[发明专利]一种自动化控制的多喷头静电纺丝设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动化控制的多喷头静电纺丝设备，能够实现连续稳定生产纳米纤维膜或纳米纤维复合膜，属于纳米材料工业化领域。 

背景技术

静电纺丝技术是指聚合物溶液或熔体在高压静电场下带电并产生形变，在喷头末端处形成悬垂的锥状液滴；当液滴表面的电荷斥力超过其表面张力时，在液滴表面就会高速喷出微小液体流，简称“射流”；这些射流在较短的时间内经过电场力的高速拉伸、溶剂的挥发与固化，最终沉积在接收极板上，形成聚合物纤维。纤维直径一般分布在几纳米至几微米之间，由这些纤维构成的膜材材料具有三维立体空间结构。它不但具备纳米颗粒的尺寸微小、比表面积高等优点，同时还具有机械稳定性好、纤维膜孔径小、孔隙率高、纤维连续性好等特性。因此，静电纺纳米纤维在电子、环境、能源及生物医学等领域有着广阔的应用前景。所以，开发能够连续、稳定的批量化生产纳米纤维膜的装备，是实现纳米纤维工业化的有效途径。 

美国专利(US patent 1975504)涉及一种常规的静电纺丝装置，它是将非牛顿流体推送到带高压电的单喷管喷口，由高压电场力作用形成纳米纤维，并在接地的导电性载体富集接收，连续纤维随机叠加形成薄膜材料。这种装置生产的薄膜材料纤维无序、均匀性差，而且生产效率极低。中国专利(201010191320.1)涉及一种静电纺丝装置，它是通过聚合物溶液中电极的运动，产生射流并形成纳米纤维，该装置纺丝液的供液速度不易控制，纳米纤维的形态差异较大，纤维膜的均匀性差，不适用于容易挥发的聚合物溶液体系。中国专利(201120165486.6)涉及一种能够精确供液的静电纺丝装置，但只能实现单根纳米纤维的有序可控，产率低下，不能批量化生产有序的纳米纤维膜。 

发明内容

本发明的目的是提供一种能解决纳米纤维膜不易连续稳定的批量化生产的问题，而且生产的纳米纤维膜密度均匀、纤维直径可控，操作简单方便、安全高效的静电纺丝装置。 

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种自动化控制的多喷头静 电纺丝设备，包括用于接收聚合物纤维的接收装置，高压静电发生器的负极连接接收装置，其特征在于：高压静电发生器的负极连接具有至少一个喷头的自清洁多喷头装置，自清洁多喷头装置位于接收装置的下方，由多通道精密供液泵在控制单元的控制下以设定的注射速度为自清洁多喷头装置提供纺丝液，纺丝液在自清洁多喷头装置的作用下形成射流，射流经由高压静电发生器产生的电场形成聚合物纤维，多通道精密供液泵的每个通道对应自清洁多喷头装置中的一个喷头，多通道精密供液泵设于升降装置上，升降装置设于防尘横向移动滑台上，防尘横向移动滑台在控制单元的控制下以设定的速率水平移动，该控制单元还控制接收装置以设定的速率卷绕。 

优选地，所述自清洁多喷头装置包括第一绝缘板，在第一绝缘板上开有至少一个孔槽，在每个孔槽设有一个作为所述喷头的喷丝针头，在喷丝针头的上方设有旋转清洁刷，旋转清洁刷由驱动马达驱动旋转，喷丝针头通过包覆导线的胶木板与所述高压静电发生器的正极相连接。 

优选地，所述胶木板的厚度为0.5-2厘米，长度为1-30厘米，宽度为2-5厘米，在所述胶木板上有线性排列的孔，孔的直径为0.4-1.6厘米，间距为1-3厘米，深度为0.5-2厘米，其个数为5-20个。 

优选地，所述第一绝缘板的厚度为1-3厘米，材质为玻璃纤维。 

优选地，所述孔槽的截面为圆形，其个数为5-20个，间距为1-3厘米，深度为0.8-2厘米，直径为1-2厘米，所有孔槽在所述第一绝缘板上为线性排列。 

优选地，所述喷丝针头为不锈钢金属材质，长度为2-5厘米，直径为0.5-1.8厘米，所述喷丝针头的前端与所述包覆导线的胶木板相连接。 

优选地，所述多通道精密供液泵包括滚珠丝杆，滚珠丝杆中丝杆的一端穿过第二绝缘板后与滚珠丝杆驱动机构相连，滚珠丝杆驱动机构由所述控制单元控制，其另一端设于所述第一绝缘板内，在滚珠丝杆的两侧分别设有一丝杆导轨，丝杆导轨的两端分别设于第二绝缘板及所述第一绝缘板内，至少一个注射器设于固定板上，一个注射器对应所述多通道精密供液泵的一个通道，注射器与所述喷丝针头相连，注射器的推动端与推板固定连接，推板连接滚珠丝杆的滚珠，其中，滚珠丝杆的直径为0.8-6厘米，长度为5-30厘米，精度为0.1-1厘米，导程为0.1-10厘米，所述多通道精密供液泵的注射速度为0.1-10毫升/时。 

优选地，所述注射器的材质为聚丙烯或聚乙烯中的一种，其直径为1-5厘米，其可容纳的纺丝液的有效体积为0.1-30毫升。