CN102851753A

CN102851753A - 多孔气泡静电纺丝装置

Info

Publication number: CN102851753A
Application number: CN2012103890044A
Authority: CN
Inventors: 何吉欢; 孔海燕; 周丽霞
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2013-01-02

Abstract

一种多孔气泡静电纺丝装置，其包括贮液池、高压静电发生器、气泵、设于贮液池的底面且垂直向上的喷头、设于贮液池正上方的接收极板、导气管、金属电极、与接收极板连接的接地电极，所述贮液池的上端开口，所述喷头通过导气管与气泵相连，所述导气管与气泵相连处高于贮液池的液面，所述贮液池通过金属电极与高压静电发生器相连，所述贮液池中间设有一金属板，所述金属板上设有若干小孔。本发明的多孔气泡静电纺丝装置通过设置多个小孔同时均匀性产生大量气泡，可实现微米或纳米纤维的高效率、低耗能、连续化生产。

Description

多孔气泡静电纺丝装置

技术领域

本发明涉及静电纺丝领域，尤其涉及一种多孔气泡静电纺丝装置。

背景技术

静电纺丝技术是目前制备超细纤维和纳米纤维最直接也是最基本的方法之一，由静电纺丝技术制备的纳米纤维具有超高的比表面积、极大长径比、高表面活性、优越的机械性能（高强高韧）等特点，在纺织工程、环境工程、生物科技、医疗与卫生健康、能源贮存、军事与反恐安全等不同领域都具有十分广阔的应用前景。

气泡静电纺丝技术是一项重要的制备纳米纤维技术，有很多学者对其工艺参数及喷丝体系等进行了研究，如中国专利ZL200420020596.3、ZL200410025622.6等；美国专利US6616435、US6753454等。

传统的纳米静电纺丝技术存在一些缺陷，产量低，同时受溶液溶度、粘性等性能影响较大，且由于针头直径较小，易堵塞针头。

气泡静电纺丝方法的提出很好的改善了上述问题，但是，该方法仍处于实验室制备阶段，且气泡产生的均匀性难以控制，不能大规模的产业化生产，纳米纤维的产量问题仍然是迫切需要解决的。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种具有改良结构的多孔气泡静电纺丝装置，以克服上述缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可用于大批量高效率生产纳米纤维的多孔气泡静电纺丝装置，以弥补现有技术的不足与缺陷，满足生产和生活的需要。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多孔气泡静电纺丝装置，其包括贮液池、高压静电发生器、气泵、设于贮液池的底面且垂直向上的喷头、设于贮液池正上方的接收极板、导气管、金属电极、与接收极板连接的接地电极，所述贮液池的上端开口，所述喷头通过导气管与气泵相连，所述导气管与气泵相连处高于贮液池的液面，所述贮液池通过金属电极与高压静电发生器相连，所述贮液池中间设有一金属板，所述金属板上设有若干小孔。

优选的，在上述多孔气泡静电纺丝装置中，所述小孔的孔径设置范围为1nm～5mm。

优选的，在上述多孔气泡静电纺丝装置中，所述接收极板与气泡发生器上端面的距离调节范围是0.1cm~100cm。

优选的，在上述多孔气泡静电纺丝装置中，所述气泵输出的气流流速范围是0~100m/s。

优选的，在上述多孔气泡静电纺丝装置中，所述高压静电发生器的输出电压范围是1V~100KV。

优选的，在上述多孔气泡静电纺丝装置中，所述接收极板呈平板状。

优选的，在上述多孔气泡静电纺丝装置中，所述接收极板为一滚筒。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例的多孔气泡静电纺丝装置可实现微米或纳米纤维的高效率、低耗能、连续化生产，通过在在贮液池中间平板上穿很多小孔，同时产生大量气泡，提高了气泡产生的均匀性，可实现纳米纤维的规模化生产，生产效率高，生产成本低，设备简单，易操作，适应性强，可满足大批量生产及产品应用等对纳米纤维及其相关产品的需求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）通过金属板上的多个小孔同时产生大量气泡，在静电力的作用下，气泡破裂形成喷流，多个气泡的产生提高了纳米纤维的产量与生产效率。

（2）可实现微米或纳米纤维的高效率、低耗能、连续化生产。

（3）生产效率高，生产成本低，设备简单，易操作，适应性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明多孔气泡静电纺丝装置第一实施例的示意图；

图2是本发明多孔气泡静电纺丝装置中金属板的立体示意图；

图3是本发明多孔气泡静电纺丝装置第二实施例的示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种可用于大批量高效率生产纳米纤维的多孔气泡静电纺丝装置，以弥补现有技术的不足与缺陷，满足生产和生活的需要。

该多孔气泡静电纺丝装置，其包括贮液池、高压静电发生器、气泵、设于贮液池的底面且垂直向上的喷头、设于贮液池正上方的接收极板、导气管、金属电极、与接收极板连接的接地电极，所述贮液池的上端开口，所述喷头通过导气管与气泵相连，所述导气管与气泵相连处高于贮液池的液面，所述贮液池通过金属电极与高压静电发生器相连，所述贮液池中间设有一金属板，所述金属板上设有若干小孔。

进一步的，所述小孔的孔径设置范围为1nm～5mm。

进一步的，所述接收极板与气泡发生器上端面的距离调节范围是0.1cm~100cm。

进一步的，所述气泵输出的气流流速范围是0~100m/s。

进一步的，所述高压静电发生器的输出电压范围是1V~100KV。

进一步的，所述接收极板呈平板状。

进一步的，所述接收极板为一滚筒。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1及图2所示，本发明第一实施例的多孔气泡静电纺丝装置包括贮液池1、高压静电发生器2、气泵3、喷头4和接收极板5。其中，接收极板5呈平板状，贮液池1的上端开口，贮液池1中间有一金属板6，金属板6上设有若干小孔61。贮液池1的底面设有垂直向上的喷头4。喷头4通过导气管7与气泵3相连。导气管7与气泵3相连处高于贮液池1的液面。贮液池1通过金属电极8与高压静电发生器2相连。贮液池1正上方设有接收极板5，接收极板5与接地电极9相连。接收板5用于接收纳米纤维。本发明第一实施例的多孔气泡静电纺丝装置通过在贮液池1中间的金属板6上穿设很多小孔61，使得工作中能同时产生大量气泡，提高了气泡产生的均匀性，可实现纳米纤维的规模化生产，生产效率高，生产成本低，设备简单，易操作，适应性强，可满足大批量生产及产品应用等对纳米纤维及其相关产品的需求。

第一实施例中，金属板6可以根据实验需要进行跟换，金属板6的小孔61的孔径设置范围为1nm～5mm。

第一实施例中，接收极板5与气泡发生器上端面的距离调节范围是0.1cm~100cm。气泵3输出的气流流速范围是0~100m/s。高压静电发生器2的输出电压范围是1V~100KV。

本发明第一实施例的多孔气泡静电纺丝装置的工作原理是：工作时，首先在贮液池1中注入溶液或熔体，所加液量应不高于贮液池中间的金属板6；打开气泵3，开始时气压较低，先将导气管7中液体排出，再慢慢加大气压，使液面出现有规律的气泡状凸起；然后打开高压静电发生器2，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，特别是气泡表面；距贮液池1上端口一定距离是接收板5，接收板5接地形成负极，与液面之间形成电场，当电场力大于溶液表面张力时，将有射流从气泡顶端射出，射向负电极，沉积在接收板5上，形成大量的纳米纤维。

如图2及图3所示，本发明第二实施例的多孔气泡静电纺丝装置包括贮液池1'、高压静电发生器2'、气泵3'、喷头4'和滚筒10。贮液池1'的上端开口，贮液池1'中间有一金属板6，金属板6上设有若干小孔61。贮液池1'的底面设有垂直向上的喷头4'，喷头4'通过导气管7'与气泵3'相连，导气管7'与气泵3'相连处高于贮液池1'的液面。贮液池1'通过金属电极7'与高压静电发生器2'相连。贮液池1'通过金属电极8′与高压静电发生器2'相连。贮液池1'正上方设有滚筒10，滚筒10与接地电极9′相连。本实施例中的滚筒10的作用与第一实施例中的接收板5的作用相同。滚筒10用于接收纳米纤维。本实施例中，由于金属板6的结构与第一实施例的完全一样，所以实施例一与实施例二用的是同一个金属板6的附图，即图2，所以在进行第二实施例的描述时，没有对金属板6及小孔61的标号与第一实施例进行区分，采用相同的标号，相同的标号并不能使得两个实施例产生混淆，以下不再赘述。本发明第二实施例的多孔气泡静电纺丝装置通过在贮液池1'中间的金属板6上穿很多小孔61，使得工作中能同时产生大量气泡，提高了气泡产生的均匀性，可实现纳米纤维的规模化生产，生产效率高，生产成本低，设备简单，易操作，适应性强，可满足大批量生产及产品应用等对纳米纤维及其相关产品的需求

第二实施例中，金属板6可以根据实验需要进行跟换，金属板6的小孔61的孔径设置范围为1nm～5mm。

第二实施例中，接收极板5与气泡发生器上端面的距离调节范围是0.1cm~100cm。气泵3输出的气流流速范围是0~100m/s。高压静电发生器2的输出电压范围是1V~100KV。

本发明第二实施例的多孔气泡静电纺丝装置的工作原理是：工作时，首先在贮液池1′中注入溶液或熔体，所加液量应不高于贮液池中间的金属板6；打开气泵3'，开始时气压较低，先将导气管7′中液体排出，再慢慢加大气压，使液面出现有规律的气泡状凸起；然后打开高压静电发生器2'，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，特别是气泡表面；距贮液池1'上端口一定距离是滚筒10，滚筒10接地形成负极，与液面之间形成电场，当电场力大于溶液表面张力时，将有射流从气泡顶端射出，射向负电极，沉积在接收板5上，形成大量的纳米纤维。

本发明实施例的多孔气泡静电纺丝装置可实现微米或纳米纤维的高效率、低耗能、连续化生产，通过在在贮液池1中间的金属板6上穿设很多小孔61，同时产生大量气泡，提高了气泡产生的均匀性，可实现纳米纤维的规模化生产，生产效率高，生产成本低，设备简单，易操作，适应性强，可满足大批量生产及产品应用等对纳米纤维及其相关产品的需求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）通过金属板6上的多个小孔61同时产生大量气泡，在静电力的作用下，气泡破裂形成喷流，多个气泡的产生提高了纳米纤维的产量与生产效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种多孔气泡静电纺丝装置，其包括贮液池、高压静电发生器、气泵、设于贮液池的底面且垂直向上的喷头、设于贮液池正上方的接收极板、导气管、金属电极、与接收极板连接的接地电极，所述贮液池的上端开口，所述喷头通过导气管与气泵相连，所述导气管与气泵相连处高于贮液池的液面，所述贮液池通过金属电极与高压静电发生器相连，其特征在于：所述贮液池中间设有一金属板，所述金属板上设有若干小孔。

2.根据权利要求1所述的多孔气泡静电纺丝装置，其特征在于：所述小孔的孔径设置范围为1nm～5mm。

3.根据权利要求1所述的多孔气泡静电纺丝装置，其特征在于：所述接收极板与气泡发生器上端面的距离调节范围是0.1cm~100cm。

4.根据权利要求1所述的多孔气泡静电纺丝装置，其特征在于：所述气泵输出的气流流速范围是0~100m/s。

5.根据权利要求1所述的多孔气泡静电纺丝装置，其特征在于：所述高压静电发生器的输出电压范围是1V~100KV。

6.根据权利要求1所述的多孔气泡静电纺丝装置，其特征在于：所述接收极板呈平板状。

7.根据权利要求1所述的多孔气泡静电纺丝装置，其特征在于：所述接收极板为一滚筒。