[发明专利]一种制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置及气泡纺丝方法

说明书

技术领域

本发明涉及气泡纺丝技术领域，具体涉及一种制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置及气泡纺丝方法。

背景技术

气泡静电纺丝是通过外力作用将熔溶体或溶液产生的气泡或液膜纺成纳米材料的一种新工艺，生产的纳米材料主要包括光滑的纳米材料、珠纤维、纳米多孔材料、纳米颗粒、纳米卷取材料和纳米纱。

气泡静电纺丝是近几年被发明的一种纺丝新方法，该方法可以批量生产纳米纤维，然而却没有改变“静电”作为纺丝动力的基本特征，从而不可避免地引起静电污染。特别对于高粘性溶液，为了得到纳米纤维，必须加很高的静电电压才能完成纺丝。这不仅对实验室人员的生命安全造成威胁，还有可能因静电污染使空气中的静电放电，引起火灾或爆炸，对工业生产及生活造成较大影响。

现有技术在制备纳米复合纤维时，常用方法是先把纳米颗粒分散在高聚物溶液中，然后再进行纺丝。该方法的缺点是在进行混合时纳米颗粒很容易团聚，导致纳米颗粒在纳米纤维中的分布不均，降低了纳米纤维的质量，并且限制了它的应用领域。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种新型气泡纺丝装置，实现在无静电作用下完成纺丝的同时，使得纳米颗粒与溶液充分混合，保证纳米复合纤维的均匀度，实现安全生产。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置及气泡纺丝方法，通过直接采用气泡发生器与气泵的配合实现气泡纺丝的目的，无需采用静电作用，避免了高压静电引起的静电污染和潜在危险，实现安全生产，而且，通过使用喷涂枪匀速喷涂纳米颗粒，不仅可以促使气泡破裂，还能与射流充分混合制备纳米复合纤维，提高纳米复合纤维的质量。

根据本发明的目的提出的一种制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置，包括气泡发生器，位于所述气泡发生器正前方的纤维接收装置，分别与气泡发生器连通的储液池及气泵，所述储液池通过导液管向气泡发生器内输入溶液，所述气泵通过导气管向气泡发生器内供气，所述气泡发生器周边还均匀分布有装载有纳米颗粒的喷涂枪，喷涂枪倾斜设置，喷出的颗粒流相交于气泡发生器出口位置处，与气泡发生器的射流相混合后喷射至纤维接收装置上。

优选的，所述喷涂枪以气泡发生器为中心呈环形阵列分布。

优选的，所述喷涂枪为对称设置的偶数个。

优选的，所述喷涂枪倾斜设置，其与水平面夹角呈30-60度。

优选的，所述喷涂枪与水平面夹角呈45度。

优选的，所述喷涂枪的枪头口径为1mm-10mm。

优选的，所述喷涂枪内纳米颗粒粒径为1nm-50nm，且浓度均匀。

优选的，喷涂枪内的纳米颗粒为纳米氧化铁、纳米四氧化三铁、纳米氧化铒或碳纳米管。

优选的，所述纤维接收装置为接收板或接收辊筒，所述接收辊筒匀速转动。

一种制备纳米复合纤维的气泡纺丝方法，采用制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置，具体步骤如下：

S1：以气泡发生器为中心在气泡发生器周围均匀设置多个喷涂枪，所述喷涂枪内预填充有纳米颗粒，填充的纳米颗粒为纳米氧化铁、纳米四氧化三铁、纳米氧化铒或碳纳米管；

S2：工作时，首先将储液池中的溶液通过导液管注入到气泡发生器中，保证液面到达设定位置；

S3：打开气泵，通过导气管向气泡发生器中供气，开始气压较低，把导气管中的流入液体慢慢推动至气泡发生器内，再缓慢加大气压，使液面出现有规律且稳定的单个气泡，并伴随着气泡破裂，此时，旋开喷涂枪，枪头朝向气泡发生器的射流底部，调节喷涂速度，使纳米颗粒与破裂射流充分混合，依靠喷涂枪的喷射力，射流充分拉伸变细，射向纤维接收装置，沉积固化形成大量纳米复合纤维。

与现有技术相比，本发明公开的制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置及气泡纺丝方法的优点是：

通过直接采用气泡发生器与气泵的配合实现气泡纺丝的目的，无需采用静电作用，避免了传统静电纺丝和气泡静电纺丝的高压静电引起的静电污染和潜在危险，实现安全生产。

而且，通过使用喷涂枪匀速喷涂纳米颗粒，不仅可以促使气泡破裂，还能与射流充分混合制备纳米复合纤维，提高纳米复合纤维的质量。

该装置结构简单、操作方便、工艺流程短，为纳米复合纤维的规模化生产奠定了基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。