[发明专利]用于将纳米级或亚微米级聚合物纤维网连续无针静电纺丝到基底上的设备

说明书

一种用于将纳米级或亚微米级聚合物纤维网连续无针静电纺丝到基底上的设备包括静电纺丝外壳，该静电纺丝外壳包括至少一个液体聚合物涂覆装置和静电纺丝区；以及位于静电纺丝外壳外部的线驱动系统。线驱动系统驱动多个连续电极线通过静电纺丝外壳。液体聚合物再循环和进料系统位于静电纺丝外壳的外部，并包括再循环和进料罐，其将液体聚合物供给到至少一个液体聚合物涂覆装置并从其接收溢流液体聚合物。一种蒸气收集和溶剂回收系统包括至少一个排气流，收集和处理在静电纺丝外壳中产生的蒸气，并且维持静电纺丝外壳中低于大气压的压力。

技术领域

本公开涉及用于将液体聚合物静电纺丝成纳米级或亚微米级(submicron scale)纤维的设备(apparatus，装置)和方法，且更具体地涉及在不使用常规喷嘴或针的情况下将液体聚合物静电纺丝成纳米级或亚微米级纤维的设备和方法。

背景技术

纳米级或亚微米级纤维可用于各种应用，包括过滤、组织工程、防护服装、复合材料、电池隔膜、储能等。静电纺丝是用于在此规模上生成高质量纤维的方法之一。虽然静电纺丝相对容易进行，然而，它具有非常低的生产量并且随后具有非常高的生产成本。因此，大量地静电纺丝纳米级和/或亚微米级纤维没有成本效益。因此，除了高价值应用之外，纳米纤维的静电纺丝已经在很大程度上包含到学术研究中。

当前注射喷嘴、针式喷射(needle-jet)和旋转喷射制造工艺中的生产速率通常范围为约0.05克/小时(g/h)至约0.15g/h/喷嘴/喷射。已经研究和/或使用了几种方法来提高生产速率。这些方法包括气体辅助静电纺丝、多喷嘴系统的使用、无喷嘴/无针系统的使用、和增加旋转喷射的总数。然而，这些方法中的每一种都有其问题，导致每台(市售)机器的最大持续生产速率不超过约2千克/小时(kg/h)。与喷嘴/针头系统相关的问题包括：注射喷嘴/针孔的堵塞；难以优化喷嘴阵列；并且难以保持通过每个喷嘴的均匀进料速率。与无喷嘴/无针系统相关的问题包括：无法控制溶液储存器中的溶剂蒸发，导致溶液浓度和粘度变化；以及聚合物层涂覆积聚在静电纺丝元件的表面上，导致纤维纺丝速率显著降低。

WO/2009/010020涉及一种用于在至少一个纺丝电极和靠近其设置的集电极之间的静电场中将液体基质纺丝的方法，其中一个电极连接至高电压源的一极，而第二电极接地，液体基质进行纺丝的位置是在静电场中，纺丝电极的纺丝器件的绳的活性纺丝区。

通过本公开的方面解决了这些和其它缺点。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的数字可以描述不同视图中的类似组件。具有不同字母后缀的相同数字可表示类似组件的不同实例。附图大体上通过实例而非限制的方式示出了本文件中讨论的各种方面。

图1是根据本公开的一个方面的简化静电纺丝设备的侧视图。

图2是根据本公开的一个方面的用于将液体聚合物层施加到多个连续电极线上的液体聚合物涂覆装置(device，器件)的侧视图。

图3是沿图2的线A-A截取的截面的详图。

图4A是沿图2的线B-B截取的截面的详图。

图4B是根据本公开的一个方面的示例性电极线清洁组件的侧视图。

图5是示出包括静电纺丝外壳、线驱动系统和线张紧系统的多个连续电极线的行进路径的简化图的侧视图。

图6是沿图5的线A-A截取的截面的详图。

图7是沿图6的线B-B截取的截面的详图。

图8是示出根据本公开的方面的静电纺丝设备的辅助系统的示意图。

图9是根据本公开的一个方面的静电纺丝设备的详细示意图。

图10是示出图9的区段A的静电纺丝设备的部分示意图。