[发明专利]一种静电纺纳米纤维发生装置

说明书

本发明公开了一种静电纺纳米纤维发生装置，包括纤维发生器、纤维收集装置和高电压发生器，纤维发生器包括纺丝腔体、喷丝线槽和储液罐，喷丝线槽中间为狭缝，该狭缝连通纺丝腔体内部，储液罐连通纺丝腔体，喷丝线槽为迂回曲折结构；纤维收集装置置于喷丝线槽的正上方位置；高电压发生器具有高压端和接地端。本发明的一种静电纺纳米纤维发生装置，是以粘性液体为原料，利用静电纺丝原理生产纳米纤维的装置；现有技术相比，本发明的其核心为具有弯曲狭缝的纤维发生器，该纤维发生器不仅与有效地抑制了溶剂挥发引起的纺丝液浓度变化，从而大大提高了纳米纤维生产的稳定性，而且提高了所生产纳米纤维薄膜的均匀性和生产效率，适于纳米纤维的连续规模化生产。

技术领域

本发明涉及一种纤维发生装置，特别是一种静电纺纳米纤维发生装置，属于静电纺丝技术领域。

背景技术

以下有关本发明背景技术的描述是为了解释本发明的内容，而非承认提及的所有材料在本申请优先权日已公开、公知或是常识的一部分。

纳米纤维通常是指直径小于1000 nm的超细纤维。相对于普通的纤维，纳米纤维具有比表面积大，孔隙率高等优点，在诸多领域具有广阔的应用前景。静电纺丝技术是一种制备纳米纤维常用的技术，适用范围广泛，操作简单，工艺可控。静电纺丝技术的基本原理是，置于高压静电场中的聚合物液滴会形成泰勒锥，当电场力足够大，液滴可克服表面张力从泰勒锥锥尖喷射并形成射流，射流在静电场力、粘滞阻力、表面张力等作用下不断细化，最终落在收集装置上形成纳米纤维。传统的静电纺丝技术主要是以空心针头作为纺丝头，其纺丝生产能力有限，每个喷丝针头通常只能产生一根聚合物喷丝，每个针每小时生产纤维量小于300毫克。低下的纳米纤维生产效率极大地限制了静电纺丝技术的工业化进程。

一种常用的提高静电纺丝纳米纤维产量的方法是运用多个针头。由于单个针头的纤维产量极低，导致要生产达到市场需求克重的纳米纤维，须排列大量的针头。然而不同的针头之间存在着电场干扰，限制了它们的最小间距，增大了设备空间成本。同时，聚合物的沉积物或者杂质容易堵塞针头，因此纺丝过程的持续运作需要频繁地清理针头，使纳米纤维产品的质量和产量都受到影响。

为了增加静电纺丝的生产效率，多种无针式纺丝头被引入。Formhals（美国专利US1975504）使用锯齿状的转轮作为纳米纤维的发生器，制备得到了纤维素纤维以及醋酸纤维素纤维，并设计了干法和湿法纺丝的收集装置。Reneker等（国际专利WO2000022207）使用一种特殊的环形柱状体作为纤维的发生器，在该装置中，聚合物黏性液体首先被挤压到环形柱状体末端，然后中心通过气流使纺丝液形成薄膜，薄膜进入电场被进一步拉伸形成纺丝射流。Lucas等（国际专利WO2005024101）使用一个带电的圆柱体作为纤维的发生器，在此装置中，带电圆柱体的一部分浸没在聚合物黏性液体中，通过旋转该圆柱体使纺丝液体进入到电场中，大量的射流在圆柱体表面形成，最后可在收集器上得到纳米纤维。在此基础上，PETRAS等（国际专利WO2006131081）将带电圆柱体替换为一系列复杂的带电旋转体，与Lucas等人的专利相似，纺丝液体也在其表面形成射流。 Tong等（国际专利WO2010043002）公开了一种无针静电纺纱装置，包括局部浸没在聚合物溶液容器内的螺旋线形纺丝电极（或纺丝头）。对电极处于离螺旋电极一定距离的收集器上。容器中的聚合物溶液在螺旋线圈表面形成一层薄膜，进入纺丝电极和接收电极之间电场中。当电极之间的静电场强度足够大可以将溶液拉伸形成泰勒锥时，在线圈表面一些点处形成纳米纤维。纳米纤维堆积在收集器表面，形成非织纳米纤维毡。

上述多种静电纺丝装置均采用开放式的体系，聚合物黏性液体的表面暴露在空气中，造成大量溶剂挥发。随着纺丝过程进行，溶液浓度会越来越大，纤维也随溶液浓度的增加越来越粗。因而影响纳米纤维生产的稳定性。