[发明专利]连续式纳米纤维网的静电纺装置及纳米纤维网的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纺织设备技术领域，涉及一种纺丝装置，具体涉及一种连续式纳米纤维网的静电纺装置，本发明还涉及利用该装置制备纳米纤维网的方法。

背景技术

目前，制备纳米纤维的主要方法有拉伸法、模板合成法、微相分离法、自组装法和静电纺丝法等，其中静电纺丝法由于其操作简单、适用范围广、成本低和不改变溶液自身特性而日益受到关注。所谓静电纺丝，就是指带电荷的高分子溶液或熔体在高压电场中流动与变形，然后经溶剂挥发或熔体冷却而固化，最后得到纤维状物质。相对于传统的力学牵伸纺丝，静电纺丝更适合于制备超细纤维，因为纤维伸长依赖的是一种非接触式的牵拉方式，即外加电场作用。

常规单针头静电纺工艺获得的纳米纤维网的面积非常有限，而且外观通常为圆环状，限制了静电纺纳米纤维网的应用范围。为了拓宽静电纺纳米纤维网的应用领域，目前主要有以下两种方式：一是使用多针头形成多股射流，针头的分布状态可以是线性分布，也可以是二维分布；二是不用针头，而使用多孔管、磁场或者裂缝形成多股射流进行静电纺。

另外，有学者利用线性排列的四支针头进行静电纺制备纳米纤维网，或者利用线性排列的七支和九支针头进行静电纺，研究了射流在多针头静电纺过程中的形态。结果发现：中心和外围的针头喷射射流的形态(比如鞭动方向和泰勒锥形态)不同，即中心处的射流运动轨迹类似于单针头静电纺，而外围处的射流中心线发生侧向偏移。为解决以上问题，利用椭圆形和圆形分布的多支针头进行静电纺，相比于线性分布，改善了工艺稳定性，并且一定程度上提高了加工效率。也有学者利用电场和磁场在聚合物溶液表面形成射流尖端进行无针头式静电纺，这种工艺可以在单位平方厘米面积上形成26股射流，相对于多针头静电纺，产量相对较高。

但上述方法存在如下缺陷：对于多针头方式，由于针头之间的距离较近，使得射流之间易形成静电干扰，且针头的数量和位置固定，无法根据实际需要进行更改，获得的纳米纤维网的质量较为单一。对于无针头方式，由于形成的泰勒锥凸起不稳定且大小不一，获得的纳米纤维的直径均匀性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续式纳米纤维网的静电纺装置，解决了现有装置获得的纳米纤维网质量较为单一，纳米纤维的直径均匀性较差的问题。

本发明的另一目的是提供利用上述装置制备纳米纤维网的方法。

本发明所采用的技术方案是，一种连续式纳米纤维网的静电纺装置，包括由调节支架固定支撑的橡胶板，橡胶板的表面上开有针孔，和针孔位置对应在橡胶板的下方设置有由控制面板驱动并调节的环形网带，环形网带的内部设置有加热管，还包括喷射组件，喷射组件包括依次连接的表面夹持有金属夹子的金属针头、PTFE导液管和注射器，金属夹子通过导线和直流高压发生器的正极相连接，注射器夹持在微量注射泵上，金属针头插在对应的针孔内。

本发明所采用的另一技术方案是，一种利用连续式纳米纤维网的静电纺装置制备纳米纤维网的方法，具体按照以下步骤实施：

调整调节支架，使得金属针头与环形网带之间为合适距离，通过控制面板控制环形网带旋转，通过加热器设置环形网带的温度，将纺丝溶液注入到注射器内，开启微量注射泵，注射器内的纺丝溶液从注射器流出，通过PTFE导液管从金属针头顶端形成球状液滴，开启直流高压发生器控制金属针头的电压，金属针头与环形网带之间形成静电场，从球状液滴喷出射流，喷向环形网带，一段时间后，在环形网带上得到连续式纳米纤维网。

本发明的特点还在于，

其中的针孔设置有两个或两个以上；

其中的喷射组件设置有两组或两组以上，喷射组件中的金属夹子之间通过导线串联；

其中的金属针头与环形网带之间的距离为50mm-300mm；

其中的将纺丝溶液注入到注射器内，是在温度为室温、相对湿度为40％-70％的条件下进行的；

其中的直流高压发生器控制金属针头的电压为15kV-50kV；

其中的环形网带的转速为6m/min-60m/min；

其中的环形网带的温度为30℃-300℃。

本发明静电纺装置具有如下优点：

1.通过随机调整针头的位置及数量，可有效削弱或者规避针头之间的相互干扰，并和网带转速协调控制，得到连续且均匀的纳米纤维网。

2.采用网带代替钢板，减小了纳米纤维网和接收屏的接触面积，保证了纳米纤维网的顺利揭取。

3.通过调节环形网带的温度，控制纤维网中溶剂的挥发速度，进而调节纳米纤维网的内部结构。