CN102864504B - 一种多孔气泡静电纺丝装置 - Google Patents

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、设于贮液池正上方的接收部、金属电极、与接收部连接的接地电极，所述贮液池的上端开口，所述贮液池通过金属电极与高压静电发生器相连，所述贮液池的溶液中置有一多线圈旋转金属导气管，所述多线圈旋转金属导气管通过金属电极与高压静电发生器相连，所述气泵与旋转金属导气管相连，所述多线圈旋转金属导气管上的圆形部分上穿有若干小孔。本发明的多孔气泡静电纺丝装置通过设置具有多个小孔的多线圈旋转金属导气管，多线圈旋转金属导气管旋转时，其上带有的溶液在静电力的作用下，可以产生大量的纳米纤维，可实现微米或纳米纤维的高效率、低耗能、连续化生产。

Description

一种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。

目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ZL200410025622.6、ZL200420107832.5等；美国专利US6713001、US7326043、US6616435等。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。还有改进接收装置的，如美国专利US5042789、US4589186等。

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。针对这些问题，何吉欢教授提出了气泡静电纺丝方法，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，有必要提供一种新型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、设于贮液池正上方的接收部、金属电极、与接收部连接的接地电极，所述贮液池的上端开口，所述贮液池通过金属电极与高压静电发生器相连，所述贮液池的溶液中置有一多线圈旋转金属导气管，所述多线圈旋转金属导气管通过金属电极与高压静电发生器相连，所述气泵与多线圈旋转金属导气管相连，所述多线圈旋转金属导气管上的圆形部分上穿有若干小孔。

优选的，在上述多孔气泡静电纺丝装置中，所述小孔孔径范围为1nm～5mm。

优选的，在上述多孔气泡静电纺丝装置中，所述接收部与旋转金属导气管的上端面之间的距离调节范围是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，所述气泵可用手风器代替。

优选的，在上述多孔气泡静电纺丝装置中，所述接收部为平板状的接收极板。

优选的，在上述多孔气泡静电纺丝装置中，所述接收部为滚筒。

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通过设置具有多个小孔的多线圈旋转金属导气管，多线圈旋转金属导气管旋转时，其上带有的溶液在静电力的作用下，可以产生大量的纳米纤维，可实现微米或纳米纤维的高效率、低耗能、连续化生产。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）通过多线圈旋转金属导气管上的多个小孔，旋转时，小孔上带有溶液，在气流作用下形成气泡，在静电力的作用下，气泡破裂形成喷流，可产生大量的纳米纤维，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是本发明第一实施例的多孔气泡静电纺丝装置的示意图；

图2是图1中多线圈旋转金属导气管上画框位置的局部放大图；

图3是本发明第二实施例的多孔气泡静电纺丝装置的示意图；

图4是图3中多线圈旋转金属导气管上画框位置的局部放大图。

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、设于贮液池正上方的接收部、金属电极、与接收部连接的接地电极，所述贮液池的上端开口，所述贮液池通过金属电极与高压静电发生器相连，所述贮液池的溶液中置有一多线圈旋转金属导气管，所述多线圈旋转金属导气管通过金属电极与高压静电发生器相连，所述气泵与多线圈旋转金属导气管相连，所述多线圈旋转金属导气管上的圆形部分上穿有若干小孔。

进一步的，所述小孔孔径范围为1nm～5mm。

进一步的，所述接收部与旋转金属导气管的上端面之间的距离调节范围是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，所述气泵可用手风器代替。

进一步的，所述接收部为平板状的接收极板。

进一步的，所述接收部为滚筒。

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至图4所示，本发明公开的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包括两个具体实施例，第一实施例中，接收部为一滚筒3；第二实施例中，接收部为平板状的接收极板。

下面将就具体的实施例对本发明进行阐述。

如图1及图2所示，本发明公开的第一实施例的多孔气泡静电纺丝装置包括贮液池1、多线圈旋转金属导气管2、滚筒3、高压静电发生器4、气泵5、接地电极6。多线圈旋转金属导气管2的圆形部分上穿有多个小孔7，小孔孔径范围为1nm～5mm。多线圈旋转金属导气管2置于贮液池1中溶液中。多线圈旋转金属导气管2通过金属电极8与高压静电发生器4相连。气泵5与旋转金属导气管2相连。滚筒3与接地电极6相连。

本发明第一实施例的多孔气泡静电纺丝装置中，滚筒3与多线圈旋转金属导气管2上端面的距离调节范围是0.1cm～100cm。气泵5输出的气流流速范围是0～100m/s。高压静电发生器4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中，气泵5可以用手风器代替，并处于相同位置；可直接向贮液池1中补充溶液。

本发明第一实施例的多孔气泡静电纺丝装置中，其多线圈旋转金属导气管2的直径可根据需要调节，同时，多线圈旋转金属导气管2的线圈数量可调。

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，所加溶液应将多线圈旋转金属导气管2的下端浸没；打开气泵5，开始时气压较低，先将导气管8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；旋转导气管2，打开高压静电发生器4，调节到一定电压；导气管2旋转时，导气管表面带起溶液，在高压静电作用下，导气管2表面与接地电极6之间形成电场，当电场力大于溶液表面张力时，将有射流从旋转金属导气管上射出，射向负电极，沉积在滚筒3上，形成大量的纳米纤维；同时，在旋转时，导气管表面带有溶液，在气流作用下，导气管2表面小孔上产生气泡，当电场力大于气泡表面张力时，将有射流从气泡顶端射出，射向负电极，沉积在滚筒3上，形成大量的纳米纤维。

如图3及图4所示，本发明公开的第二实施例的多孔气泡静电纺丝装置包括贮液池1'、多线圈旋转金属导气管2'、高压静电发生器4'、气泵5'、接地电极6'、接收极板9。多线圈旋转金属导气管2'的圆形部分上穿有多个小孔7'，小孔孔径范围为1nm～5mm。多线圈旋转金属导气管2'置于贮液池1'中溶液中。多线圈旋转金属导气管2'通过金属电极8'与高压静电发生器4'相连。气泵5'与多线圈旋转金属导气管2'相连。多线圈旋转金属导气管2'通过金属电极8'与高压静电发生器4'相连。接收极板9与接地电极6相连。该实施例与第一实施例的区别是将滚筒3更换为接收极板9，其它实施方法同实施例一。

本发明第二实施例的多孔气泡静电纺丝装置中，接收极板9与多线圈旋转金属导气管2'上端面的距离调节范围是0.1cm～100cm。气泵5'输出的气流流速范围是0～100m/s。高压静电发生器4'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中，气泵5'可以用手风器代替，并处于相同位置；可直接向贮液池1'中补充溶液。

本发明第二实施例的多孔气泡静电纺丝装置中，其多线圈旋转金属导气管2'的直径可根据需要调节，同时，多线圈旋转金属导气管2'的线圈数量可调。

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，所加溶液应将多线圈旋转金属导气管2'的下端浸没；打开气泵5'，开始时气压较低，先将导气管8'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；旋转多线圈旋转金属导气管2'，打开高压静电发生器4'，调节到一定电压；多线圈旋转金属导气管2'旋转时，导气管表面带起溶液，在高压静电作用下，多线圈旋转金属导气管2'表面与接地电极6'之间形成电场，当电场力大于溶液表面张力时，将有射流从旋转金属导气管上射出，射向负电极，沉积在接收极板9上，形成大量的纳米纤维；同时，在旋转时，导气管表面带有溶液，在气流作用下，多线圈旋转金属导气管2'表面小孔上产生气泡，当电场力大于气泡表面张力时，将有射流从气泡顶端射出，射向负电极，沉积在接收极板9上，形成大量的纳米纤维。

本发明揭示的多孔气泡静电纺丝装置，其多线圈旋转金属导气管是圆形的，旋转时，多线圈旋转金属导气管上带有溶液，在静电力的作用下，可以产生大量的纳米纤维。

本发明揭示的多孔气泡静电纺丝装置，其多线圈旋转金属导气管上穿有很多小孔，旋转时，小孔上带有溶液，在气流作用下形成气泡，在静电力的作用下，气泡破裂形成喷流，可产生大量的纳米纤维。

本发明揭示的多孔气泡静电纺丝装置，将传统的纳米静电纺丝技术与气泡静电纺丝技术相结合，提高了纳米纤维的产量与生产效率。

本发明实施例的多孔气泡静电纺丝装置通过设置具有多个小孔的多线圈旋转金属导气管，多线圈旋转金属导气管旋转时，其上带有的溶液在静电力的作用下，可以产生大量的纳米纤维，可实现微米或纳米纤维的高效率、低耗能、连续化生产。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）通过多线圈旋转金属导气管上的多个小孔，旋转时，小孔上带有溶液，在气流作用下形成气泡，在静电力的作用下，气泡破裂形成喷流，可产生大量的纳米纤维，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。

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 (8)

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、设于贮液池正上方的接收部、金属电极、与接收部连接的接地电极，所述贮液池的上端开口，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：所述贮液池的溶液中置有一多线圈旋转金属导气管，所述多线圈旋转金属导气管通过金属电极与高压静电发生器相连，所述气泵与多线圈旋转金属导气管相连，所述多线圈旋转金属导气管上的圆形部分上穿有若干小孔。

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：所述小孔孔径范围为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：所述接收部与旋转金属导气管的上端面之间的距离调节范围是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：所述气泵可用手风器代替。

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：所述接收部为平板状的接收极板。

8.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：所述接收部为滚筒。