CN101586288A - 阵列多喷头静电纺丝设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阵列多喷头静电纺丝设备，包括电纺液供液装置、电纺液喷丝装置、接收电极板、电纺纤维传送装置和高压静电发生器，电纺液喷丝装置包括喷管和喷头，喷头呈阵列排布；电纺纤维传送装置包括进料滚筒装置和出料滚筒装置，进料滚筒装置和出料滚筒装置分别设置于接收电极板的两端；电纺纤维接收材料由进料滚筒装置送入电纺液喷丝装置和接收电极板之间的静电空间，接收电纺纤维后由出料滚筒装置送出；本发明设备可以大规模生产电纺纤维膜材，且既能生产单一聚合物电纺纤维膜材，又能一次性生产多种聚合物混纺的层状电纺纤维膜材，并能通过方便地更换电纺纤维接收材料获得具有特定拓扑图案的电纺纤维膜材，可以满足电纺纤维材料的多方面应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种静电纺丝设备，特别涉及一种阵列多喷头静电纺丝设备。
背景技术
静电纺丝自1930年由Formhals发明以来已经逐渐成为制备纳/微米纤维的一种简单而有效的技术。它能将大部分聚合物及其共聚物、嵌段共聚物、衍生物等成功地制备成3纳米到5微米范围内的电纺纤维。其原理为：在高压静电发生器的作用下，电纺液喷丝装置和电纺纤维接收装置之间形成高压静电场，聚合物溶液在喷嘴处形成液滴并被充电，带电液滴在电场力作用下在Taylor锥顶被加速，当电场力足够大时，带电液滴克服表面张力形成带电射流，带电射流在静电纺丝空间运行时，伴随着溶剂的挥发，弯曲和拉伸，最终被接收装置收集，形成随机排列的电纺纤维材料。
由于电纺纤维材料具有高比表面积、高孔隙率、高通透性等特性，近年来已经引起广泛关注，并在组织工程、给药系统、膜工程以及光学传感器等方面显示出越来越广泛和重要的应用。但是，由于缺乏适合工业化生产的静电纺丝设备，无法大批量地生产电纺纤维材料，致使目前几乎所有基于电纺纤维材料的应用研究都局限于实验室阶段，因此，研制一种适合工业化生产的静电纺丝设备成为电纺纤维材料推广应用的关键。
此外，最近研究表明，具有特定拓扑图案的电纺纤维材料和多种聚合物混纺的电纺纤维材料在组织工程、生物医药、太阳帆、军工(防弹产品)等领域有着极其重要的应用价值。但现有文献报道的工业化静电纺丝设备只能一次性生产单一聚合物电纺纤维材料，而无法一次性生产多种聚合物混纺的电纺纤维材料。
发明内容
有鉴于此，为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可以大规模生产电纺纤维膜材的阵列多喷头静电纺丝设备，不仅可以生产单一聚合物电纺纤维膜材，而且可以一次性生产多种聚合物混纺的层状电纺纤维膜材，并能通过方便地更换电纺纤维接收材料获得具有特定拓扑图案的电纺纤维膜材，从而满足电纺纤维材料的多方面应用需求。
本发明的阵列多喷头静电纺丝设备，包括电纺液供液装置、电纺液喷丝装置、接收电极板、电纺纤维传送装置和高压静电发生器，所述电纺液喷丝装置包括喷管和喷头，所述喷管与电纺液供液装置出口连通，所述喷头设置于喷管上并与喷管连通，喷头呈阵列排布；所述接收电极板设置于电纺液喷丝装置的下方；所述电纺纤维传送装置包括进料滚筒装置和出料滚筒装置，所述进料滚筒装置和出料滚筒装置分别设置于接收电极板的两端；所述电纺液喷丝装置和接收电极板分别与高压静电发生器的两个静电发生电极相连接；电纺纤维接收材料由进料滚筒装置送入电纺液喷丝装置和接收电极板之间的静电空间，接收电纺纤维后由出料滚筒装置送出。
进一步，所述进料滚筒装置包括主动滚筒I和从动滚筒I，主动滚筒I和从动滚筒I的外圆表面互相接触并列设置；所述出料滚筒装置包括主动滚筒II和从动滚筒II，主动滚筒II和从动滚筒II的外圆表面互相接触并列设置；所述电纺纤维接收材料由主动滚筒I和从动滚筒I之间穿出，再穿入主动滚筒II和从动滚筒II之间；
进一步，所述设备还包括电纺纤维后处理装置，所述电纺纤维后处理装置对应设置于出料滚筒装置后；所述电纺纤维后处理装置为电纺纤维干燥或/和灭菌装置；
进一步，所述电纺纤维传送装置还包括后处理出料滚筒，所述后处理出料滚筒对应设置于电纺纤维后处理装置后；
进一步，所述电纺液喷丝装置至少为2个且沿电纺纤维传送方向并列设置，所述电纺液喷丝装置分别连接有独立的电纺液供液装置；
进一步，所述喷管沿电纺纤维传送方向并列设置；所述喷头沿喷管轴向并列设置；
进一步，所述喷管间距为1～100厘米，同一喷管上喷头间距为1～50厘米；
进一步，所述喷管内径为2毫米～2厘米，喷头内径为0.1～2毫米，喷头长度为1毫米～50厘米。
本发明的有益效果在于：本发明的阵列多喷头静电纺丝设备，电纺液喷丝装置采用阵列多喷头装置，电纺纤维接收材料采用滚筒传送装置，可以实现电纺纤维膜材的大批量生产；电纺液喷丝装置可以方便地拆卸和更换，可以根据电纺纤维膜材的不同要求，通过改变阵列管和喷头的数量、间距、内径、长度等设计多种电纺液喷丝装置，再按照实际情况灵活选用，以获得高品质的电纺纤维膜材；进料滚筒装置和出料滚筒装置可以方便地拆卸和安装，根据电纺纤维膜材的不同要求，可以方便地更换相应的电纺纤维接收材料(如基布、纤维收集帘或具有拓扑图案的金属筛网等)，以获得具有特定拓扑图案的电纺纤维膜材；电纺液喷丝装置至少为2个沿电纺纤维传送方向并列设置，且电纺液喷丝装置分别连接有独立的电纺液供液装置，不仅可以生产单一聚合物电纺纤维膜材，而且可以一次性生产多种聚合物混纺的层状电纺纤维膜材；在设备中加入电纺纤维后处理装置，还可以方便地对电纺纤维膜材进行相关的后处理，如烘干、灭菌等，从而更利于电纺纤维膜材的工业化流水线生产。本发明设备可以满足电纺纤维材料的多方面应用需求，具有良好的应用前景。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明阵列多喷头静电纺丝设备的结构示意图；
图2为喷管和喷头的连接结构示意图；
图3为电纺液喷丝装置的横向底面示意图；
图4为采用本发明阵列多喷头静电纺丝设备制得的PCL(聚己内酯)电纺纤维膜；其中A为PCL电纺纤维膜的照片，B为PCL电纺纤维膜在光学显微镜下的结构图(放大20倍)；
图5为采用本发明阵列多喷头静电纺丝设备制得的PCL/CA(醋酸纤维素)混纺电纺纤维膜的扫描电镜图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为本发明阵列多喷头静电纺丝设备的结构示意图；图2为喷管和喷头的连接结构示意图；图3为电纺液喷丝装置的横向底面示意图；如图1～3所示：
本实施例的阵列多喷头静电纺丝设备，包括电纺液供液装置、电纺液喷丝装置、接收电极板1、高压静电发生器2、电纺纤维传送装置和电纺纤维后处理装置14；
所述电纺液供液装置包括贮液器3和输液泵4；
所述电纺液喷丝装置包括喷管5和喷头6，所述喷管5与输液泵4出口通过供液管7连通，所述喷头6通过喷头固定器8固定于喷管5上并与喷管5连通；喷管5沿电纺纤维传送方向并列设置，喷头6沿喷管5轴向并列设置，喷头6呈阵列排布；所述电纺液喷丝装置为2个且沿电纺纤维传送方向并列设置，并分别连接有独立的电纺液供液装置；在本实施例中，所述喷管间距a为15厘米，同一喷管上喷头间距b为10厘米，喷管内径为12.5毫米，喷头内径为1.5毫米，喷头长度c为5厘米；当然，喷管间距为1～100厘米，同一喷管上喷头间距为1～100厘米，喷管内径为2毫米～2厘米，喷头内径为0.1～2毫米，喷头长度为1毫米～50厘米，都可以实现本发明目的。
所述接收电极板1设置于电纺液喷丝装置的下方；
所述电纺液喷丝装置与高压静电发生器2的正极相连接，所述接收电极板1与高压静电发生器2的负极相连接并接地；
所述电纺纤维传送装置包括进料滚筒装置和出料滚筒装置，所述进料滚筒装置和出料滚筒装置分别设置于接收电极板1的两端；在本实施例中，所述进料滚筒装置包括主动滚筒I 10和从动滚筒I 11，主动滚筒I 10和从动滚筒I 11的外圆表面互相接触并列设置；所述出料滚筒装置包括主动滚筒II 12和从动滚筒II 13，主动滚筒II 12和从动滚筒II 13的外圆表面互相接触并列设置；电纺纤维接收材料9由主动滚筒I和从动滚筒I之间穿出，再穿入主动滚筒II和从动滚筒II之间；在静电纺丝时，电纺纤维接收材料9由主动滚筒I和从动滚筒I送入电纺液喷丝装置和接收电极板之间的静电空间(主动滚筒I和从动滚筒I的转动方向如箭头所示)，接收电纺纤维后由主动滚筒II和从动滚筒II送出(主动滚筒II和从动滚筒II的转动方向如箭头所示)；
所述电纺纤维后处理装置14为电纺纤维干燥或/和灭菌装置，所述电纺纤维后处理装置14对应设置于出料滚筒装置后；所述电纺纤维传送装置还包括后处理出料滚筒15，所述后处理出料滚筒15对应设置于电纺纤维后处理装置14后。
采用本实施例的阵列多喷头静电纺丝设备生产电纺纤维膜材时，其工艺流程为：将电纺纤维接收材料如图1所示安装入电纺纤维传送装置中，将聚合物溶液装入贮液器中，开启总电源——开启高压静电发生器，预热——开启贮液器的阀门——开启输液泵——开启高压静电发生器高压开关，调节电压——开始纺丝——开启电纺纤维传送装置，调节电纺纤维接收材料的平动速率——开启电纺纤维后处理装置——纺丝完毕——关闭贮液器阀门——关闭输液泵——关闭高压静电发生器高压开关——关闭电纺纤维传送装置——关闭电纺纤维后处理装置——关闭总电源——取下所得电纺纤维膜材。
采用本实施例的阵列多喷头静电纺丝设备，电纺纤维接收材料采用不锈钢金属编制网(金属丝直径为0.254mm、网孔径为0.381mm)，将PCL溶液装入其中1个贮液器中，按照上述工艺流程，可以获得具有特定拓扑图案的PCL电纺纤维膜，如图4所示，其中，A为PCL电纺纤维膜的照片，B为PCL电纺纤维膜在光学显微镜下的结构图(放大20倍)。
采用本实施例的阵列多喷头静电纺丝设备，电纺纤维接收材料采用基布，将PCL溶液和CA溶液分别装入2个贮液器中，按照上述工艺流程，可以获得PCL/CA混纺的层状电纺纤维膜，其扫描电镜图如图5所示，可见两种聚合物电纺纤维的直径在300～500nm之间且分布均匀。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
Claims (8)
1、阵列多喷头静电纺丝设备，其特征在于：包括电纺液供液装置、电纺液喷丝装置、接收电极板、电纺纤维传送装置和高压静电发生器，所述电纺液喷丝装置包括喷管和喷头，所述喷管与电纺液供液装置出口连通，所述喷头设置于喷管上并与喷管连通，喷头呈阵列排布；所述接收电极板设置于电纺液喷丝装置的下方；所述电纺纤维传送装置包括进料滚筒装置和出料滚筒装置，所述进料滚筒装置和出料滚筒装置分别设置于接收电极板的两端；所述电纺液喷丝装置和接收电极板分别与高压静电发生器的两个静电发生电极相连接；电纺纤维接收材料由进料滚筒装置送入电纺液喷丝装置和接收电极板之间的静电空间，接收电纺纤维后由出料滚筒装置送出。
2、根据权利要求1所述的阵列多喷头静电纺丝设备，其特征在于：所述进料滚筒装置包括主动滚筒I和从动滚筒I，主动滚筒I和从动滚筒I的外圆表面互相接触并列设置；所述出料滚筒装置包括主动滚筒II和从动滚筒II，主动滚筒II和从动滚筒II的外圆表面互相接触并列设置；所述电纺纤维接收材料由主动滚筒I和从动滚筒I之间穿出，再穿入主动滚筒II和从动滚筒II之间。
3、根据权利要求2所述的阵列多喷头静电纺丝设备，其特征在于：所述设备还包括电纺纤维后处理装置，所述电纺纤维后处理装置对应设置于出料滚筒装置后；所述电纺纤维后处理装置为电纺纤维干燥或/和灭菌装置。
4、根据权利要求3所述的阵列多喷头静电纺丝设备，其特征在于：所述电纺纤维传送装置还包括后处理出料滚筒，所述后处理出料滚筒对应设置于电纺纤维后处理装置后。
5、根据权利要求4所述的阵列多喷头静电纺丝设备，其特征在于：所述电纺液喷丝装置至少为2个且沿电纺纤维传送方向并列设置，所述电纺液喷丝装置分别连接有独立的电纺液供液装置。
6、根据权利要求5所述的阵列多喷头静电纺丝设备，其特征在于：所述喷管沿电纺纤维传送方向并列设置；所述喷头沿喷管轴向并列设置。
7、根据权利要求6所述的阵列多喷头静电纺丝设备，其特征在于：所述喷管间距为1～100厘米，同一喷管上喷头间距为1～50厘米。
8、根据权利要求7所述的阵列多喷头静电纺丝设备，其特征在于：所述喷管内径为2毫米～2厘米，喷头内径为0.1～2毫米，喷头长度为1毫米～50厘米。
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