[发明专利]一种曲边碟形静电纺丝装置及其使用方法

说明书

本发明涉及一种曲边碟形静电纺丝装置及其使用方法，属于生产制备亚微米纤维领域。包括曲边碟形静电纺丝喷头，供电压系统，供液系统，纳微米纤维收集装置、升降与横移系统，所述静电纺丝喷头为曲边碟形，为一端开口的容器状，具体使用方法为：将其盛满纺丝液直至饱和，连接高电压，在一定电压下，其所盛的纺丝液将克服其表面张力，并在液面沿着喷头边缘不断激发形成射流，射流分化并最终沉积在纳微米纤维收集装置上，得到纳微米纤维。通过该静电纺丝喷头，不仅有效解决传统单针头静电纺丝产量低、易堵塞等问题，与其他无针静电纺丝装置相比，可在一定程度上降低激发的电压，为保护设备和使用人人身安全提供了保障。

技术领域

本发明涉及静电纺丝技术领域，特别是涉及一种曲边碟形静电纺丝装置及其使用方法。

背景技术

纳米是一种长度计量单位，为10^-9米，当材料的尺寸介于纳米尺度时，由于体积效应、量子尺寸效应、量子隧道效应以及介电限域效应，材料的物性将会发生明显的改变，从而获得一些新的性能。纳微米纤维以其极大的比表面积、高孔隙率等特点，在高效过滤、生物医药、安全防护、电子器件等领域得到的广泛的关注，表现出巨大的应用和发展潜力。当前，制备纳米纤维的技术有模板合成法、拉伸法、溶剂法、化学气相沉积法、气象-液相-固相生长法、自组装和静电纺丝法等。其中，静电纺丝法凭借其制备相对高效、工艺可控性高、于操作、设备简单、可连续、稳定生产等特点，表现出极大的应用价值。

静电纺丝设备主要由三部分组成，分别是高压电源装置、收集装置、以及纺丝装置。其中，纺丝装置为其核心部件，传统单针头静电纺丝喷头为一类似于医用注射器，通过吸取一定量的纺丝液，并在其针管处接上高压，其收集装置接地，在高压电场的作用下，位于针管前端的纺丝液克服其表面张力，被拉伸形成射流，最后分裂形成纳微米纤维并沉积在收集装置上。其沉积形态一般为杂乱无序的纤维网状，在纤维膜平面内为各向同性，其力学性能较差，成为限制其广泛应用的因素。但是，另一更重要的限制因素是，传统静电纺丝技术制备纳微米纤维的产量极低，一般为0.1~1g/h，难以实现规模化生产。

为了提高静电纺丝的产量，多针头静电纺丝以及无针静电纺丝的相关技术被提出。但是对于多针头静电纺丝，由于静电屏蔽效应，其不同针头上场强分布具有明显差异，可能造成针头堵塞，造成纺丝过程难以正常连续出丝以及纤维品质不一等问题。对于无针静电纺丝技术，其正好避过了此类的问题，同时实现了产量上的又一突破。

当前静电纺丝纳米纤维批量化制备装置国内外有一些报道。中国专利200710036447 .4公开了一种喷气式静电纺丝装置，该装置通过在液槽底部通入气体在高聚物自由液面形成气泡，气泡在电场力作用下形成泰勒锥和多射流以提高纳米纤维产量，但在机理上气泡形成泰勒锥破裂的同时有许多形状大小不一的气泡碎片被电场力拉伸，造成纤维的直径分布较宽。而且较大的高聚物自由液面溶剂极易挥发，纺丝方向受限；中国专利201310032194 .9公开了一种伞状静电纺丝喷头及静电纺丝方法，这种方法可以实现纳米纤维的批量化制备，但伞状喷头的溶液自由表面与大气环境接触，溶剂极易挥发，从而会严重影响到纺丝的稳定性及最终纳米纤维的品质，并且纺丝方向受限；中国专利201510278266 .7公开了一种喷气辅助多针头静电纺丝装置，该装置可以提高单位时间内纳米纤维的产量，纺丝方向不受限，但是存在针头易堵塞的缺点，同时，针头的排列方式要考虑到施加高压静电后电场之间的相互影响，所以多针头静电纺丝装置的设计较为繁琐和复杂，难以实现批量化生产纤维直径分布窄的纳米纤维产品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种曲边碟形静电纺丝装置及其使用方法，解决目前无针静电纺丝喷头工作电压较大以及生产连续性较差的问题，在较低的电压下连续生产纳微米纤维；同时，可使用小尺寸该喷头进行高效批量生产纳微米纤维，提高了静电纺丝喷头的空间利用率，为使用多喷头无针静电纺丝进行批量化生产纳微米纤维提供新的可能性。