CN101624728B - 聚合物电纺纳米纤维系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚合物电纺纳米纤维系统。它涉及纺织、生物医学、滤膜技术及蓄电池隔膜等等。本发明通过极化喷管型喇叭口电纺头的采用及对每个电纺头采用分隔储能电场，从而不仅几十上百倍地增加单电纺头的电纺能力，而且确保每一个纺丝头具有一个相对独立的电场，从根本上解决了一般电纺纳米纤维装置中影响电纺量的关键问题：纺丝头间的互相干扰抑制喷丝量问题，从而能够有效确保每一个电纺头具有稳定独立的喷丝量。由此解决了目前一般电纺技术中数量上不去的难题，实现了能够设计制造具有商业价值的聚合物电纺纳米纤维生产设备。

Description

聚合物电纺纳米纤维系统

技术领域

聚合物电纺纳米纤维在众多领域具有极其诱人的应用，如纺织、生物医学、滤膜及蓄电池隔膜等等。它涉及多种学科：高电压技术，高分子化学与物理、机械设备，电气控制自动化等。主要是高电压技术与高分子化学与物理领域。 

背景技术

聚合物电纺技术有记载不仅是上世纪30年代问世甚至更早。尽管这项当今由于纳米技术引起国际科技界众多领域表现出极大的兴趣的项目，几十年来都并没有很好发展起来，包括众多申请的专利技术也没有看到在市场上取得比较大的商业效果。这是由于它面临的最大问题是电纺纳米纤维的数量受到了极大的限制。这就是这项技术没能大规模推广应用的症结所在。 

发明内容

本发明的目的就是要解决聚合物电纺技术的产量问题。本发明针对现行聚合物电纺纳米纤维普遍采用的针型纺丝头喷液量少及现在常用电路上的严重缺陷，从高电压技术与高分子科学基础出发解决两大问题： 

首先创造出一种极化喷管型喇叭口电纺头，在溶液泵保证溶液恒压供给的条件下，能够以多于一般针型纺丝头几倍与几十倍的量进行喷发； 

其次，根据现行一般电纺电路的致命弱点：电场对多纺头电纺量的抑制，设计采用一种专用电路技术，确保每一个纺丝头具有一个相 对独立的电场，从根本上解决了一般电纺纳米纤维装置中直接影响电纺纳米纤维量的关键问题：纺丝头间的互相干扰抑制喷丝量问题，从而能够有效确保每一个电纺头具有稳定独立的喷丝量。 

在上述解决两大问题的基础上就能够保证：成倍增加电纺丝头就能成倍增加纺丝量。这样，从根本上解决过去电纺纳米纤维量上不去的问题。而是能够设计制造出多电纺丝头与产量成线性比例倍增、创造出具有商业价值的聚合物电纺纳米纤维生产线。 

本发明的工作框图： 

(见附图8) 

附图说明

图1是聚合物电纺纳米纤维系统主要组成部分布置图。 

图2是小喇叭形电纺头实施例。它由小喇叭形喷纺丝口1，极化毛细管段2与料盒连接段3组成。 

图3是多针形电纺头实施例。每个电纺头由4根内径为φ0.5-0.8毛细管针1与极化毛细管段2与料盒连接段3组成。 

图4是每个电纺头建立独立电场的隔离电路之一。它由高压直流电源1、隔离高压整流二极管或高压硅堆2与储能电容器3组成。4是去连接电纺头。 

图5是每个电纺头建立独立电场的隔离电路之二。它由升压变压器1、限流电抗器2、倍压电容3、倍压整流二极管或高压硅堆4、倍压整流与隔离二极管或高压硅堆5与储能电容器6组成。7是去连接电纺头。 

图6是小喇叭形电纺头工作时的排列布置图，所有的电纺头根据聚合物电纺纳米纤维设备的宽度分组排成两排，间隔按照等边三角形布置。电纺头之间均相同的距离布置。

图7是多针形电纺头工作时的排列布置图，所有的电纺头根据聚合物电纺纳米纤维设备的宽度分组排成两排，间隔按照等边三角形布置。电纺头之间均相同的距离布置。 

图8是聚合物电纺纳米纤维系统框图。 

具体实施方案 

本发明的一个实施例是图1。工作流程是：在设计、加工、组装完成如图1装置后，根据不同需要使用机械调整装置6调整电纺头1与接收装置3间的距离，一般为100-250mm，同时将根据不同用度需要配置的不同的聚合物溶液，通过供料系统2送至每个电纺头1。启动高压直流电源4，在每个电纺头1与接收装置3间建立起一个相对独立的10-50KV高压电场。这时在静电场对聚合物溶液作用的极化与带电过程，并在电场力的作用下，形成多种Taylor锥与喷发形成纳米纤维引向相反极性的接收装置。通过电纺头的扫描运动机构5使纳米纤维在接收装置上比较均匀。随着接收装置转动运动机构7就可以连续获得直径为几纳米到亚微米、厚度比较均匀的10微米-10²微米的纤维膜。为了溶剂挥发在电纺段下方设置调温热风系统8。接收装置3形成的类似无纺布的纳米纤维膜，通过高温后处理装置增强膜的机械强度与去静电，就可以通过收膜系统卷绕为成膜。这套聚合物电纺纳米纤维系统，可以根据不同的目的，采用不同的原料不同的形式从而应用于不同的领域。 

申请人已就本发明的聚合物电纺纳米纤维系统的构思及实施例作出了详细说明，对于相关的专业技术人员在此基础上可作出的各种变换与改进，但是这些变换与改进没有脱离本发明的精神，都是在权利要求书所限定的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种聚合物电纺纳米纤维的系统，其特征在于包括：

一组或几组带有几十上百个具有独立电路系统、带正或负极性的高电压的电纺头，每个电纺头具有小喇叭形喷纺丝口，极化管段和溶液连接头三部分组成；

一个与电纺头相对带负或正极性的接收纳米纤维的机械装置，采用传送带式或作圆周运动的圆筒形式；

一个能够电动调节电纺头与接收纳米纤维的机械装置的距离、喷丝电纺头均匀横向扫描运动和连续接收纳米纤维的机械装置的运动系统；

一个分组联系所有电纺头的恒压聚合物溶液的料盒，向每个电纺头提供恒压聚合物溶液；

一个向电纺头和接收纳米纤维的机械装置提供能够产生正或负极性高电压的高压直流电源；

一套为了电纺聚合物纳米纤维连续生产与保证质量所必需的各种辅助装置。

2.按照权利要求1所述的聚合物电纺纳米纤维的系统，其中所述的电纺头具有小喇叭形状，小喇叭和针头后面有一段10-15mm的极化段，然后是与料液连接的连接段；它们上下两排按正三角形顶点布置。

3.按照权利要求1所述的聚合物电纺纳米纤维的系统，其中所述的电纺头中线与接收纳米纤维的机械装置水平直径方向相对或成一角度相对。

4.按照权利要求1所述的聚合物电纺纳米纤维的系统，其中所述的独立电路系统是将每个电纺头采用高压整流二极管或高压整流硅堆和储能电容组成的电路与其他电纺头隔离开来，形成自己独立的电场单元。

5.按照权利要求1所述的聚合物电纺纳米纤维的系统，其中所述的高压直流电源是输出带储能电容器的高频或工频升压的高压直流电源或倍压高压直流电源。

6.按照权利要求1所述的聚合物电纺纳米纤维的系统，其中所述的恒压聚合物溶液的料盒是在料液泵提供料液后用于调节电纺头出口静压来调节实际纺丝溶液量，从而保证每个电纺头稳定纺丝所需的溶液量。

7.按照权利要求1所述的聚合物电纺纳米纤维的系统，其中所述的辅助装置是保证连续生产所需的电纺室温控系统、溶剂回收装置、后处理装置、导向纠偏装置、保证质量的测厚装置、张力控制装置和收膜装置。

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