[实用新型]一种圆盘形无针式静电纺丝装置

说明书

本实用新型公开的一种圆盘形无针式静电纺丝装置，属于纺织机械和纳米纤维产业化制备技术领域。包括纺丝液供料系统、喷头、直线往复系统、金属辊筒、高压电源和自动控制系统；圆盘形无针式的喷头能够盛装高聚物纺丝液，当纺丝溶液溢满喷头时，喷头的碟形边能够使纺丝溶液边缘处呈现一定液面弧度，施加电压后纺丝溶液受到的电场力克服溶液表面张力和粘滞阻力，形成许多微小的“泰勒锥”，从而在喷头碟形边缘处形成多根射流，喷头直线往复移动，使制备的纳米纤维均匀的沉积在旋转的金属辊筒上，制备出均匀的纳米纤维膜。该装置结构设计合理，能够通过空间对称的电场形成均匀、稳定的多射流，自动化程度高，能够实现纳米纤维的批量生产。

技术领域

本实用新型属于纺织机械和纳米纤维产业化制备技术领域，具体涉及一种圆盘形无针式静电纺丝装置。

背景技术

随着纳米材料领域的兴起，纳米纤维的制备技术及应用研究成为当前纤维材料的研究热点。而静电纺丝技术是目前制备纳米纤维行之有效的方法。由于其装置简单、操作方便和成本经济，成为众多纤维材料研究人员青睐技术方法。一直以来，纺织纤维原料主要是天然纤维和合成纤维，其纤维直径属于微米级别，使得最终纺织品功能性不能得到有效提升。采用静电纺丝技术能够制备亚微米甚至是纳米级别的纤维，随着纤维直径尺度的显著降低，纤维可以显示出比表面积大、纤维细和孔隙率高等特点。与传统纺织纤维原料相比，利用亚微米或纳米纤维作为纺织原料亦或是将亚微米或纳米纤维与传统纺织纤维相结合来制备纺织制品，必将会使其功能性得到显著改善，同时，当前已有的研究表明纳米纤维以其优异的特性在空气过滤、水处理、伤口敷料、组织工程支架材料、传感器及储能材料等领域具有广阔的应用前景。

传统静电纺丝装置是单针头静电纺丝系统，其纺丝装置较为简单，主要包括微量注射泵、医用注射器、平口金属针头、高压电源发生器和平面金属接收板。聚合物溶液贮存于医用注射器内，平口金属针头与医用注射器连接，医用注射器放置于微量注射泵上，通过调节微量注射泵的参数可以控制溶液流量，高压电源的正极与金属针头连接，平面金属接收板接地。因此，在金属针头与金属接收板之间就形成高压电场区域，当施加电压逐渐增大，溶液所受到的静电力也逐渐增加，当溶液所受静电力与溶液自身表面张力和粘滞阻力的合力相平衡时，就会在金属针头的尖端形成微小的“泰勒锥”，此时，进一步增大施加电压，在“泰勒锥”的尖端就会形成一根射流，由于高压电场作用，射流经过直线段和不稳定段的拉伸，同时射流中溶剂挥发，射流固化形成纳米纤维沉积在金属收集板上。

目前利用传统单针头静电纺丝装置主要存在以下问题：(1)纳米纤维产量非常低，难以满足纳米纤维批量化应用需求；(2)纺丝针头直径小容易堵塞，不能保证纺丝的顺利进行；(3)纺丝结束后针头难以清理。

无针式静电纺丝技术作为一种新型静电纺丝技术能够有效解决单针头静电纺丝装置所存在的问题，该技术能够同时形成多根射流从而极大提高静电纺丝效率并显著提升纳米纤维的产量。对于无针式静电纺丝技术，目前虽然已有相关研究，但仍然存在一些问题。中国实用新型专利201610629977.9公开一种直线形槽状无针式静电纺丝装置，该喷头是直线形槽状铜杆，因此喷头上的电场分布不均匀，这会导致纳米纤维直径不均匀增加，从而影响到纳米纤维制品的质量；中国实用新型专利201710044752.1公开了一种螺旋沟槽形静电纺丝装置，该装置纺丝时能够形成多根射流，提高纳米纤维产量，但螺旋沟槽喷丝系统及相关部件的设计较为复杂，这在实际加工中存在诸多不便；中国实用新型专利201710046822.7公开了一种球形旋转刷式批量化静电纺丝装置，该纺丝装置同样存在机械结构复杂的问题。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种圆盘形无针式静电纺丝装置，结构设计合理，能够通过空间对称的电场形成均匀、稳定的多射流，自动化程度高，能够实现纳米纤维的批量生产。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

本实用新型公开了一种圆盘形无针式静电纺丝装置，包括纺丝液供料系统、喷头、直线往复系统、金属辊筒、高压电源和自动控制系统；