[实用新型]螺旋叶片纳米纤维发生器及静电螺旋纺丝装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种纺丝装置，特别是涉及一种静电纺丝装置。 

背景技术

传统的静电纺丝设备通常包括中空针状纺丝头，用于输送纺丝液的传动装置，收集器和高电压发生器。高电压通常施加于纺丝头和收集器(也叫“对电极”)。在静电纺丝过程中，高电压通过纺丝头施加于纺丝液，同时也在纺丝头和接收装置之间形成高压电场。由于高压电场的作用，纺丝液在纺丝头顶端位被牵伸成锥状结构(也叫“泰勒锥”)。当电场力高到一定程度，纺丝液克服自身表面张力的作用，从泰勒锥的顶端喷射出来，形成“射流”。带电的射流随即受高压电场作用，迅速牵伸变细。射流内部相同电荷之间形成的排斥力也会加速射流牵伸和摆动。于此同时，溶剂的挥发导致射流固化，并最终沉积在对电极收集器上形成类似于非织造布状纳米纤维网络。 

有针静电纺纳米纤维制备技术只能提供非常有限的生产能力。因为每个纺丝头每小时最多只能产生三百毫克的纳米纤维。由于高压电势富集，当电压高于三万伏时，针状纺丝头的顶端会形成“辉光放电”，因而终止纺丝过程。正因如此，有针静电纺纳米纤维制备电压小于三万伏。在低的操作电压下制备的纳米纤维粗而且不均匀。 

提高液面面积会使静电场纳米纤维的生产能力大大提高。例如国际专利W02005024101提供了一种无针静电纺丝设备。该设备包括一个部分浸泡于在聚合物溶液中的滚筒形电极(纤维发生器)，和距纤维发生器一定的距离纤维收集器(对电极)。滚筒电极的转动使聚合物溶液均匀地加载到整个滚筒表面。当加载的聚合物溶液位于滚筒电极和纤维收集器形成的电场中，并且电场足以强到使滚筒表面的液体形成泰勒锥时，滚筒的表面就可以纺出纳米纤维。 

在这种静电纺丝系统，纳米纤维的形成很大程度上取决于纺丝头附近以及整个电纺区域的电场强度与电场分布。由于电场在滚筒中间部分的强度远远小于滚筒两端，当电压低于临界值时，滚筒的中间部分失去纺丝能力。只有滚筒的两端能纺出纳米纤维。即使操作电压高于临界值，在不同滚筒部位产生的纳米纤维的直径也会有很大的不同。因此，制备的纳米纤维细度很不均匀。很有必要通过改进纺丝头来提高纳米纤维的质量。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种新的共轴螺旋叶片纳米纤维发生器和包含该共轴螺旋叶片纳米纤维发生器的静电螺旋纺丝装置，用于将各种粘性液体在静电场作用下加工成纳米纤维。 

根据本实用新型的一个方面，提供有一种螺旋叶片纳米纤维发生器，该螺旋叶片纳米纤维发生器用静电纺丝原理从粘性液体制备纳米纤维，该螺旋叶片纳米纤维发生器包括螺旋叶片和轴，该螺旋叶片与该轴连接。 

优选的是，螺旋叶片的平均半径在5毫米到1000毫米之间。 

优选的是，螺旋叶片包含单个或多个共轴的叶片。 

优选的是，当螺旋叶片含有三个以上的叶片时，靠近两端的叶片的半径小于中间叶片的半径。 

优选的是，螺旋叶片纳米纤维发生器的长度在20毫米到6000毫米之间。 

优选的是，螺旋叶片的厚度在0.5毫米到50毫米之间。 

优选的是，螺旋叶片的相邻叶片之间的距离在5毫米到800毫米。 

优选的是，螺旋叶片纳米纤维发生器由一排或多排螺旋叶片纳米纤维发生器组成，排与排之间的距离大于20毫米。 

优选的是，螺旋叶片纳米纤维发生器包括液体容器。 

优选的是，液体容器用以存放粘性液体。 

优选的是，螺旋叶片纳米纤维发生器的表面至少有一处和液体容器内的粘性液体相连。 

优选的是，螺旋叶片是中空结构，有孔分布于叶片的表面，叶片内部有通道与中空驱动轴连接。 

优选的是，叶片内部的中空通道与液体容器相连，以提供粘性液体。 

根据本实用新型的另一个方面，提供有一种静电螺旋纺丝装置，该静电螺旋纺丝装置在电场中从粘性液体中生产纳米纤维，该静电螺旋纺丝装置包含下列部分：根据本实用新型的第一方面的螺旋叶片纳米纤维发生器；与该螺旋叶片纳米纤维发生器相隔一定距离的对电极纳米纤维收集器；装储用于纺丝的该粘性液体的液体容器；和高电压发生装置，该高压电极的电极分别连接于螺旋叶片纳米纤维发生器和对电极纳米纤维收集器。 

优选的是，对电极纳米纤维收集器和螺旋叶片纳米纤维发生器的轴向平行。 

优选的是，对电极纳米纤维收集器的长度和螺旋叶片纳米纤维发生器的长度和宽度相当。 

优选的是，对电极纳米纤维收集器是平板、滚筒或可传动的带状接收装置。