CN102864505A - 纳米纤维制备装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米纤维制备装置及其制备方法，该装置包括：若干上端开口的旋转贮液池、气压提供装置、高压静电发生器、纳米纤维收集装置，所述旋转贮液池的底面设有垂直向上的喷头，所述喷头通过导气管与气压提供装置相连通，且喷头与高压静电发生器电性导通，所述纳米纤维收集装置包括位于旋转贮液池正上方的接收装置、位于接收装置两端的导辊以及分别与两个导辊相连的卷绕辊和退绕辊。本发明纳米纤维制备装置及其制备方法能够制备层次结构的纳米纤维性能好，具有非常高的实际应用价值。纳米纤维收集装置通过导辊、卷绕辊和退绕辊的设置，能够实现纳米纤维制备的自动化生产，提高了制备产量。

Description

纳米纤维制备装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及静电纺织技术领域，特别是涉及一种纳米纤维制备装置及其制备方法。

背景技术

纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料，包括纤维直径为纳米量级的超细纤维，还包括将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改性的纤维。

纳米纤维具有以下特点：

表面效应，粒子尺寸越小，表面积越大，由于表面粒子缺少相邻原子的配位，因而表面能增大极不稳定，易于其他原子结合，显出较强的活性；

小尺寸效应，当微粒的尺寸小到与光波的波长、传导电子的德布罗意波长和超导态的相干长度透射深度近似或更小时，其周期性的边界条件将被破坏，粒子的声、光、电磁、热力学性质将会改变，如熔点降低、分色变色、吸收紫外线、屏蔽电磁波等；

量子尺寸效应，当粒子尺寸小到一定时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级，此时，原为导体的物质有可能变为绝缘体，反之，绝缘体有可能变为超导体；

宏观量子的阳隧道效应，隧道效应是指微小粒子在一定情况下能穿过物体，就像里面有了隧道一样可以通过。

层次结构的超细/纳米纤维具有非常优越的性能，如碳纳米管。将层次结构超细/纳米纤维的制备方法用于制作缆绳，然而现有技术中制备的缆绳质量较重，用料偏多，缆绳强度和韧性一般。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种纳米纤维制备装置及其制备方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有层次结构的纳米纤维制备装置及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种纳米纤维制备装置，所述装置包括：若干上端开口的旋转贮液池、与所述旋转贮液池相连通的气压提供装置、与旋转贮液池相连的高压静电发生器、位于所述旋转贮液池正上方且与接地电极相连的纳米纤维收集装置，所述旋转贮液池的底面设有垂直向上的喷头，所述喷头通过导气管与气压提供装置相连通，且喷头与高压静电发生器电性导通，所述纳米纤维收集装置包括位于旋转贮液池正上方的接收装置、位于接收装置两端的导辊以及分别与两个导辊相连的卷绕辊和退绕辊。

作为本发明的进一步改进，所述接收装置设置为接收板或滚筒。

作为本发明的进一步改进，所述气压提供装置设置为气泵或手风器。

作为本发明的进一步改进，所述导气管与气压提供装置相连处高于旋转贮液池内的液面。

作为本发明的进一步改进，所述旋转贮液池为内径可调节设置的圆柱体或正方体或长方体。

作为本发明的进一步改进，所述纳米纤维收集装置与旋转贮液池上端距离设为0.1cm~100cm。

相应地，一种纳米纤维制备方法，所述方法包括：

S1、在旋转贮液池中注入用于制备纳米纤维的溶液或熔体；

S2、打开气压提供装置，提供低气压将导气管中液体排出，再加大气压，使液面出现有规律的气泡状凸起；

S3、然后打开高压静电发生器，调节电压，使液体内部和气泡表面自由电荷在高压静电作用下将被极化；

S4、纳米纤维收集装置接地形成负极，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向并沉积在纳米纤维收集装置上，形成大量的纳米纤维；

S5、纳米纤维收集装置将接收到的纳米纤维在导辊、卷绕辊和退绕辊的共同作用下带离沉积区并卷装成品。

作为本发明的进一步改进，所述气压提供装置输出的气流流速范围是0~100m/s。

作为本发明的进一步改进，所述高压静电发生器的输出电压范围是1V~100KV。

与现有技术相比，本发明纳米纤维制备装置及其制备方法能够制备层次结构的纳米纤维性能好，具有非常高的实际应用价值。纳米纤维收集装置通过导辊、卷绕辊和退绕辊的设置，能够实现纳米纤维制备的自动化生产，提高了制备产量。由此制备的纳米纤维用于制备缆绳，在缆绳相同长度时质量更轻、用料更少，在相同粗细时强度更高、韧性更强。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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为本发明优选实施方式中纳米纤维制备装置的结构示意图；

图2为本发明优选实施方式中纳米纤维制备方法的流程示意图；

图3为本发明另一实施方式中纳米纤维制备装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种纳米纤维制备装置，包括：若干上端开口的旋转贮液池、与旋转贮液池相连通的气压提供装置、与旋转贮液池相连的高压静电发生器、位于旋转贮液池正上方且与接地电极相连的纳米纤维收集装置，旋转贮液池的底面设有垂直向上的喷头，喷头通过导气管与气压提供装置相连通，且喷头与高压静电发生器电性导通，纳米纤维收集装置包括位于旋转贮液池正上方的接收装置、位于接收装置两端的导辊以及分别与两个导辊相连的卷绕辊和退绕辊。

本发明还公开了一种纳米纤维制备方法，方法包括：

S1、在旋转贮液池中注入用于制备纳米纤维的溶液或熔体；

S2、打开气压提供装置，提供低气压将导气管中液体排出，再加大气压，使液面出现有规律的气泡状凸起；

S3、然后打开高压静电发生器，调节电压，使液体内部和气泡表面自由电荷在高压静电作用下将被极化；

S4、纳米纤维收集装置接地形成负极，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向并沉积在纳米纤维收集装置上，形成大量的纳米纤维；

S5、纳米纤维收集装置将接收到的纳米纤维在导辊、卷绕辊和退绕辊的共同作用下带离沉积区并卷装成品。

本发明纳米纤维制备装置及其制备方法简单，能够制备层次结构的纳米纤维，制备产量高，性能好，具有非常高的实际应用价值。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

此外，在不同的实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关联性。

参图1所示为本发明一实施方式中纳米纤维制备装置的结构示意图，在本实施方式中，纳米纤维制备装置包括：

旋转贮液池1，旋转贮液池1上端开口，用于注入制备纳米纤维的溶液或熔体，内径可调节设置的圆柱体或正方体或长方体。旋转贮液池数量可变，在本实施方式中设为3个。旋转贮液池1的底面设有垂直向上的喷头4，喷头4与导气管8相连通；

气压提供装置，本实施方式中气压提供装置为气泵3，在其他实施方式中也可以设置为手风器等，导气管8与气压提供装置相连处高于旋转贮液池1内的液面。气泵3与导气管8的另一端，通过导气管8，气泵3可以向喷头4提供一定的气压；

高压静电发生器2，高压静电发生器2通过导线与旋转贮液池1中的喷头4电性导通，高压静电发生器2与导线连接处设有金属电极6。当高压静电发生器2提供一定的电压时，液体内部尤其是气泡表面的自由电荷在高压静电作用下将被极化；

纳米纤维收集装置，在本实施方式中纳米纤维收集装置包括位于旋转贮液池1正上方的接收装置、位于接收装置两端的导辊9以及分别与两个导辊9相连的卷绕辊10和退绕辊11，优选地，纳米纤维收集装置与旋转贮液池上端距离设为0.1cm~100cm；接收装置设为接收板5，接收板5与接地电极7相连，在其他实施方式中接收装置还可以设为滚筒。通过导辊、卷绕辊和退绕辊的设置，在需要卷绕时，用旋转设备或手动旋转卷绕辊，卷绕辊带动导辊对纳米纤维进行卷绕，在需要退绕时，用旋转设备或手动旋转退绕辊，退绕辊带动导辊进行退绕，能够实现纳米纤维制备的自动化生产，提高了纳米纤维的制备效率。

参图2所示，本发明中纳米纤维制备方法具体如下：

S1、在旋转贮液池中注入用于制备纳米纤维的溶液或熔体；

S2、打开气压提供装置，提供低气压将导气管中液体排出，再加大气压，使液面出现有规律的气泡状凸起。本实施方式中气压提供装置输出的气流流速范围是0~100m/s；

S3、然后打开高压静电发生器，调节到一定电压，使液体内部尤其是气泡表面自由电荷在高压静电作用下将被极化。本实施方式中高压静电发生器的输出电压范围是1V~100KV；

S4、纳米纤维收集装置接地形成负极，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向并沉积在纳米纤维收集装置上，形成大量的纳米纤维；

S5、纳米纤维收集装置将接收到的纳米纤维在导辊、卷绕辊和退绕辊的共同作用下带离沉积区并卷装成品。

纳米纤维可用于制备缆绳，利用本实施例中的纳米纤维制备得的缆绳在相同长度时质量轻、用料少，在相同粗细时强度高、韧性强。

参图3所示为本发明另一实施方式中纳米纤维制备装置的结构示意图。本实施方式中，旋转贮液池的数量设为9个，其余均与上述实施方式相同，通过增加旋转贮液池的个数，提高了层次结构纳米纤维的产量，同时进一步提高了由此装置制备的纳米纤维的强度和韧性，从而提高了缆绳的性能。

由以上技术方案可以看出，本发明纳米纤维制备装置及其制备方法能够制备层次结构的纳米纤维性能好，具有非常高的实际应用价值。纳米纤维收集装置通过导辊、卷绕辊和退绕辊的设置，能够实现纳米纤维制备的自动化生产，提高了制备产量。由此制备的纳米纤维用于制备缆绳，在缆绳相同长度时质量更轻、用料更少，在相同粗细时强度更高、韧性更强。

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 (9)

1.一种纳米纤维制备装置，其特征在于，所述装置包括：若干上端开口的旋转贮液池、与所述旋转贮液池相连通的气压提供装置、与旋转贮液池相连的高压静电发生器、位于所述旋转贮液池正上方且与接地电极相连的纳米纤维收集装置，所述旋转贮液池的底面设有垂直向上的喷头，所述喷头通过导气管与气压提供装置相连通，且喷头与高压静电发生器电性导通，所述纳米纤维收集装置包括位于旋转贮液池正上方的接收装置、位于接收装置两端的导辊以及分别与两个导辊相连的卷绕辊和退绕辊。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收装置设置为接收板或滚筒。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气压提供装置设置为气泵或手风器。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导气管与气压提供装置相连处高于旋转贮液池内的液面。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旋转贮液池为内径可调节设置的圆柱体或正方体或长方体。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述纳米纤维收集装置与旋转贮液池上端距离设为0.1cm~100cm。

7.一种如权利要求1所述的纳米纤维制备方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、在旋转贮液池中注入用于制备纳米纤维的溶液或熔体；

S2、打开气压提供装置，提供低气压将导气管中液体排出，再加大气压，使液面出现有规律的气泡状凸起；

S3、然后打开高压静电发生器，调节电压，使液体内部和气泡表面自由电荷在高压静电作用下将被极化；

S4、纳米纤维收集装置接地形成负极，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向并沉积在纳米纤维收集装置上，形成大量的纳米纤维；

S5、纳米纤维收集装置将接收到的纳米纤维在导辊、卷绕辊和退绕辊的共同作用下带离沉积区并卷装成品。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述气压提供装置输出的气流流速范围是0~100m/s。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述高压静电发生器的输出电压范围是1V~100KV。

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