[发明专利]喷气辅助多针头静电纺丝装置及其制备纳米纤维网的方法

说明书

技术领域

本发明属于纺织机械技术领域，涉及一种静电纺丝装置，具体涉及一种喷气辅助多针头静电纺丝装置,本发明还涉及利用该装置制备纳米纤维网的方法。

背景技术

静电纺丝方法是生产纳米纤维最为简单且成本低廉的方法，它是指带电荷的高分子溶液或熔体在高压电场中流动与变形，然后经溶剂挥发或熔体冷却而固化，最后得到纤维状物质的纺丝工艺。基于静电纺纳米纤维的尺寸效应，其在光学、热学、磁学、电学等方面表现出很好的理论研究价值。同时，其在服装、医药、能源、电子、航空等领域的实用价值也日益增强。

静电纺丝从发明以来经历了近80年的发展，仍然主要停留在实验室阶段，进行小规模的实验性制备。因此，提高静电纺丝纳米纤维单位时间产量，真正实现静电纺纳米纤维的大规模制备，是静电纺丝领域面临的真正挑战。

为了实现静电纺纳米纤维的批量化生产，无针头静电纺丝和多针头静电纺丝是目前学者们的研究重点。无针头静电纺丝通过在一个相对开放的区域形成较多射流，虽然提高了纤维产量，但其泰勒锥形貌和稳定性较难控制。多针头静电纺丝的优点是泰勒锥形貌可以较好控制，纤维细度较为均一，但是各个针头之间的干扰是其最大问题。若此问题能得到较好解决，多针头静电纺丝即可顺利实现质优量大的批量化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种喷气辅助多针头静电纺丝装置，以提高纳米纤维的单位时间产量和纤维网的均匀性，同时减小针头之间的相互干扰，并进一步减小纤维的细度。

本发明的另一目的是提供利用上述装置制备纳米纤维网的方法。

本发明所采用的技术方案是，一种喷气辅助多针头静电纺丝装置，包括具有辅助喷气功能的喷丝板，喷丝板上设置有两个或两个以上金属针头，每个金属针头头端通过导线串联，导线与直流高压发生器正极连接，每个金属针头的尾端通过导液管与注射器连接，注射器由微量注射泵驱动；喷丝板下方设置接收装置，接收装置与直流高压发生器负极连接。

本发明的特点还在于，

具有辅助喷气功能的喷丝板由上面板和底座组成；

上面板为环形面板，环面上设置有进气嘴a，进气嘴a通过进气管a与空气压缩机连接；

底座中央设置有中心喷气孔，中心喷气孔通过螺纹与进气嘴b拧和，进气嘴b通过进气管b与空气压缩机连接，底座靠近外边缘处设置有环形槽，环形槽内沿圆周方向布置有多个外围喷气孔，中心喷气孔与环形槽之间设置有多个针孔，针孔用于安装金属针头；

上面板和底座边缘通过螺纹拧合，环形槽与上面板之间形成气仓，进气嘴a与气仓连通。

外围喷气孔设置有12个，针孔设置有8个。

接收装置包括用于接收纤维的辊筒，辊筒通过辊筒轴连接于辊筒支架上，辊筒轴与电机连接，辊筒与直流高压发生器负极连接。

本发明所采用的另一技术方案是，一种纳米纤维网的制备方法，所采用的喷气辅助多针头静电纺丝装置，包括具有辅助喷气功能的喷丝板，喷丝板上设置有两个或两个以上金属针头，每个金属针头头端通过导线串联，导线与直流高压发生器正极连接，每个金属针头的尾端通过导液管与注射器连接，注射器由微量注射泵驱动；喷丝板下方设置接收装置，接收装置与直流高压发生器负极连接；

具有辅助喷气功能的喷丝板由上面板和底座组成；

上面板为环形面板，环面上设置有进气嘴a，进气嘴a通过进气管a与空气压缩机连接；

底座中央设置有中心喷气孔，中心喷气孔通过螺纹与进气嘴b拧和，进气嘴b通过进气管b与空气压缩机连接，底座靠近外边缘处设置有环形槽，环形槽内沿圆周方向布置有多个外围喷气孔，中心喷气孔与环形槽之间设置有多个针孔，针孔用于安装金属针头；

上面板和底座边缘通过螺纹拧合，环形槽与上面板之间形成气仓，进气嘴a与气仓连通。

外围喷气孔设置有12个，针孔设置有8个。

接收装置包括用于接收纤维的辊筒，辊筒通过辊筒轴连接于辊筒支架上，辊筒轴与电机连接，辊筒与直流高压发生器负极连接。

具体按照以下步骤实施：

将纺丝液注入上述装置的注射器内，在室温、相对湿度为40％～60％的环境中，开启微量注射泵，待纺丝液正常流通，调整流速，开启直流高压发生器，控制电压与流速相匹配，然后开启空气压缩机，控制气流速度，金属针头与收集辊筒之间形成电场，静电纺射流从金属针头顶部形成的球状液滴顶端喷出，并在电场和辅助气流的共同作用下拉伸，以螺旋状运动轨迹沉积到辊筒的表面，同时开启电机驱动辊筒转动；最终，在辊筒的表面收集到纳米纤维膜。

本发明的特点还在于，