射流具有較大的不穩(wěn)定性，難以形成均勻的纖維，嚴(yán)重影響納米纖維的質(zhì)量，使其纖維的應(yīng)用范圍受到極大的限制。所以解決氣泡靜電紡絲穩(wěn)定性和設(shè)計(jì)合理收集裝置進(jìn)一步提高紡絲效率和質(zhì)量成為研究的難題。

傳統(tǒng)的靜電紡絲采用的是單根紡絲噴頭進(jìn)行纖維的制備，效率較低，無法實(shí)現(xiàn)纖維的批量化生產(chǎn)。目前提高靜電紡絲納米纖維效率的方法主要是采用多紡絲噴頭進(jìn)行靜電紡絲(Theron S A,Yarin A L,Zussman E,et al.Multiple jets in electrospinning:experiment and modeling[J].Polymer,2005,46(9):2889-2899)，并且大多數(shù)采用的是對(duì)多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的注射紡絲噴頭進(jìn)行組裝，靠機(jī)械力的推動(dòng)擠出溶液或熔體，靠電場(chǎng)力的拉伸進(jìn)行紡絲。但是，標(biāo)準(zhǔn)的注射噴頭的噴絲口直徑大多處于微米級(jí)，用這種噴頭進(jìn)行靜電紡絲，容易因溶劑揮發(fā)或熔體固化速度過快而導(dǎo)致噴頭的阻塞，造成紡絲制備的中斷，影響生產(chǎn)效率，同時(shí)需要更換噴頭和對(duì)噴頭進(jìn)行清洗，造成紡絲效率的降低，紡絲成本的提高。并且，對(duì)于粘度較高的溶液或熔體，由于溶液或熔體的表面張力大，難以克服表面張力形成噴射細(xì)流，目前解決的方法主要是采用提高加在噴頭上的直流電壓，使得溶液或熔體在噴頭處的溶液克服表面張力形成噴射細(xì)流，但是過高的電壓容易造成空氣的電離。在靜電紡絲過程中，除了上述的利用電場(chǎng)力克服溶液的表面張力的方法之外，采用外力干擾也是一種有效破壞溶液的表面張力的方法。其中，采用機(jī)械振動(dòng)可以增強(qiáng)溶液的流動(dòng)性，采用外物接觸溶液表面，可以刺破表面，克服表面張力，均是有效破壞表面張力的途徑。目前有采用超聲波震蕩的方式使溶液處于動(dòng)態(tài)流動(dòng)狀態(tài)，克服溶液表面張力形成多射流。但是在靜電紡絲過程中，駐波的位置會(huì)偏移，泰勒錐形成的位置和方向不固定，射流和形成的纖維的均勻性較低，射流之間容易發(fā)生干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供引入氣流形成氣泡膜，同時(shí)通過金屬電極組往復(fù)運(yùn)動(dòng)，自主式刺破氣泡，促進(jìn)射流的高效、穩(wěn)定的噴射，形成均勻排列纖維的自主式多噴頭氣泡靜電紡絲裝置。

本發(fā)明設(shè)有電源、多噴頭頂蓋、收集板、供液裝置、底蓋、氣泵、供氣通道、電動(dòng)伸縮推桿和金屬電極組；所述供液裝置通過軟管與多噴頭頂蓋連接；多噴頭頂蓋上端內(nèi)部設(shè)有溶液槽，多噴頭頂蓋內(nèi)表面設(shè)有7個(gè)噴嘴；多噴頭頂蓋設(shè)在收集板下方，金屬電極組與電動(dòng)伸縮推桿連接，電動(dòng)伸縮推桿驅(qū)動(dòng)金屬電極組上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；多噴頭頂蓋下端設(shè)有底蓋，氣泵通過供氣通道與底蓋連接；所述底蓋設(shè)有氣道接口，電源正極通過導(dǎo)線與溶液槽連接，電源負(fù)極接地；收集板接地。

所述金屬電極組可由7個(gè)等間距并排的電極組成，每個(gè)電極直徑為0.2～1mm，電極尖端有10°～30°的錐度。

所述電動(dòng)伸縮推桿行程可為0～100mm。

所述溶液槽中溶液高于噴嘴2～4mm，供液裝置供液速度為0～1000ml/h可調(diào)。

所述多噴頭頂蓋上的7個(gè)噴嘴之間等間距，每個(gè)噴嘴的內(nèi)徑為0.3～1.5mm。

所述電源可采用高壓電源。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于噴嘴處的溶液在氣體的作用下形成氣泡膜，而不破裂，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的金屬電極組自主式刺破氣泡膜，可形成穩(wěn)定的紡絲射流，促進(jìn)纖維的穩(wěn)定均勻排列，同時(shí)裝置具有多個(gè)噴嘴和電極，提高紡絲的生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。

在圖1中，各標(biāo)記為：電源1、多噴頭頂蓋2、收集板3、噴嘴4、溶液槽5、供液裝置6、帶氣道接頭的底蓋7、氣泵8、供氣通道9、電動(dòng)伸縮推桿10、金屬電極組11。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有電源1、多噴頭頂蓋2、收集板3、噴嘴4、溶液槽5、供液裝置6、帶氣道接頭的底蓋7、氣泵8、供氣通道9、電動(dòng)伸縮推桿10、金屬電極組11。供液裝置6通過軟管與多噴頭頂蓋7連接；多噴頭頂蓋7上端內(nèi)部設(shè)有溶液槽5，內(nèi)表面設(shè)有7個(gè)噴嘴4；多射頭頂蓋2設(shè)在收集器3下方，金屬電極組11與電動(dòng)伸縮推桿10連接，驅(qū)動(dòng)金屬電極組11上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；多噴頭頂蓋2下端設(shè)有帶氣道接頭的底蓋7，氣泵8通過供氣通道9與帶氣道接口的底蓋7連接；電源1正極通過導(dǎo)線與溶液槽5連接，電源1負(fù)極接地；收集板3接地。

在開始進(jìn)行靜電紡絲之前，需將收集板3放置在多噴頭頂蓋2的上方，控制收集板3與多噴頭頂蓋2的最小距離大于50mm。開始靜電紡絲時(shí)，開啟氣泵8，提供微弱氣流，打開供液裝置6，將靜電紡絲溶液注入到溶液槽5內(nèi)，當(dāng)溶液與噴嘴4高度差高于2mm時(shí)，加大氣泵8的氣壓，使溶液在噴嘴4處形成氣泡膜，打開電動(dòng)伸縮推桿10驅(qū)動(dòng)金屬電極組11向上運(yùn)動(dòng)，刺破氣泡膜，在高壓電場(chǎng)的作用下形成射流。待刺破氣泡后，驅(qū)動(dòng)金屬電極組11向下運(yùn)動(dòng)，噴嘴4處溶液在供液裝置6的供給下，覆蓋噴嘴4，形成氣泡膜，金屬電極組11往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不斷刺破形成的氣泡膜，高效穩(wěn)定地產(chǎn)生紡絲射流，促進(jìn)纖維的穩(wěn)定均勻排列收集。