CN101487172A - 中空圆环管道多喷头和球面成膜的静电纺丝制膜装置 - Google Patents

中空圆环管道多喷头和球面成膜的静电纺丝制膜装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中空圆环管道多喷头和球面成膜的静电纺丝制膜装置。N个装有储液的可调压推进器分别与各自的中空圆环管道连通，相邻中空圆环管道均由管道连接件连接，相邻中空圆环管道间由装有开关阀的绝缘中空连接管连通，每一个中空圆环管道下方等间距布置喷头，电源经输送线与每一个中空圆环管道连接，中空圆环管道下方设置一个多孔性球面成膜接收器及其接地线。多种纺丝液通过各圆环管道后，并从喷头口喷射，连续纳米纤维被多孔球面接收器接收，形成球面形高密度孔纳米纤维薄膜。能生产不同材质纤维复合比例、分布范围、纤维直径、负载物质方便调节的多孔薄膜材料；该薄膜材料不需二次加工，可用于非完全平面型薄膜材料领域的应用。

Description

中空圆环管道多喷头和球面成膜的静电纺丝制膜装置
技术领域
本发明涉及一种静电纺丝装置，具体涉及一种中空圆环管道多喷头和球面成膜的静电纺丝制膜装置。
背景技术
高压静电纺丝是利用非牛顿流体在高压电场下产生射流形成微纳米连续纤维的一种新型技术。电纺丝技术与传统纺丝工艺存在显著差异，并逐渐成为全球范围内倍受重视的纤维、薄膜乃至三维管状、泡沫型材料制备加工的新技术。由于电纺丝技术可以将大量治疗型药物、抑菌物质、功能基团甚至活细胞等复合到纤维材料中，因此在生物医药、环境保护、稀贵物质富集回收、空气清洁过滤以及军事等诸多领域都显示出优越的应用价值，并成为各国学者研究的热点。
常规电纺丝装置是将非牛顿流体推送到带高压电的单喷管喷口，由高压电场力作用形成微纳米纤维，并在接地的导电性载体富集接收，连续纤维随机叠加形成薄膜材料(US patent 1975504)。这种装置产生的薄膜材料纤维无序、各区域膜厚度不可控，薄膜孔道尺度和分布不可控，而且生产效率极低。其次，平板或网格式接收器收集的薄膜为平面薄膜，二次加工成型性差，不适宜于需要孔道尺度和分布可控、局部形态非平整的应用。近年来不少学者对电纺丝装置各个组件进行了大量革新研究，譬如将单喷头改造为同心喷头(中国专利CN2682089Y)、并列喷头(中国专利CN101225554A)、多喷头(世界专利WO2006049664，WO2005099308；中国专利ZL200410025622.6，CN100455705C等)，生产中空型、核-壳结构型或者多孔道型纤维材料；将平面接收载体改造为管状接收器(中国专利CN200985371Y)、滚筒型接收载体(中国专利CN101363137A)、可变直径圆筒收集器(中国专利CN201053041Y)、可滑移和滚动圆筒收集器(中国专利CN2915892Y)和溶液收集载体等。此外现有技术还有气氛可控(中国专利CN1876902A)、外加磁场(中国专利CN101089254A)、外加振动(中国专利CN1986913A)等辅助设施，这些现有技术解决了高效率、有序化或者规模化生产的技术需求。
但是现有电纺丝装置在以下方面的需求上存在严重问题：第一，在多种材质纤维复合膜材料制备方面，现有技术是将独立制备的薄膜叠加复合制备成多层膜，或者独立各材质物质混合溶解到相同流体介质中制备复合材料，无法实现不同材质形成独立纤维并相互交叉均匀重叠复合，达不到不同荷电性质材质的功能基团发挥独立功能的目的；第二，现有的纤维接收器不能制备局部凹陷(或隆起)并且薄膜厚度均匀、薄膜内通孔尺度和分布均匀等需求。第三，不同活性物质经不同材质纤维复合并独立发挥其功效的电纺丝膜材料也是目前纺丝技术的挑战。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题，在保证高效率和规模化连续生产电纺丝薄膜材料的情况下，本发明的目的在于提供一种多喷头和球面成膜接收器静电纺丝制膜装置，解决不同材质电纺丝协同共纺并且一步制备多孔性薄膜材料，以便在短时间内获得不需二次加工的多孔性薄膜材料制品。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明包括电源、输送线、N个装有储液的可调压推进器、与可调压推进器相同个数的同心圆分布的中空圆环管道、N-1个绝缘中空连接管、N-1个开关阀、管道连接件、喷头、多孔性球面成膜接收器和接地线；N个装有储液的可调压推进器分别与各自的中空圆环管道连通，相邻中空圆环管道均由管道连接件连接，相邻中空圆环管道间由装有开关阀的绝缘中空连接管连通，每一个中空圆环管道下方等间距布置喷头，电源经输送线与每一个中空圆环管道连接，中空圆环管道下方设置一个多孔性球面成膜接收器及其接地线。
本发明通过开启或者闭合中空圆环管道之间的开关阀既可以一次性快速制备不同材质纤维相互交叠形成的多孔性纤维薄膜，又可以根据应用的需要，不同材质纤维的表面功能基团、不同材质纤维内复合物质种类、不同材质纤维的直径、不同纤维的复合比例、不同材质纤维分布范围等都可以方便调节；还可以通过改变球面接收器上的孔密度、孔尺寸、孔形态达到薄膜材料制品孔道调控的目的。
本发明具有的有益效果是：
1)快速生产不同材质纤维复合比例、分布范围、纤维直径、负载物质方便调节的多孔薄膜材料；
2)生产的薄膜材料不需繁杂二次加工，适用于大量需要非完全平面型薄膜材料领域的应用。
该装置具有设计合理、结构简单、成本低廉和复合薄膜材料制品生产效率高等特点。
附图说明
图1是本发明的整体结构原理示意图。
图2是中空双圆环管道、喷头、连接管、连接件组件的结构俯视示意图。
图3是中空三圆环管道、喷头、连接管、连接件组件的结构俯视示意图。
图4是多孔性球面成膜接收器的结构俯视示意图。
图中：1、电源，2、输送线，3、可调压推进器，4、中空圆环管道，5、绝缘中空连接管，6、开关阀，7、管道连接件，8、喷头，9、多孔性球面成膜接收器，10、接地线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，本发明包括电源1、输送线2、二个装有储液的可调压推进器3、二个同心圆分布的中空圆环管道4、绝缘中空连接管5、开关阀6、管道连接件7、喷头8、多孔性球面成膜接收器9和接地线10；二个装有储液的可调压推进器3分别与各自的中空圆环管道4连通，二个中空圆环管道4由管道连接件7连接，二个中空圆环管道4间由装有开关阀的绝缘中空连接管5连通，二个中空圆环管道4下方等间距布置喷头8，电源1经输送线2与每一个中空圆环管道4连接，中空圆环管道4下方设置一个多孔性球面成膜接收器9及其接地线10。
如图4所示，所述的多孔性球面成膜接收器9的通孔是三角形、四边形、多边形、椭圆形、圆形、圆弧型或者两者及以上之间的任意组合。
所述的多孔性球面成膜接收器9的通孔孔径为50-2000μm。
所述的喷头8内径为100-1000μm。
所述的各喷头8喷口端面与对应的球面成膜接收器9表面等距离，距离均为4-40cm。
如图3所示，为三个同心圆分布的中空圆环管道4分别与三个装有储液的可调压推进器3连接，A、B和C为三种纺丝液。其他结构与二个同心圆分布的中空圆环管道4的连接关系相同。
一种不同材质电纺丝协同共纺并且一步制备生产多孔性球面薄膜材料的静电纺丝装置，包括能产生1～60KV高压直流电源与输送线、储液与可调压推进器、中空圆环管道、绝缘性中空管、开关阀、喷管、管道连接件、多孔性球面成膜接收器和接地线；其中高压电源接于各喷管上方圆环管道，为正极；接收器通过接地线接地，为负极；多孔性球面成膜接收器球面是导电性多孔材质材料。
以两个储液的可调压推进器为例：将两种纺丝液A和B分别加入储液的可调压推进器中，开启可调压推进器，两种纺丝液被分别推送到内外两个圆环管道内，纺丝液填充满管道后再分别进入管道下方各个喷头，开启高压电源，高压直流电经输送线传输到圆环管道和喷头，在喷头与多孔性球面成膜接收器之间形成高压电场，喷头口暴露的纺丝液液滴被电场力牵引形成纳米纤维，在多孔性球面成膜接收器上沉积和叠加，快速形成由两种A和B不同材质电纺丝交叠的多孔性薄膜材料制品，该类多孔性薄膜材料制品的厚度可以通过推进器压力和喷射时间控制，薄膜材料制品的孔密度、孔径尺寸、孔形状可以由多孔性球面成膜接收器上的孔密度、孔尺寸和孔形状控制。

Claims (5)

1.一种中空圆环管道多喷头和球面成膜的静电纺丝制膜装置，其特征在于：包括电源、输送线、N个装有储液的可调压推进器、与可调压推进器相同个数的同心圆分布的中空圆环管道、N-1个绝缘中空连接管、N-1个开关阀、管道连接件、喷头、多孔性球面成膜接收器和接地线；N个装有储液的可调压推进器分别与各自的中空圆环管道连通，相邻中空圆环管道均由管道连接件连接，相邻中空圆环管道间由装有开关阀的绝缘中空连接管连通，每一个中空圆环管道下方等间距布置喷头，电源经输送线与每一个中空圆环管道连接，中空圆环管道下方设置一个多孔性球面成膜接收器及其接地线。
2、根据权利要求1所述的一种中空圆环管道多喷头和球面成膜的静电纺丝制膜装置，其特征在于：所述的多孔性球面成膜接收器的通孔是三角形、四边形、多边形、椭圆形、圆形、圆弧型或者两者及以上之间的任意组合。
3、根据权利要求2所述的一种中空圆环管道多喷头和球面成膜的静电纺丝制膜装置，其特征在于：所述的多孔性球面成膜接收器的通孔孔径为50-2000μm。
4、根据权利要求1所述的一种中空圆环管道多喷头和球面成膜的静电纺丝制膜装置，其特征在于：所述的喷头内径为100-1000μm。
5、根据权利要求1所述的一种中空圆环管道多喷头和球面成膜的静电纺丝制膜装置，其特征在于：所述的各喷头喷口端面与对应的球面成膜接收器表面等距离，距离均为4-40cm。
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