[发明专利]一种具有加热功能的电纺纳米纤维膜制备装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电纺纳米纤维制备装置，尤其是涉及一种具有加热功能的电纺纳米纤维膜制备装置。

背景技术

纳米纤维以其独特的优点受到了学术界和工业界广泛的注意，纳米纤维制造及应用的研究近年来已经成为微纳米技术、先进制造、纺织、生物医学等领域的关注的热点之一，并已经开发多种纳米纤维制备技术。

基于电纺耦合喷印的静电纺丝技术是制备纳米纤维的常用方法之一。相比于其他制备技术，静电纺丝具有设备简单、操作方便、材料适用性强、可喷印溶液粘度高等优点，因而在近些年得到了迅猛的发展。静电纺丝通过施加静电高压作为纺丝溶液拉伸喷射的动力，静电纺丝过程黏弹性溶液在外电场的作用下发生形变产生泰勒锥，并诱使溶液从泰勒锥尖射出。在直流高压作用下，静电纺丝过程受到施加电压、电荷密度、溶液特性、空间电场分布等方面因素的影响，直接影响了电纺纳米纤维的表面形貌和沉积位置；传统静电纺丝射流存在螺旋无规则运动，纳米纤维在收集板上呈无序随机分布且纤维表面形貌难以进行有效控制，这已经成为限制静电纺丝技术发展应用的主要因素。研发一种稳定生产、可获得整体形貌、取向良好的连续纤维的静电纺丝装置，对于纳米纤维的生产以及相关的领域具有重要的意义和广阔的应用前景。静电纺丝装置主要由电源、喷头和接收板三个部分构成。通过改造收集板获得有序纳米纤维己成为提高静电纺丝喷射过程的可控性的有途径之一，如中国专利ZL2087181130.3、ZL20720634252.12、ZL2077179139.4提出利用作周向运动的收集板以获得取向均匀的纳米纤维，但喷射过程喷头与收集板中心相对位置保持固定，影响了纳米纤维膜厚度的均匀性，限制了纳米纤维膜的应用。

刘艳（刘艳.纳米金属氧化物/聚合物复合材料的制备及其应用研究.[D]福州：福建师范大学，2008.）指出，复合材料由于其优良的综合性能和性能的可设计性，被广泛应用于航空航天及人们日常生产、生活的各个领域；随着科学技术的发展，制得具有特殊结构和性能的新材料已成可能。聚合物与纳米无机材料复合是提高材料力学性能的有效途径；同时，以静电纺丝法制备了ZnO纳米纤维，进而制备不用环氧纳米复合材料，并对纤维进行差热．热重分析、红外光谱、X射线粉末衍射、扫描电镜(SEM)等表征。结果表明，煅烧后的纳米纤维表面光滑，直径约70nm。伍晖（伍晖.电纺丝纳米纤维的制备、组装与性能.[D]北京：清华大学，2009.）指出，只要实验设计恰当，电纺丝可以被应用与制备任何氧化物纳米纤维材料，例如金属，功能氧化物、氮化物、硫化物等，也完全有可能被加工成纳米纤维结构。如电纺丝法制备氧化锌纳米纤维、纳米金属氧化物/聚合物复合材料的制备及其应用研究等文献中以聚乙烯醇(PVA)与乙酸锌的混合溶液为前驱体，采用静电纺丝法制得乙酸锌/PVA复合纤维,经煅烧后得到直径分布均匀的ZnO纳米纤维。虽提到了制备功能性氧化纳米纤维的方法，但复合纤维的制备与加热处理得到氧化纳米纤维的过程是独立分开的，需要电纺、加热氧化等多个独立流程，实验周期长，涉及设备多。

发明内容

本发明的目的在于提供可实现对电纺丝过程纳米纤维的有序沉积、纳米纤维膜性均匀控制、纳米纤维加热同步完成的一种具有加热功能的电纺纳米纤维膜制备装置。

本发明设有供液装置、喷头、滚筒、测温元件、高压电源、数控温度单元、继电器、滚筒支撑架、滚筒轴、电热元件、弧形保温罩、旋转电机、绝缘棒、滚筒轴金属端、平移电机、水平移动装置、保温罩支撑架和电机支撑架；所述喷头固定在供液装置上，通过调节供液装置的给进速度，可以控制静电纺丝过程溶液的供给速度；滚筒内设有电热元件，用于控制收集纤维时的温度；滚筒轴一端为金属电极，所述金属电极接高压电源负极并接地；绝缘棒的一端与旋转电机的输出轴相连，绝缘棒的另一端与滚动轴金属端固定连接，滚筒轴另一端绝缘，滚筒轴轴端内部形成一中空连线孔，以供与电热元件连接的导线部分长度穿设；滚筒表面设有测温元件；测温元件与数控温度单元连接，数控温度单元再与继电器相连，继电器连接电热元件，构成温度控制部件；弧形保温罩与滚筒同轴，可降低电热元件加热后的热量损耗，弧形保温罩固定在保温罩支撑架上；滚筒支撑架与电机支撑架一起安装于水平移动装置上；水平移动装置与平移电机相连，用于调节滚筒轴向移动。