CN101275299B - 一种用于生产纳米纤维的气泡静电纺方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于生产纳米纤维的气泡静电纺方法及装置，其方法包括下列步骤：纺丝溶液或溶体经搅拌倒入储液池；加热使液面出现大量有规律液泡，打开高压静电发生器极化液泡，在电场力作用下液泡顶端有射流喷出，射向接收极板，沉积在位于溶液液面和接收极板之间的接收帘上。其装置由储液池、加热装置、高压静电发生器、接收极板、导辊、接地电极和接收帘组成，加热装置在储液池底部，高压静电发生器通过金属电极与储液池内的溶液或溶体相连，形成正极，接收极板通过接地电极接地形成负极，储液池的上方设有接收极板、导辊、接收帘。本发明的优点是纺丝机理简单，并且易于实际生产控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于生产纳米纤维的气泡静电纺方法及装置。
背景技术
气泡静电纺是基于高压静电场下带电荷的高分子溶液或溶体产生高速喷射发展而来，其基本过程是：聚合物溶液或溶体在几千至几万伏的静电压下产生喷射流，同时喷射流溶剂挥发，固化最终沉积在收集板上形成纤维毡或其它形式的纤维结构物。
实验证明：纺丝溶液或溶体的表面张力、粘度都是影响气泡静电纺生产过程的重要因素，液体表面张力系数与温度呈负相关，且近似为线性关系，即温度越高，表面张力系数越小；在普通可纺丝情况下，粘度越高，纤维直径越大。有时为提高纺丝原液的流动性降低溶液或溶体浓度来降低粘度，但此举降低了纤维产量，甚至因为浓度过低时Taylor锥不出现而无法成纤。同时粘度与溶液或溶体温度有很大关系，多数高聚物溶液或溶体随着温度的升高，粘度逐渐下降。
气泡静电纺所得单根纤维直径一般在几十纳米到几微米间，因此在高端技术领域得到广泛应用，但由于纺丝机理相对复杂，影响因素多，不易于生产控制而影响其产量。
发明内容
本发明的目的是发明一种能解决由于影响因素多而导致纺丝机理复杂、不易于实际生产控制的用于生产纳米纤维的气泡静电纺方法及装置。
为了实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种用于生产纳米纤维的气泡静电纺方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤1、纺丝溶液或溶体经过搅拌器搅拌2-48小时，然后将其倒入储液池；
步骤2、打开加热装置，纺丝溶液或溶体温度升高至30-200℃，逐渐产生气泡；
步骤3、当溶液或溶体液面出现大量有规律液泡时，打开高压静电发生器；
步骤4、调节高压静电发生器的电压至1-50千伏，溶液或溶体内部自由电荷在高压静电作用下被极化，极化电荷集中在凸起的液泡顶端；
步骤5、在电场力作用下，液泡顶端有溶液或溶体射流喷出，射向连接于接地电极的接收极板；
步骤6、沉积在位于溶液或溶体液面和接收极板之间的接收帘上，形成纳米纤维，同时导辊和接收帘同步旋转完成纳米纤维的连续接收。
一种用于生产纳米纤维的气泡静电纺装置，包括储液池、加热装置、高压静电发生器、接收极板、接地电极、导辊、接收帘。存放经搅拌后的溶液或溶体的储液池为一顶部呈开口状的容器，储液池底部置有加热装置，采用电元件加热方式，高压静电发生器通过金属电极与储液池内的溶液或溶体相连，形成正极，接收极板通过接地电极接地形成负极，这样接收极板与溶液或溶体液面之间形成一个静电场，储液池的上方设有可同步旋转的导辊和接收帘，在接收帘上方设有接收极板，电场力使溶液或溶体射流射向接收极板，并沉积在位于溶液或溶体液面和接收极板之间的接收帘上，形成纳米纤维，同时导辊和接收帘同步旋转完成纳米纤维的连续接收。
本发明的优点是当打开储液池底部的加热装置时，溶液或溶体会产生大量的气泡，在电场力的作用下，经过极化的气泡中有射流射出，冷却形成纳米纤维，从而使得纺丝机理简单，并且易于实际生产控制。
附图说明
图1为本发明实施例1、2结构示意图；
图2为本发明实施例3、4结构示意图。
具体实施方式
以具体实例进一步阐述本发明的纺丝过程
实施例1
参照图1，为本发明实施例1、2结构示意图，所述的一种可用于生产纳米纤维的热气泡静电纺装置包含顶部呈开口状的储液池1，高压静电发生器3通过金属电极与储液池1内的溶液或溶体4相连，接收极板8通过接地电极7接地，储液池1的上方设有可同步旋转的导辊9和接收帘6，在接收帘6上方设有接收极板8，储液池1底部置有加热装置2。
首先将质量百分比分别为35％的聚乙烯吡咯烷酮和65％的工业用无水酒精搅拌2.5小时，然后将其倒入储液池1；打开加热装置2，聚乙烯吡咯烷酮溶液温度升高至40℃，逐渐产生气泡；当溶液液面出现大量有规律液泡时，打开高压静电发生器3；调节高压静电发生器3到1千伏，溶液内部自由电荷在高压静电作用下被极化，极化电荷集中在凸起的液泡顶端；在电场力作用下，液泡顶端有溶液或溶体射流喷出，射向连接于接地电极7的接收极板8；沉积在位于溶液液面和接收极板8之间的接收帘6上，形成纳米纤维10，同时导辊和接收帘同步旋转完成纳米纤维的连续接收。
实施例2
参照图1，为本发明实施例1、2结构示意图，其中聚乙烯醇溶液由质量百分比分别为6％的聚乙烯醇和94％的工业用纯水组成，搅拌时间为12小时，温度为100℃，调节高压静电发生器3到15千伏。采用与实施例1完全相同的工艺步骤，得到纳米纤维。
实施例3
参照图2，为本发明实施例3、4结构示意图，所述的一种可用于生产纳米纤维的热气泡静电纺装置由气体引导棒5和实施例1结构中的全部部件组成。除气体引导棒5以外，实施例2结构与实施例1结构完全相同。储液池1底面设有气体引导棒5，其目的在于使溶液或溶体中的气体集中吸附且不易产生数个液泡黏附现象。
采用与实施例1完全相同的工艺步骤，其中聚丙烯腈溶液由质量百分比分别为13％的聚丙烯腈和87％的N-二甲基甲酰胺组成，搅拌时间为48小时，温度为150℃，调节高压静电发生器3到50千伏。采用与实施例1完全相同的工艺步骤，得到纳米纤维。
实施例4
参照图2，为本发明实施例3、4结构示意图，其中聚苯乙烯溶液由质量百分比分别为10％的聚乙烯醇和90％的N-二甲基甲酰胺组成，搅拌时间为24小时，温度为200℃，调节高压静电发生器3到30千伏。采用与实施例1完全相同的工艺步骤，得到纳米纤维。
Claims (3)
1.一种用于生产纳米纤维的气泡静电纺装置，包含顶部呈开口状的储液池(1)，高压静电发生器(3)通过金属电极与储液池(1)内的溶液或溶体(4)相连，接收极板(8)通过接地电极(7)接地，储液池(1)的上方设有可同步旋转的导辊(9)和接收帘(6)，在接收帘(6)上方设有接收极板(8)，其特征在于，储液池(1)底部置有加热装置(2)。
2.如权利要求1所述的一种用于生产纳米纤维的气泡静电纺装置，其特征在于，储液池(1)底面设有竖直向上的气体引导棒(5)。
3.一种用于生产纳米纤维的气泡静电纺方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤1、纺丝溶液或溶体(4)经过搅拌器搅拌2-48小时，然后将其倒入储液池(1)；
步骤2、打开加热装置(2)，纺丝溶液或溶体(4)温度升高至30-200℃，逐渐产生气泡；
步骤3、当溶液或溶体(4)液面出现大量有规律液泡时，打开高压静电发生器(3)；
步骤4、调节高压静电发生器(3)的电压至1-50千伏，溶液或溶体(4)内部自由电荷在高压静电作用下被极化，极化电荷集中在凸起的液泡顶端；
步骤5、在电场力作用下，液泡顶端有溶液或溶体(4)射流喷出，射向连接于接地电极(7)的接收极板(8)；
步骤6、沉积在位于溶液或溶体(4)液面和接收极板(8)之间的接收帘(6)上，形成纳米纤维(10)，同时导辊(9)和接收帘(6)同步旋转完成纳米纤维(10)的连续接收。
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