CN108385176A - 一种鸭嘴状静电纺丝装置及静电纺丝方法 - Google Patents

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    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
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    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
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Abstract

本发明公开了本发明涉及一种鸭嘴状静电纺丝装置及静电纺丝方法，该装置包括鸭嘴状喷丝头和供液装置。所述鸭嘴状喷丝头的鸭嘴状终端有一条狭窄的缝隙；所述的供液装置是由一个数控微量注射泵和一个注射器组成，其输出端与鸭嘴状喷头的一端相连；所述的数控微量注射泵控制纺丝前驱液的流速和流量。该静电纺丝方法是：将鸭嘴状喷丝头外壳上连接高压正极，通过数控微量注射泵向竖直放置的鸭嘴状喷头中持续注入纺丝高聚物溶液，当溶液充满鸭嘴状喷头终端的缝隙，开始静电纺丝，通过收集装置收集，获得静电纺纳米纤维。本发明装置简单，喷头不易堵塞，容易清洗，稳定性好；本发明可以显著提高纺丝效率和静电纺纳米纤维产量。

Description

一种鸭嘴状静电纺丝装置及静电纺丝方法
技术领域
本发明涉及一种鸭嘴状静电纺丝装置及静电纺丝方法，属于静电纺丝和纺织机械技术领域。
背景技术
静电纺丝是制备纳米纤维材料的最有效方式之一，相比于拉伸法、模板合成法、自组装等纳米材料的制备技术，静电纺丝具有操作简单、制备流程短、材料选择广泛等优点。而与传统纺织纤维材料相比，纳米纤维材料由于极小的尺度，拥有许多在大尺度下难以展现的特性，比如明显的表面与界面效应，特有的小尺寸效应，极大的比表面积和极高的孔隙率等。因此纳米纤维材料拥有更广泛的应用领域，比如在空气过滤，油水分离，医用辅料，组织工程支架等方向，纳米纤维材料都发挥着令整个行业为之瞩目的作用，使其拥有非常光明的应用前景。
传统的静电纺丝装置以单针头或多针头为主，但是该两种装置都存在产量低的缺陷，难以满足产业所需的生产量。近年来，设计改造静电纺丝装置，提高其纳米纤维的产量已经成为静电纺丝技术领域的一大研究热点。在全世界范围内，批量化生产静电纺纳米纤维的装置和方法也井喷式地不断涌现。中国专利ZL 201310032194.9公开了一种伞状静电纺丝喷头及静电纺丝方法，这是一种自由液面式纺丝，可以实现静电纺纳米纤维的批量化制备，但其最大的不足是液面与空气环境接触面积过大，使得溶剂极易挥发，从而影响纺丝的稳定性；中国专利ZL 201510278266.7公开了一种喷气辅助多针头静电纺丝装置，该装置可以提高纳米纤维单位时间内的产量，但容易发生针头堵塞的问题，并且密集的针头之间容易发生电场的干扰。
因此，发明一种装置简单，清理方便，能稳定产生多根射流的，并且能够充分利用溶液避免溶剂大量挥发的静电纺丝喷头是尤为必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是目前无针式静电纺丝喷头装置复杂，生产过程不稳定，溶液利用不充分，溶剂易挥发等。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：提供一种鸭嘴状静电纺丝装置，其特征在于，包括鸭嘴状喷丝头，鸭嘴状喷丝头的顶部设有喷口，底部通过软管与供液装置连接，鸭嘴状喷丝头的外壳与高压发生器的正电极连接。
优选地，所述供液装置包括相互连接的注射器与数控微量注射泵。
优选地，所述鸭嘴状喷丝头的上部为鸭嘴状，下部为圆柱体，其底面直径为100-150mm。
优选地，所述鸭嘴状喷丝头由一个中空圆柱体从中段向上加压加工制成，该中空圆柱体的长度为300-500mm。
优选地，所述鸭嘴状喷丝头顶部喷口的宽度为1-3mm。
优选地，所述鸭嘴状喷丝头的材质为黄铜
本发明还提供了一种静电纺丝方法，其特征在于，采用上述鸭嘴状静电纺丝装置，打开供液装置向鸭嘴状喷丝头内注入溶液，待溶液液面上升至鸭嘴状喷丝头的喷口时，打开高压发生器，增加电压，当电压超过临界值时，从喷口中产生多根射流，开始静电纺丝过程，通过收集装置接收，形成纳米纤维。
本发明采用的喷丝头，是无针式缝隙铜制喷头，喷头结构简单不易发生堵塞的现象；缝隙狭窄，溶液裸露面积小，溶液利用率高，溶剂挥发量少；溶液处于相对的静止状态，纺丝过程稳定，在一条缝隙中将产生多根纺丝射流，提升了纺丝效率，提高了产量，实现静电纺纳米纤维稳定连续的批量化制备。本发明可以有效地解决自由液面喷头溶剂易挥发，溶液利用率低等问题，克服无针式喷头装置复杂，纺丝过程不稳定等缺陷。
采用本发明装置进行静电纺丝，实现了静电纺纳米纤维的批量化生产，在长条形缝隙中持续稳定地喷出多根射流，极大提高溶液利用率，减少溶剂挥发，提高静电纺丝产量。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明的喷头装置简单，不易堵塞，容易清洗，稳定性好；
(2)本发明的静电纺丝方法溶液利用率高，溶剂挥发量少，提高了生产效率和静电纺丝产量。
附图说明
图1为实施例提供的鸭嘴状静电纺丝装置的结构示意图；
图2为鸭嘴状喷丝头的俯视图；
图3为鸭嘴状喷丝头上半部分的截面示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例
如图1-3所示，为本实施例提供的鸭嘴状静电纺丝装置的结构示意图，其包括鸭嘴状喷丝头2，鸭嘴状喷丝头2的顶部设有喷口，底部通过软管4与供液装置连接，鸭嘴状喷丝头2的外壳与高压发生器3的正电极连接。供液装置包括相互连接的注射器5与数控微量注射泵6。鸭嘴状喷丝头1的上部为鸭嘴状，下部为圆柱体，其底面直径为100-150mm。鸭嘴状喷丝头1由一个中空圆柱体从中段向上加压加工制成，该中空圆柱体的长度为300-500mm。鸭嘴状喷丝头2顶部喷口的宽度为1-3mm。鸭嘴状喷丝头2的材质为黄铜。
一种静电纺丝方法：
溶液选用质量浓度为10％的聚丙烯腈(PAN)的N，N二甲基甲酰胺(DMF)溶液。
将配置好的聚合物溶液装入注射器5中，打开数控微量注射泵6，高聚物溶液经过软管4注入到鸭嘴状喷丝头2中，待溶液液面上升至鸭嘴状喷丝头2的喷口时，打开高压发生器3，缓慢调节电压至50-55kV，当电压超过临界值时，从喷口中产生多根射流1，开始静电纺丝过程，利用距离喷丝头2顶部20cm的接收装置进行接收，获得静电纺纳米纤维。

Claims (7)

1.一种鸭嘴状静电纺丝装置，其特征在于，包括鸭嘴状喷丝头(2)，鸭嘴状喷丝头(2)的顶部设有喷口，底部通过软管(4)与供液装置连接，鸭嘴状喷丝头(2)的外壳与高压发生器(3)的正电极连接。
2.如权利要求1所述的鸭嘴状静电纺丝装置，其特征在于，所述供液装置包括相互连接的注射器(5)与数控微量注射泵(6)。
3.如权利要求1所述的鸭嘴状静电纺丝装置，其特征在于，所述鸭嘴状喷丝头(1)的上部为鸭嘴状，下部为圆柱体，其底面直径为100-150mm。
4.如权利要求1所述的鸭嘴状静电纺丝装置，其特征在于，所述鸭嘴状喷丝头(1)由一个中空圆柱体从中段向上加压加工制成，该中空圆柱体的长度为300-500mm。
5.如权利要求1所述的鸭嘴状静电纺丝装置，其特征在于，所述鸭嘴状喷丝头(2)顶部喷口的宽度为1-3mm。
6.如权利要求1所述的鸭嘴状静电纺丝装置，其特征在于，所述鸭嘴状喷丝头(2)的材质为黄铜。
7.一种静电纺丝方法，其特征在于，采用权利要求1-6任意一项所述的鸭嘴状静电纺丝装置，打开供液装置向鸭嘴状喷丝头(2)内注入溶液，待溶液液面上升至鸭嘴状喷丝头(2)的喷口时，打开高压发生器(3)，增加电压，当电压超过临界值时，从喷口中产生多根射流(1)，开始静电纺丝过程，通过收集装置接收，形成纳米纤维。
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CN109537072A (zh) * 2018-12-29 2019-03-29 李瑞锋 一种喷口大小可调静电纺丝装置及静电纺丝方法
CN110670155A (zh) * 2019-09-20 2020-01-10 上海松冒实业有限公司 一种花瓣形纳米纤维生产装置与方法
CN114351264A (zh) * 2021-11-19 2022-04-15 东华大学 一种柔性金属氢氧化物纳米纤维材料的连续化生产***

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