一種制備納米纖維的噴嘴及其設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及是一種制備納米纖維的噴嘴及其設(shè)備，特別是一種通過靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維的噴嘴及其設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電紡絲技術(shù)是利用靜電力從溶液中制備超細(xì)纖維或者紗線，通常在納米到微米尺寸。液滴在電場作用下帶電荷，靜電力會中和表面張力使液滴發(fā)生變形，當(dāng)靜電力大于表面張力到一定程度后，液滴會形成噴射細(xì)流，細(xì)流在噴射過程中分裂并且溶劑蒸發(fā)，最終得到納米纖維。在噴出細(xì)流的地方會形成泰勒錐。如果液滴的分子間作用力足夠大，細(xì)流就不會分裂，會形成一束帶電細(xì)流。
[0003]圖1是現(xiàn)有靜電紡絲設(shè)備10示意圖。設(shè)備10通常包括一個高壓電源12，一個注射器20，其針頭14和高壓電源12連接，以及一個接收對電極16。用于紡絲的高分子溶液放置于注射液20中。
[0004]靜電紡絲時，在高分子溶液18上施加高壓使針尖處的液滴極化帶電。針尖處的液滴由于靜電力牽引向接收對電極16移動，形成圓錐形的泰勒錐。當(dāng)靜電力大于高分子溶液的表面張力，溶液從泰勒錐的尖端噴出形成細(xì)流。帶電細(xì)流在靜電力的牽引下拉伸成超細(xì)纖維22，最終收集在接收對電極16上。
[0005]靜電紡絲用液體包括高分子溶液、溶膠凝膠、特殊懸浮液和熔融液等，可以裝載在注射器20中。液體一般通過注射泵以固定流速從針尖14流出。
[0006]靜電紡絲技術(shù)難以大規(guī)模生產(chǎn)纖維。現(xiàn)有靜電紡絲技術(shù)缺點包括生產(chǎn)效率低和針頭容易堵塞。
[0007]另外，電暈放電是現(xiàn)有靜電紡絲技術(shù)的一個主要問題，尤其使用不具有導(dǎo)電性的高分子溶液和熔融液時。電荷以較高的傳輸速率從針頭到紡絲液是靜電紡絲過程的基本要求，通過增加針頭和收集裝置間的電壓可以實現(xiàn)。但高壓情況下的電暈放電一般發(fā)生在電荷聚集最多的地方，比如尖端。因此圖1中設(shè)計的尖針形狀極易產(chǎn)生電暈放電現(xiàn)象。
[0008]因此，有必要提供一種新型的制備納米纖維的噴嘴及其設(shè)備來解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)效率高、電暈放電少的制備納米纖維的噴嘴及其設(shè)備。
[0010]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)上述目的:一種制備納米纖維的噴嘴，包括帶有空腔的殼鞘、至少一個使液體進(jìn)入所述空腔的液體入口、至少一個使液體離開所述空腔的放電出口以及一個容置在所述空腔內(nèi)部的用于將電荷傳輸?shù)揭后w中的緩沖極化器，所述緩沖極化器的比表面積至少為5 m2 /kg。
[0011]進(jìn)一步的，所述放電出口位于所述殼鞘的平坦外表面上。
[0012]進(jìn)一步的，所述殼鞘設(shè)有與所述緩沖極化器連接的導(dǎo)電端口。
[0013]進(jìn)一步的，所述殼鞘為導(dǎo)電材料和非導(dǎo)電材料中的一種或兩種。
[0014]進(jìn)一步的，所述液體入口設(shè)有用于預(yù)存液體的儲存空間。
[0015]一種制備納米纖維的設(shè)備，包括噴嘴、電源、用于將液體輸送到所述噴嘴的輸送裝置和用于接收所述噴嘴中噴出的纖維的接收裝置，所述噴嘴包括帶有空腔的殼鞘、至少一個使液體進(jìn)入所述空腔的液體入口、至少一個使液體離開所述空腔的放電出口以及一個容置在所述空腔內(nèi)部的用于將電荷傳輸?shù)揭后w中的緩沖極化器，所述緩沖極化器的比表面積至少為5 m2 /kg，所述電源設(shè)有正負(fù)極兩個端口，其中一端連接到所述緩沖極化器，另一端連接到所述接收裝置。
[0016]進(jìn)一步的，所述電源為高壓直流電源。
[0017]進(jìn)一步的，所述液體輸送裝置包括用于加熱液體的加熱裝置。
[0018]進(jìn)一步的，所述加熱裝置采用紅外線加熱方式。
[0019]進(jìn)一步的，所述液體輸送裝置包括螺桿和用于驅(qū)動所述螺桿的馬達(dá)。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備納米纖維的噴嘴及其設(shè)備的有益效果是:通過設(shè)置高比表面積的緩沖極化器提高生產(chǎn)效率、將放電出口設(shè)于殼鞘的平坦外表面上，減少電暈放電現(xiàn)象。
【附圖說明】
[0021]圖1是傳統(tǒng)靜電紡絲設(shè)備示意圖。
[0022]圖2是一種制備納米纖維的噴嘴的截面圖。
[0023]圖3a是一種制備納米纖維的噴嘴的截面圖。
[0024]圖3b是圖3b的俯視圖。
[0025]圖4是一種制備納米纖維的噴嘴的截面圖。
[0026]圖5a是一種制備納米纖維的噴嘴的截面圖。
[0027]圖5b是圖5a的俯視圖。
[0028]圖6a是一種制備納米纖維的噴嘴的截面圖。
[0029]圖6b是圖6a的俯視圖。
[0030]圖7a是一種制備納米纖維的噴嘴的截面圖。
[0031]圖7b是圖7a的俯視圖。
[0032]圖8是一種制備納米纖維的設(shè)備的示意圖。
【具體實施方式】
[0033]圖2是實施例1，用于靜電紡絲制備纖維的噴嘴30的示意圖。噴嘴30通常包括一個殼鞘32和一個空腔34。
[0034]殼鞘32上有一個液體入口 36，紡絲液體通過其進(jìn)入空腔34。殼鞘32上還有一個放電出口 38，液體通過其離開空腔34。
[0035]噴嘴30還包括一個緩沖極化器40，放置于空腔34中間，紡絲時通過極化器將電荷高效傳輸?shù)娇涨?4內(nèi)的液體中。重要的是，極化器的結(jié)構(gòu)尺寸使電極比表面積至少為5 Hf/kg。
[0036]一種合適的極化器40有很大的比表面積，可以簡單快速地將電荷傳輸?shù)娇涨?4內(nèi)的液體中。極化器的結(jié)構(gòu)類型包括:線、網(wǎng)、柵格、泡沫、海綿、布、編織物、鰭狀物、平行板、粘連粉末結(jié)構(gòu)、交織材料等。
[0037]殼鞘可以用任何合適的導(dǎo)電或者非導(dǎo)電材料，或者兩者共存的材料，例如金屬、塑料、陶瓷、巖石、木材、紙張、竹子等。同樣的，極化器40是一個多孔的高比表面積的例子，其可以在液體流入空腔34時與液體充分接觸。殼鞘32和極化器40也可以制備成一個整體使用，例如用3D打印技術(shù)、鑄造技術(shù)等。本發(fā)明公開的實施例可以提高擊穿電壓至高于空氣中的擊穿極限(大約每厘米20千伏)，而且殼鞘材料可以導(dǎo)電也可以不導(dǎo)電。
[0038]極化器40可以有不同的配置和排布，紡絲時可以調(diào)節(jié)液體流過空腔34時的流速。實施例中，極化器40優(yōu)化設(shè)置可以使液體以恒定流速流經(jīng)極化器40的內(nèi)外表面，使流入空腔34的液體均勻極化。
[0039]實施例中，為了使紡絲液以恒定流速流動，圖3a中的實施例在液體入口 36處預(yù)留了一個液體儲存空間，液體充滿后再進(jìn)入空腔34。
[0040]實施例中，殼鞘32還有一個電極端口 44，通過其將極化器40和外部電源連接。因此，當(dāng)端口 44連接高壓電源的正極時紡絲液被極化帶正電，當(dāng)端口 44連接高壓電源的負(fù)極時紡絲液帶負(fù)電。后面會做詳細(xì)描述。
[0041]放電出口 38開在殼鞘的平坦外表面42上，紡絲時可以減少電暈放電。前面已經(jīng)提到，傳統(tǒng)靜電紡絲系統(tǒng)的一個主要問題就是使用針頭形噴嘴會導(dǎo)致電暈放電。本發(fā)明公開的在殼鞘32相對平坦的表面42開一個放