CN101634050A - 一种可便携制备纳米纤维的喷气静电纺丝装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可便携制备纳米纤维的喷气静电纺丝装置，其气泡发生器(6)的上端开口，侧面通过导液管(7)与贮液池(8)相通，底面中心处设有棒状的喷头(3)，喷头(3)侧面通过导气管(2)与气泵(1)相连，导气管(2)与气泵(1)相连处高于气泡发生器(6)的液面；喷头(3)底面中心通过金属电极(4)与静电发生器(5)相连；接收极板(9)位于气泡发生器(6)的正上方，并通过导线(10)与接地电极相连。本发明可解决现有技术中纺丝生产效率低的问题。

Description

一种可便携制备纳米纤维的喷气静电纺丝装置
技术领域
本发明属于纺丝设备领域，特别是涉及一种可便携制备纳米纤维的喷气静电纺丝装置。
背景技术
当前实验室和工业界制备纳米纤维，均广泛采用单喷头或多喷头针筒式静电纺纳米纤维的装置。如：中国专利申请号，ZL200410025622.6、ZL200420107832.5等，美国专利US6713001、US7326043、US6616435等。也有不少改良、或改变针筒式喷头设计，采用其他喷丝方式进行纺丝的装置，如：中国专利申请号ZL200610117671.1、ZL200710036447.4、ZL200710040316.3、ZL200420020596.3、ZL200820058415.4等，美国专利US7535019、US7390452等，日本专利：JP2009120971-A、JP2009120972-A，世界专利：WO2008060675-A2、WO2008060675-A3。还有改进接收装置的，如美国专利US5042789、US4689186等。
传统的静电纺丝技术是当今广泛使用的一项制备纳米纤维的热门技术。其利用几千伏甚至几十千伏的高压静电在聚合物溶液或熔体中施加电压，使针头顶端的液滴变形，形成泰勒锥。当电场力达到临界值，即可以克服表面张力，射流就喷射而出，在电场中卷绕、弯曲，期间，伴随着溶剂挥发，最终固化落在接收板上。然而，静电纺丝的一些缺陷还是没有突破，首先是产量，针筒纺丝的每个针头在射流喷出时为单根射流，而后在电场力、粘滞阻力、表面张力、电荷斥力、重力等作用下分裂、拉伸、细化，形成多根纳米纤维，产量很低。其次溶液或熔体的粘度必须达到一定程度才可以纺丝，浓度太小易形成发珠纤维，但浓度太大，同时针头的直径较小，又很容易堵塞针头。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可便携制备纳米纤维的喷气静电纺丝装置，以解决现有技术中纺丝生产效率低的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种可便携制备纳米纤维的喷气静电纺丝装置，由气泡发生器、静电发生器、喷头、接收极板、导气管及金属电极组成，气泡发生器的上端开口，侧面通过导液管与贮液池相通，底面中心设有喷头，喷头经由导气管与气泵相连，导气管与气泵相连处高于气泡发生器的液面，气泡发生器通过金属电极与静电发生器相连。气泡发生器的正上方设有一接收极板，接收极板通过导线与接地电极相连。
喷头位于气泡发生器中心，高度可以根据需要调节，但一定高于气泡发生器的底面，低于气泡发生器的上端面；金属电极位于喷头中心，与喷头平齐，或低于、高于喷头高度，金属电极的直径小于喷头的内径，以保证气流的通畅。
接收极板与气泡发生器上端面之间的距离可以调节，距离调节范围为0.1cm～100cm，从而控制射流的射程。
静电发生器输出的电压值可调节，也可使用低压静电发生器，电压调节范围是1V～100kV，从而控制施加到金属电极上的电压值。电流即可采用直流电也可采用交流电进行纺丝。
气泵输出的气流流速大小范围是0m/s～100m/s，根据需要控制气泡形成的大小和速度。
气泡发生器的内径大小可以调节，气泡发生器和喷头材质均不与纺丝溶液或熔体发生反应，形状均为圆柱体或立方体。
气泡发生器侧面连通贮液池，可根据纺丝速度调节贮液池向气泡发生器输出溶液或熔体的速度。由于气泡发生器上端开口，即可使用注射器、胶头滴管等小巧轻便的容器方便及时补充溶液或熔体，可控性强。
喷头与导气管相连，气流持续流动，纺丝过程中不会出现堵塞喷头管口现象。
气泡发生器液面相对较小，能很好的抑制溶剂挥发，受环境因素影响小，可适性强。
作为优选的技术方案：贮液池可以用小巧便携的仪器代替，如移液管、胶头滴管、注射器等；气泵可以用轻便的充气装置替换，如注射器、手风器等。
有益效果
可实现纳米纤维的便携、连续化生产，无须使用繁多的实验仪器，相反仅采用少量、小巧、轻便的仪器，且可适性强、生产效率高、可适性强、生产成本低，能满足当前对纳米纤维及其相关产品的方便、快捷化生产。
附图说明
图1本发明实施例1。
图2本发明实施例2。
图3本发明实施例3。
图4本发明实施例4。
图5本发明实施例5。
其中：1-气泵，2-导气管，3-喷头，4-金属电极，5-静电发生器，6-气泡发生器，7-导液管，8-贮液池，9-接收极板，10-导线，11-手风器，12-注射器。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1所示，一种可便携制备纳米纤维的喷气静电纺丝装置，由气泡发生器6、静电发生器5、喷头3、贮液池8、气泵1和接收极板9组成，气泡发生器6的上端开口，侧面通过导液管7与贮液池8相通，底面中心设有喷头3，喷头3经由导气管2与气泵1相连，导气管2与气泵1相连处高于气泡发生器6的液面，气泡发生器6通过金属电极4与静电发生器5相连，金属电极4位于喷头3中心，并等于、低于或高于喷头3高度。气泡发生器6的正上方设有一接收极板9，接收极板9通过导线10与接地电极相连。
工作时，首先在贮液池8中注入纺丝溶液或熔体，所加液量应高于气泡发生器6的上端口，贮液池8通过导液管7向气泡发生器6缓缓注入溶液或熔体，溶液或熔体的液面低于气泡发生器6上端口，高于导气管2上端口。打开气泵1，开始时气压较低，先将导气管2中液体排出，再慢慢加大气压，使液面出现有规律液泡、凸起或喷泉状液柱。然后打开静电发生器5，调节到一定电压。液体内部自由电荷在高压静电作用下将被极化，电荷将集中在凸起溶液顶端，形成泰勒锥。距贮液池8上端口一定距离有一接收极板9，接收极板9接地形成负极，与液面之间形成电场。在适当的条件下，由于静电力的作用，从泰勒锥顶端有极细的液体或熔体射流喷出，射向负极板，沉积在接收极板9上，形成大量的纳米纤维。
实施例2
如图2所示，一种可便携制备纳米纤维的喷气静电纺丝装置，由气泡发生器6、静电发生器5、喷头3、贮液池8、手风器11(又称：皮老虎)和接收极板9，气泡发生器6的上端开口，侧面通过导液管7与贮液池8相通，底面中心设有喷头3，喷头3经由导气管2与手风器11相连，导气管2与气泵1相连处高于气泡发生器6的液面，气泡发生器6通过金属电极4与静电发生器5相连，金属电极4位于喷头3中心，并等于、低于或高于喷头3高度。气泡发生器6的正上方设有一接收极板9，接收极板9通过导线10与接地电极相连。
该实例中，手风器11用来充气，仅需实验人员手动挤压，产生气流，即可产生气泡，继而纺丝，其他实施方法同实施例1。
实施例3
如图3所示，一种可便携制备纳米纤维的喷气静电纺丝装置，由气泡发生器6、静电发生器5、喷头3、贮液池8、注射器12和接收极板9，气泡发生器6的上端开口，侧面通过导液管7与贮液池8相通，底面设有喷头3，喷头3经由导气管2与注射器12相连，导气管2与注射器12相连处高于气泡发生器6的液面，气泡发生器6通过金属电极4与静电发生器5相连，金属电极4位于喷头3中心，并等于、低于或高于喷头3高度。气泡发生器6的正上方设有一接收极板9，接收极板9通过导线10与接地电极相连。
该实例中，注射器12用来充气，仅需实验人员手动推动活塞棒，产生气流，即可产生气泡，继而纺丝，其他实施方法同实施例1。
实施例4
如图4所示，一种可便携制备纳米纤维的喷气静电纺丝装置，由气泡发生器6、静电发生器5、喷头3、注射器12、手风器11和接收极板9，气泡发生器6的上端开口，注射器12在其侧上方滴加溶液，底面设有喷头3，喷头3经由导气管2与手风器11相连，导气管2与手风器11相连处高于气泡发生器6的液面，气泡发生器6通过金属电极4与静电发生器5相连，金属电极4位于喷头3中心，并等于、低于或高于喷头3高度。气泡发生器6的正上方设有一接收极板9，接收极板9通过导线10与接地电极相连。
该实例中，使用注射器12吸入溶液，随后滴加入气泡发生器6，并使用手风器11，仅需手动即可充气，继而纺丝，其他实施方法同实施例1。
实施例5
如图5所示，一种可便携制备纳米纤维的喷气静电纺丝装置，由气泡发生器6、静电发生器5、喷头3、注射器12和接收极板9，气泡发生器6的上端开口，底面设有喷头3，喷头3经由导气管2与注射器12相连，导气管2与注射器12相连处高于气泡发生器6的液面，气泡发生器6通过金属电极4与静电发生器5相连，金属电极4位于喷头3中心，并等于、低于或高于喷头3高度。气泡发生器6的正上方设有一接收极板9，接收极板9通过导线10与接地电极相连。
该实例中，注射器14一物两用，既可充当贮液池，又充当气泵。注射器12中先吸入溶液，将溶液经导气管2缓缓加入气泡发生器6中，在溶液全部加入后(保证液面高度高于喷头3，低于气泡发生器6上端面)，实验人员即可推动活塞棒，产生气流，即可产生气泡，继而纺丝，其他实施方法同实施例1。

Claims (5)

1.一种可便携制备纳米纤维的喷气静电纺丝装置，包括气泡发生器(6)、静电发生器(5)、喷头(3)、接收极板(9)、导气管(2)及金属电极(4)，其特征在于：所述的气泡发生器(6)的上端开口，侧面通过导液管(7)与贮液池(8)相通，底面中心处设有棒状的喷头(3)，所述的喷头(3)侧面通过导气管(2)与气泵(1)相连，导气管(2)与气泵(1)相连处高于气泡发生器(6)的液面；喷头(3)底面中心通过金属电极(4)与静电发生器(5)相连；所述的接收极板(9)位于气泡发生器(6)的正上方，并通过导线(10)与接地电极相连。
2.根据权利要求1所述的一种可便携制备纳米纤维的喷气静电纺丝装置，其特征在于：所述的喷头(3)在气泡发生器(6)中所处的高度是，高于气泡发生器(6)的底面，并低于其上端面；所述的金属电极(4)直径小于喷头(3)的内径。
3.根据权利要求1所述的一种可便携制备纳米纤维的喷气静电纺丝装置，其特征在于：所述的接收极板(9)与气泡发生器(6)上端面的距离调节范围是0.1cm～100cm，所述的气泵(1)输出的气流流速范围是0m/s～100m/s，所述的静电发生器(5)的输出电压范围是1V～100kV。
4.一种使用权利要求1所述的一种可便携制备纳米纤维的喷气静电纺丝装置，其特征在于：所述的气泵(1)可以手风器或注射器代替，并处于相同位置；移液管、注射器、胶头滴管可代替贮液池(8)，并可直接向气泡发生器(6)补充溶液或熔体。
5.一种使用权利要求1所述的一种可便携制备纳米纤维的喷气静电纺丝装置，其特征在于：所述的气泡发生器(6)的内径大小可以调节，形状为圆柱体或立方体。
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