CN101886294A - 非溶液接触式电极的静电纺丝装置 - Google Patents

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Abstract

非溶液接触式电极的静电纺丝装置，现有的静电纺丝装置都是电极与纺丝溶液直接接触，这势必存在下述问题，一是当溶液具有腐蚀性时，金属电极就需要经常更换，溶液也会受金属电极污染，二是如果电极设计在供液容器内使加压密封变得不方便。本发明的组成包括：恒压供液系统(1)，所述的恒压供液系统连接供液容器(2)，所述的供液容器含有一组喷丝孔(3)或喷嘴(8)，所述的喷丝孔或喷嘴外边设置椭圆型金属电极(4)或针状金属电极(7)，所述的金属电极连接高压静电发生器(5)的一极，所述的高压静电发生器另一极连接接收装置(6)。本发明用于制备聚合物微纳米纤维特别是那些具有腐蚀性的溶液的纺丝。

Description

非溶液接触式电极的静电纺丝装置
技术领域：
本发明涉及一种静电纺丝装置，特别是涉及可大批量生产具有腐蚀性聚合物纳米纤维的非溶液接触式电极的静电纺丝装置。
背景技术：
静电纺丝又称“电纺”，是一种使带电荷的聚合物溶液或熔体在静电场中射流来制备聚合物超细纤维的加工方法。目前，已成功静电纺丝加工的聚合物超过几十种。在静电纺丝过程中供液容器内装满了聚合物溶液或熔融液，在外加电场作用下受表面张力作用而保持在喷嘴处的高分子液滴在电场诱导下表面聚集电荷，受到一个与表面张力方向相反的电场力。当电场逐渐增强时，碰撞处的液滴由球状被拉长为锥状，形成所谓的“泰勒锥”。当电场强度增加至一个临界值时，电场力就会克服液体的表面张力，从“泰勒锥”中喷出。喷射流在高电场的作用下发生震荡而不稳定，产生频率极高的不规则性螺旋运动。在高速震荡中，喷射流被迅速拉细，溶剂也迅速挥发，最终形成直径在纳米级的纤维，并以随机的方式沉积在收集装置上，形成无纺布。目前静电纺丝装置中电极的设置有三种，第一种是电极设置在供液容器内，第二种是金属喷嘴直接作为电极使用，第三种是金属滚筒或转盘直接用作电极。上述三种情况都是电极与纺丝溶液直接接触，这势必存在下述问题，一是当溶液具有腐蚀性时，金属电极就需要经常更换，溶液也会受金属电极污染，二是如果电极设计在供液容器内使加压密封变得不方便。
发明内容：
本发明目的在于针对目前纺丝装置中电极与溶液接触导致电极被腐蚀，溶液质量也会受到影响，对于有加压需要的装置，密封不方便等问题，提供一种非溶液接触式电极的静电纺丝装置，这种装置设计简单，操作方便，可移植性强，能有效提高纳米纤维产量和质量。
上述的目的通过以下技术方案实现：
非溶液接触式电极的静电纺丝装置，其组成包括：恒压供液系统，所述的恒压供液系统连接供液容器，所述的供液容器含有一组喷丝孔或喷嘴，所述的喷丝孔或喷嘴外边设置金属电极，所述的金属电极连接高压静电发生器的一极，所述的高压静电发生器另一极连接接收装置。
所述的非溶液接触式电极的静电纺丝装置，所述的恒压供液系统为装有转子流量计的可精确计量的氮气钢瓶，其控制压力为1-10kPa。
所述的非溶液接触式电极的静电纺丝装置，所述喷丝孔为直线排列，孔间距为1cm，孔径为0.3～0.8mm。
所述的非溶液接触式电极的静电纺丝装置，所述喷嘴为直线排列，喷嘴间距为1-1.3cm，孔径为0.3～0.8mm。
所述的非溶液接触式电极的静电纺丝装置，所述金属电极为椭圆型导线排布于喷丝孔的两侧。
所述的非溶液接触式电极的静电纺丝装置，所述金属电极为针状电极设置于喷嘴外部。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明溶液不受电极腐蚀影响，所得纤维质量好。
2、本发明电极外置，方便移植和更换。
3、本发明电极外置改善了装置的气密性，方便加压。
4、本发明生产效率高适合批量生产。
5、本发明装置简单便于推广工业化。
附图说明：
附图1为本发明采用椭圆型电极的结构示意图。
附图2为本发明采用椭圆型电极时供液容器部分的仰视图。
附图3为本发明采用针状电极的结构示意图。
本发明的具体实施方式：
实施例1：
如图1所示，一种非溶液接触式电极的静电纺丝装置，该装置主要包括恒压供液系统1、底部含有喷丝孔3的供液容器2、椭圆型金属电极4、高压静电发生器5和接收装置6。在本实例中，供液系统对供液容器恒压供液，当高压静电发生器对椭圆型金属电极提供10-40kV电场电压时，从容器底部的微孔中喷出连续的纳米纤维，在接受装置上收集。在本实施例中，所用纺丝溶液可以采用聚丙烯腈的二甲基甲酰胺溶液，聚丙烯腈的分子量为100,000g/mol，浓度为13％，所得纳米纤维的直径为500nm。在本实施例中，容器底部微孔孔径为0.5mm。
实施例2：
如图3所示，一种非溶液接触式电极的静电纺丝装置，该装置主要包括恒压供液系统1、下部连有喷嘴8的供液容器2、针状金属电极7、高压静电发生器5和接收装置6。在本实例中，供液系统对供液容器恒压供液，当高压静电发生器对针状金属电极提供10-40kV电场电压时，从喷嘴中喷出连续的纳米纤维，在接受装置上收集。在本实施例中，所用纺丝溶液可以采用聚丙烯腈的二甲基甲酰胺溶液，聚丙烯腈的分子量为200,000g/mol，浓度为8％，所得纳米纤维的直径为400nm。在本实施例中，喷嘴的孔径为0.6mm。
实施例3：
非溶液接触式电极的静电纺丝装置，其组成包括：恒压供液系统，所述的恒压供液系统连接塑料供液容器，供液容器为水平放置的塑料圆管，上端开口，底部排列有喷丝孔所述的供液容器含有一组喷丝孔或喷嘴，所述的喷丝孔或喷嘴外边设置金属电极，所述的金属电极连接高压静电发生器的一极，所述的高压静电发生器另一极连接接收装置。
所述的恒压供液系统为装有转子流量计的可精确计量的氮气钢瓶，其控制压力为1-10kPa。
所述的非溶液接触式电极的静电纺丝装置，所述喷丝孔为直线排列，孔间距为1cm，孔径为0.3或者0.4或者0.5或者0.6或者0.7或者0.8mm。
所述的非溶液接触式电极的静电纺丝装置，所述喷嘴为直线排列，喷嘴间距为1-1.3cm，例如1.1或者1.2cm，孔径为0.3或者0.4或者0.5或者0.6或者0.7或者0.8mm。
所述的非溶液接触式电极的静电纺丝装置，所述金属电极为椭圆型导线排布于喷丝孔的两侧。
所述的非溶液接触式电极的静电纺丝装置，所述金属电极为针状电极设置于喷嘴外部。

Claims (10)

1.一种非溶液接触式电极的静电纺丝装置，其组成包括：恒压供液系统，其特征是：所述的恒压供液系统连接供液容器，所述的供液容器含有一组喷丝孔或喷嘴，所述的喷丝孔或喷嘴外边设置金属电极，所述的金属电极连接高压静电发生器的一极，所述的高压静电发生器另一极连接接收装置。
2.根据权利要求1所述的非溶液接触式电极的静电纺丝装置，其特征是：所述的恒压供液系统为装有转子流量计的可精确计量的氮气钢瓶，其控制压力为1-10kPa。
3.根据权利要求1或2所述的非溶液接触式电极的静电纺丝装置，其特征是：所述喷丝孔为直线排列，孔间距为1cm，孔径为0.3～0.8mm。
4.根据权利要求1或2所述的非溶液接触式电极的静电纺丝装置，其特征是：所述喷嘴为直线排列，喷嘴间距为1-1.3cm，孔径为0.3～0.8mm。
5.根据权利要求1或2所述的非溶液接触式电极的静电纺丝装置，其特征是：所述金属电极为椭圆型导线排布于喷丝孔的两侧。
6.根据权利要求3所述的非溶液接触式电极的静电纺丝装置，其特征是：所述金属电极为椭圆型导线排布于喷丝孔的两侧。
7.根据权利要求4所述的非溶液接触式电极的静电纺丝装置，其特征是：所述金属电极为椭圆型导线排布于喷丝孔的两侧。
8.根据权利要求1或2或6或7所述的非溶液接触式电极的静电纺丝装置，其特征是：所述金属电极为针状电极设置于喷嘴外部。
9.根据权利要求3所述的非溶液接触式电极的静电纺丝装置，其特征是：所述金属电极为针状电极设置于喷嘴外部。
10.根据权利要求4或5所述的非溶液接触式电极的静电纺丝装置，其特征是：所述金属电极为针状电极设置于喷嘴外部。
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