[实用新型]一种静电纺纳米纤维发生装置

说明书

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1000nm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。

专利CN104790048公开了一种无针静电纺丝装置，该装置是以直线型狭缝为纺丝头，并且可以对纺丝头进行加热，可对聚合物的熔融体进行纺丝。世界专利WO2014062627公开了一种制备皮芯结构纳米纤维的静电纺丝装置。该装置主要以双层的直线型狭缝为纳米纤维的发生器。其中一种纺丝液体经过内层通道进入狭缝表面，另一种液体通过外层通道也进入狭缝表面，两种溶液接触，并在电场力的作用下同时被拉伸，形成皮芯结构的纳米纤维。进一步，世界专利WO2015017793公开了一种静电纺丝装置，该装置以直线型狭缝为基础，改进为珠结型，锯齿型等不同横截面形状的狭缝，纺丝液体在狭缝顶端形成纺丝射流。

上述狭缝静电纺丝装置，在沿狭缝方向上的电场分布不均匀，两端电场强度远远高于中间，因此会造成纺丝过程中，纺丝射流分布不均，进而使收集到的纳米纤维产品不均匀。而且使用太长的直线狭缝进行静电纺丝很容易两端放电或中间不出丝的现象。

因此，很有必要提供一种新的制备纳米纤维的装置，所述装置具有以上所述优点。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种产生纤维材料均匀性较高的静电纺纳米纤维发生装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：