[发明专利]一种多喷头组合式喷气静电纺丝机

说明书

技术领域

本发明属于纤维加工设备领域，涉及涉及一种大批量生产纳米纤维的多喷头组合式喷气静电纺丝机。

背景技术

静电纺丝是聚合物溶液或熔体在高压电场作用下产生射流形成纳米级纤维的一种纺丝方法，是目前唯一能连续制备有机和无机纳米纤维的最直接方法。静电纺纳米纤维及其制品具有比表面积大、孔径尺寸小、透气性好、适用范围广等优点，在纺织服装、过滤材料、组织工程支架、药物释放材料、传感器、电子器件等多个领域有广阔的运用前景，然而，传统的单针头静电纺丝装置生产效率极低，纳米纤维的产量仅在0.1~1.0g/h 之间，无法达到工业化的要求，开发能够产业化的静电纺技术和设备正成为国内外研究者的主要目标。

目前批量制造纳米纤维的主要途径是设计多针头静电纺丝装置，如中国专利CN200910031948.2、CN200720076954.6、CN200710172744.1、CN200610157106.8等，通过增加针头的数量来提高静电纺纳米纤维的产率，不过这些装置中针头的内径一般不超过1mm，纳米纤维的产量要达到产业化的要求就需要数量巨大的针头，并且针头的堵塞现象十分棘手，另外，由于针头之间的静电斥力作用，形成的纤维网厚度不均匀。批量制造纳米纤维的另一个重要途径是设计无针头静电纺丝装置，主要包括滚筒式、振动式、磁场扰动式、气泡式、多孔管、溅射式等，如中国专利CN200610117671.1、CN200610010181.1、CN200710036447.4、CN200910056750.X等。这些装置是通过各种原理在纺丝溶液自由表面形成大量凸起（泰勒锥），然后在电场作用下牵伸形成纤维。无针头静电纺避免了传统针头静电纺中针头堵塞的问题，然而由于泰勒椎突起的大小和形状很难控制，出现了纳米纤维直径不均匀等新的问题，此外，无针头静电纺中泰勒锥形成在自由的液面上，易造成溶剂的挥发，导致纺丝液浓度的变化。

发明内容

    本发明所要解决技术问题是提供一种多喷头组合式喷气静电纺丝机，可用于大批量生产静电纺纳米纤维，并且克服现有多针头静电纺丝装置易堵塞针头、产量低的问题，也避免了目前无喷头静电纺丝装置中泰勒椎形状难控制、溶剂易挥发、溶液浓度不稳定，纤维直径不均匀等问题。

为了解决上述问题采用以下技术方案：一种多喷头组合式喷气静电纺丝机，主要由纺丝单元、输气管、输液管、导线、高压静电发生器、横流气泵、计量泵、接收装置和储液罐组成；纺丝单元安插在基座上，纺丝单元上的进气口通过输气支管和输气管连通，纺丝单元上的进液口通过输液支管与输液管连通，输气管的两端分别与横流气泵连通，输液管的两端分别通过计量泵与储液罐连通；纺丝单元上方设有接收装置，纺丝单元的金属材质部分通过导线与高压静电发生器的正极连接，接收装置通过导线与高压静电发生器的负极连接。

所述的纺丝单元主要由喷丝管通过中间连接体与气室连接而成，中间连接体上装配有与气室连通的垂直向上的喷气管；喷丝管的下方有进液口，进液口低于喷气管的上端面，气室的下方设有进气口；喷丝管的上方装有防止溶液外溢的保护环。

所述的喷丝管和气室的内径均为1-45 mm，喷丝管的高度为15-500 mm，气室的高度为10-450 mm，喷气管的内径为喷丝管内径的0.1-0.8倍，喷气管的上端面低于喷丝管上端面至少5 mm。

纺丝单元中，喷丝管为金属材质，喷丝管外侧由下而上套有绝缘材料，绝缘材料的高度为喷丝管高度的1/3~1倍；保护环、喷气管、进液口、中间连接体、气室、进气口均为绝缘材料。

所述的纺丝单元的数量为至少一个，呈直线、同心圆或矩阵方式排列安插在基座上。

所述的导线为有绝缘层的电线，与高压静电发生器的正极相连的导线上设有支线，直线分别与各个纺丝单元中喷丝管的金属材质部分相连接。

所述的纺丝单元的进气口和进液口上均装有绝缘材质制成的用于调节流量的微量阀；横流气泵的气流流速范围为0~100 m/s。

所述的接收装置为接收板、履带式或滚筒式；喷丝管上端面与接收装置之间的距离调节范围为：0.1~100cm，高压静电发生器的输出电压为1~200kV。

在高压电场作用下极化电荷将聚集在中空溶液凸起的顶端形成泰勒锥。