[实用新型]一种制备纳米纤维束的静电纺丝装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种制备纳米纤维束的静电纺丝装置，更具体地说，它涉及一种制备纳米纤维束的带辅助电极的静电纺丝装置。

背景技术

静电纺丝是一种最为有效的生产纳米纤维的方法，并且其装置简单，成本低廉，因此静电纺丝被广泛地用于生产纳米纤维。与传统纤维相比，纳米纤维具有极高的比表面积，柔韧的表面性能，因此其在生物医学工程，电子工程，纺织及过滤等领域具有非常广泛的应用前景。然而，目前静电纺丝产品大多为纳米纤维膜，其产品形式单一，使得纳米纤维的应用范围有限。纳米纤维膜的无规取向结构及较差的力学性能极大地限制了它的纺织应用。

近年来，静电纺丝法制备纳米纤维纱线/纤维束的领域出现了许多种不同的加工方法，如喷气成纱方法(CN102703998A)、双电极取向成纱方法(CN103088478A)、涡流成纱法(CN103103642A)、湿法(CN101845680B)及收集器旋转法(CN102277668A)等。湿法-静电纺丝是一种有效地生产连续纳米纤维束的方法。Smit(Eugene Smit,2005,46,2419)、Khil(Myung‐Seob Khil,Journal of Biomedical Materials Research Part B:Applied Biomaterials,2005,72,117)和潘志娟(CN100576672C)等利用单喷头湿法-静电纺丝方法成功地纺制了连续纳米纤维纱。然而单喷头静电纺丝仅用一个喷丝头喷射纺丝，效率较低，无法进行大批量生产。目前也有采用多喷头静电纺丝制备纳米纤维束的装置，其中一些装置由于无法控制好各喷头间电场排斥作用，纺丝液射流方向不稳定，导致制备的纳米纤维束中纤维定向度低，力学性能差。一些改进的装置能够提高制备的纳米纤维束定向度，但是其装置结构复杂，喷丝头数量及其它结构变化不灵活，纤维束结构单一，也限制了装置的推广。

发明内容

本实用新型目的是解决制备纳米纤维束现有技术的不足，提供一种结构简单，多喷丝头间电场均匀分布的静电纺丝装置，从而可以生产定向度高，力学性能好的纳米纤维束。

本实用新型的技术方案是：制备纳米纤维束的静电纺丝装置包括纺丝液输送装置，分配器4，纺丝板5，高压电源6，液槽7，纳米纤维束收集装置，所述高压电源6的两极分别与纺丝板5和液槽7底部相连接；所述装置还包括通过绝缘材料固定在纺丝板[5]上的辅助电极[16]，辅助电极[16]下边缘与喷丝头[15]针尖的距离差为2.5-15mm。

进一步，所述辅助电极16优选方案是片状圆角形铜片，其电导率为1×10⁷-5.8×10⁷s/m，铜片厚度为0.05-0.2mm，铜片高度为5-30mm，辅助电极尺寸为0-600mm×0-600mm，圆角半径为5-30mm。

更进一步，所述分配器4优选方案为多级分布器。

更进一步，所述纺丝液输送装置包括流量泵1、置于流量泵1上的玻璃注射器2及连接玻璃注射器2输出端和分配器4输入端的聚四氟乙烯管3。

更进一步，所述纳米纤维束收集装置包括顺序布置于液槽7一侧的导丝辊8，加热装置9，张力装置10和卷绕罗拉11。

更进一步，所述高压电源6的电压优选方案为20-30kV。

更进一步，所述纺丝板5上的每个喷丝头的流量其优选方案为0.06-1mL/h，喷丝头尖端与液槽7中溶液表面的垂直距离为40-80mm。

更进一步，所述加热装置9其优选方案长度为100-300mm，温度为300-400℃。

更进一步，所述卷绕罗拉11的线速度其优选方案为440-1470m/h。

更进一步，所述辅助电极16中心面轴心与喷丝头15针尖分布平面轴心重合时，制备的纳米纤维束的定向度最大。

本实用新型的优点是与现有技术相比，装置结构简单，喷丝头数量便于调整，静电纺丝装置多喷丝头间电场均匀分布的，从而可以生产定向度高，力学性能好的纳米纤维束。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为纳米纤维束静电纺丝装置示意图；

图2为分配器的剖解图(剖解成液槽、一级多孔板、二级多孔板结构)；

图3为辅助电极配置图；

图4为带有辅助电极的5喷丝头排列方式；

图5为带有辅助电极的15喷丝头排列方式；