[发明专利]制备纳米纤维毡的多孔喷头静电纺丝装置及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种静电纺纺丝装置，特别是涉及一种制备纳米纤维毡的多孔喷头静电纺丝装置及其制备方法。

背景技术

静电纺丝技术作为近年发展起来的一项新技术，是制备纳米级纤维的重要方法。利用该方法能够得到直径为几十或几百纳米的纳米级纤维,形成的纤维膜重量轻、渗透性好、比表面积大、孔隙率高、内部孔隙的连通性好、容易与纳米级的化学物质或功能性物质相结合，这些优异的性能使纳米纤维广泛应用于国防、医药、化工和电子等许多领域。

目前市面上比较通用的静电纺丝设备主要由提供高压电场的静电发生器、微量注射泵、带毛细管的注射器及纤维接收装置4个部分组成。一般都是单喷头的静电纺丝装置，该装置虽然简单便捷，但是由于受静电纺丝条件及装置所限，得到纳米纤维产量很低，只能进行实验室基础性的研究，很难进行连续、大量的生产。为了提高静电纺丝效率，近年来国内外开发了很多的纺丝装置及纺丝方法。美国专利（US6616435B2、US6689374B2、US6713011B2、US674327B2）设计了多喷头连续静电纺丝装置。多喷头静电纺丝系统喷射的纳米纤维受相邻喷头的静电排斥影响，会导致纳米纤维飞散，影响溶剂挥发。因此喷头多排列稀疏，大大制约产量。中国专利（200810032247.6）设计了滚筒连续式静电纺丝装置。滚筒式的纺丝方法由于溶液暴露于空气当中，导致溶剂挥发，溶液参数不稳定性，得到的纤维性能不稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种静电纺丝装置，这种新型的纺丝装置制备纳米纤维毡，生产效率高，能够规模化生产，并且通过对装置的改进，可以减少纺丝液溶剂的挥发，保证纺丝液的稳定。

为了实现上述目的，本发明采用如下具体技术方案：

一种制备纳米纤维毡的多孔喷头静电纺丝装置，该装置包括供液系统、管状喷丝装置、旋转电机及接收装置；所述供液系统与管状喷丝装置连接，所述旋转电机与管状喷丝装置连接并控制管状喷丝装置转速，所述管状喷丝装置的管壁上设有若干通孔；所述管状喷丝装置与接收装置分别连接异向电极，或管状喷丝装置接正极或负极，接收装置接地。当溶液进入螺旋管内，在一定的离心力和电场下，能够喷射出来，形成纳米纤维。

所述供液系统包括溶解釜及计量泵，所述溶解釜与管状喷丝装置连接，其二者之间连接有计量泵。

所述接收装置为缠丝滚筒或传送带装置。

所述接收装置为传送带接收装置，传送带接收装置包括卷绕滚筒和退绕滚筒，所述两滚筒之间通过纤维接收带连接。

所述管状喷丝装置为螺旋管或直管。

所述螺旋管或直管的管径为3～8cm；所述管壁上通孔的孔径为0.3～1μm。发明人经实验证实，当管径低于3cm，通孔的孔径低于0.3μm时，纺丝液很难形成喷射细流，致使纺丝效果降低。

所述螺旋管的最外侧表面或直管表面与接收装置之间的距离15～50cm。所述管状喷丝装置的转速为20～80r/min。在距离小于15cm，转速低于20 r/min时，其纺丝效果与现有技术效果相比较略好，但效果不甚明显，当距离大于等于15cm，转速大于等于20r/min时，纺丝效率明显提高，与现有技术相比，提高至少30%，由于螺旋管结构的特殊设计，使得纺丝液溶剂挥发极小，纺丝过程中纺丝液性质稳定，纺丝质量也比现有技术大幅提高。

所述管状喷丝装置为导电的金属材质制成，具体可采用铜、铝或铁等导电金属。

一种利用上述静电纺丝装置连续制备纳米纤维毡的方法，其特征在于，具体步骤包括：

（1）  在溶解釜中配好聚合物纺丝溶液备用；

（2）  将管状喷丝装置与高压静电发生器的正极或负极连接，并施加静电压，接收装置接地；或管状喷丝装置与接收装置分别接异向电极；

（3）  开动旋转电机使管状喷丝装置转动；

（4）  启动计量泵，纺丝溶液从溶解釜中定量均匀进入管状喷丝装置，在离心力和电场的作用下，纺丝液从管状喷丝装置的通孔中喷射出来，形成纤维；

（5）  启动接收装置，均匀移动，连续接收纳米纤维毡。

所述管状喷丝装置与高压静电发生器的正极或负极连接，施加静电压为大于零小于50V。

所述的聚合物纺丝溶液是聚合物溶液和溶剂混合而成；所述聚合物溶液是聚酯类、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氨酯、聚丙烯腈等聚合物溶液中的一种或两种以上的混合物。

所述的溶剂是三氟乙酸、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二氯甲烷和水中的一种或多种。