[发明专利]一种电纺机

说明书

技术领域

本发明涉及静电纺丝技术，具体的说，涉及一种静电纺丝设备，适用于纳米纤维材料的制备。

背景技术

在纳米纤维材料的制备方法中，静电纺丝技术具有独特的优点。首先，常规纺丝工业制备的超细纤维最高只能达到微米级别，无法达到精细过滤、多孔支架等许多领域应用中的要求，如在组织工程支架领域，需要细小直径的纤维以便于机体的降解吸收。应用中的静电纺丝制备的纤维直径为100至500nm，可较好的满足应用方面的需求。其次，静电纺丝已被公认为最为简单有效制备纳米纤维的方法并已成功用于多种材料的纳米纤维制备。最后，电纺材料具有的高孔隙性、高比表面、高渗性等特性，在组织工程、膜工程、传感器、生物芯片等领域得到了广泛的研究与应用。

自1930年Formhals发明静电纺丝技术以来，人们已成功制备各种聚合物纳米纤维并对其性能作了详细研究。其基本原理如下：在高压静电场中，聚合物溶液进入并在高场强下充电。带电液滴受到的库仑力、表面张力及溶液间的粘力。当力处于平衡状态时，液滴外观表现为泰勒锥；当库仑力继续加大，平衡被打破，纤维从液滴上抽出并在向收集端运动中不断地分裂为纳米纤维。溶液在运动中挥发，形成纳米纤维丝。

实际应用中的一些技术细节问题，阻碍了静电纺丝技术的工业化应用。如喷射型的电纺丝设备的纺丝效率为0.1至1g/h。而且现有的纺丝设备大多采用单根毛细管/针头，主要通过毛细管/针头的叠加来提高效率，为了达到高通量的电纺丝产品的制备，现有采用的技术有多喷头，通过增加纺丝喷头的数量以达到高通量的目的，如中国专利ZL200610028790.X，ZL200720103321.X，ZL200910031948.2；但毛细管/针头的加工和清洗存在一定的难度，严重阻碍静电纺丝的生产效率，而且喷头之间的干扰往往造成纺丝效果的降低。多喷头的管路设计存在的缺陷，往往会造成每个喷头出液速度的不均匀及成膜质量的降低。

现有的阵列多喷头静电纺丝设备，包括电纺液供液装置、电纺液喷丝装置、接收电极板、电纺纤维传送装置和高压静电发生器。电纺液喷丝装置包括喷管和喷头，喷头采用毛细管，呈阵列排布；电纺纤维传送装置包括进料滚筒装置和出料滚筒装置。喷管沿电纺纤维传送方向并列设置；喷头沿喷管轴向并列设置，喷管间距为1至100厘米，喷头间距为1至50厘米，电纺丝喷液装置采用阵列多喷头装置。

这种结构的设备，毛细管容易堵塞，同时，阵列的喷管和喷头加工困难。这种多管平行排列的结构，在加工具有较大粘性的材料时容易造成各毛细管管口处的压力不均，出液速度不稳定，进而可能造成针头挂丝等问题，影响生产的长期稳定性。

传统静电纺丝设备由于小范围排布喷管会造成各个喷丝口处场强的分布极不均匀，常常无法正常的全部喷射。与此同时较大的相邻射流静电排斥，致使接收极上获得独立的多个圆形膜，没有达到小范围内提高单位面积喷丝速率。

现有的回转式纺丝电极，包括一对绝缘端面，端面间若干金属丝形成的纺丝构件，纺丝构件沿圆周同等分布，且与回转式纺丝电极的旋转轴线平行。这种结构，纺丝纤维的连续性不如毛细管式电纺丝设备；溶液处于一个相对较为开放的环境中，溶液易挥发。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种结构简单，有效提高生产效率的同时保证产品的质量更稳定的电纺机。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电纺机，包括：电纺液喷丝装置和接收装置；电纺液喷丝装置包括喷头，接收装置包括可转动的接收辊；电纺液经喷头形成泰勒锥后出丝，到达接收辊；接收辊有两个以上，每个接收辊对应至少一个喷头，喷头沿着相应的接收辊的轴向往复运动。

采用这种结构后，即采用两个以上的接收辊，且接收辊和喷头成对设置，各接收辊和喷头同时作业，采用接收辊的个数即为产量提高的倍数。喷头各自独立设置，较阵列式的喷头来说，喷头之间只要相隔一定距离，将不会受其他喷头的静电场的影响。同时，只要将接收辊之间相隔一定距离，接收辊之间的相互影响也会较小，尤其当接收辊之间的距离设置在60厘米以上时，相互干扰已经维持在一个很小的水平，甚至可以忽略不计。喷头沿着相应的接收辊的轴向往复运动，可使接收辊在轴向上接收的丝厚度均匀。