CN102877140B

CN102877140B - 静电纺丝装置

Info

Publication number: CN102877140B
Application number: CN201210422932.6A
Authority: CN
Inventors: 何吉欢; 孔海燕; 周丽霞
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2032-10-29
Also published as: CN102877140A

Abstract

本发明公开了一种静电纺丝装置，包括贮液池、高压静电发生器、气体发生装置以及接收装置，所述静电纺丝装置还包括可转动的金属导气管，该金属导气管呈环形且部分位于所述贮液池内，所述金属导气管内形成有气体流动空间，所述气体发生装置连通于所述流动空间，所述金属导气管的外壁上间隔设有通孔，所述高压静电发生器电性连接于所述金属导气管。本发明的静电纺丝装置，通过旋转金属导气管带动溶液静电纺丝与通过旋转金属导气管上的通孔产生气泡的静电纺丝相结合，可实现纳米纤维的规模化生产，生产效率高，生产成本低。

Description

静电纺丝装置

技术领域

本发明属于纺丝领域，尤其涉及一种静电纺丝装置。

背景技术

随着纳米科技的兴起，人们给予能制备连续纳米纤维的静电纺丝法以极大的关注，并做了较系统的理论研究，静电纺丝法是通过高压静电产生的电场力拉伸聚合物溶液或熔体来制备纳米纤维的重要方法，也是制备纳米纤维最直接最简单的方法，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。

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。而气泡静电纺丝技术仍处于实验室制备阶段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静电纺丝装置，可实现纳米纤维的规模化生产，生产效率高，生产成本低。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开了一种静电纺丝装置，包括贮液池、高压静电发生器、气体发生装置以及接收装置，其中，所述静电纺丝装置还包括可转动的金属导气管，该金属导气管呈环形且部分位于所述贮液池内，所述金属导气管内形成有气体流动空间，所述气体发生装置连通于所述流动空间，所述金属导气管的外壁上间隔设有通孔，所述高压静电发生器电性连接于所述金属导气管。

作为本发明的进一步改进，所述接收装置为平板状的接收极板。

作为本发明的进一步改进，所述接收装置为滚筒。

作为本发明的进一步改进，所述通孔的孔径为1nm~5mm。

作为本发明的进一步改进，所述接收装置与所述金属导气管顶端的距离为0.1cm~100cm。

作为本发明的进一步改进，所述气体发生装置输出的气流流速为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为1V~100KV。

作为本发明的进一步改进，所述气体发生装置为气泵或手风器。

与现有技术相比，本发明的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，通过旋转金属导气管带动溶液静电纺丝与通过旋转金属导气管上的通孔产生气泡的静电纺丝相结合，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。

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所示为本发明第一实施例中静电纺丝装置的结构示意图；

图2所示为本发明第二实施例中静电纺丝装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种静电纺丝装置，包括贮液池、高压静电发生器、气体发生装置以及接收装置，所述静电纺丝装置还包括可转动的金属导气管，该金属导气管呈环形且部分位于所述贮液池内，所述金属导气管内形成有气体流动空间，所述气体发生装置连通于所述流动空间，所述金属导气管的外壁上间隔设有通孔，所述高压静电发生器电性连接于所述金属导气管。

在上述静电纺丝装置中，接收装置优选为平板状的接收极板或滚筒；通孔的孔径优选为1nm~5mm；接收装置与金属导气管顶端的距离优选为0.1cm~100cm；气体发生装置输出的气流流速优选为0~100m/s；高压静电发生器的输出电压优选为1V~100KV；气体发生装置优选为气泵或手风器。

金属导气管的直径可根据需要调节，同时，旋转金属导气管的线圈数量可调，可以单个圆圈也可以多个圆圈。

由于金属导气管是圆形的，旋转时，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。

金属导气管的外壁上穿有很多通孔，旋转时，通孔上带有溶液，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。

本实施中静电纺丝装置，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。

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。

图1所示为本发明第一实施例中静电纺丝装置的结构示意图。

如图1所示，静电纺丝装置10，包括贮液池11、金属导气管12、接收装置13，高压静电发生器14、气体发生装置15以及接地电极16。接收装置13为滚筒；气体发生装置15为气泵；金属导气管12呈环形且部分位于于贮液池11内，金属导气管12所在的平面为垂直平面，金属导气管12的外壁上间隔设有多个通孔121，通孔的孔径范围为1nm～5mm。金属导气管12通过金属电极17与高压静电发生器14相连。金属导气管12内形成有气体流动空间，气体发生装置15连通于该流动空间。接收装置13与接地电极16相连。

工作时，首先在贮液池11中注入溶液，所加溶液应将金属导气管12的下端浸没；打开气泵15，开始时气压较低，先将金属导气管12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；旋转金属导气管12，打开高压静电发生器14，调节到一定电压；金属导气管12旋转时，导气管表面带起溶液，在高压静电作用下，金属导气管12表面与接地电极16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，沉积在接收装置13上，形成大量的纳米纤维；同时，在旋转时，金属导气管12表面带有溶液，在气流作用下，金属导气管12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，沉积在接收装置13上，形成大量的纳米纤维。

图2所示为本发明第二实施例中静电纺丝装置的结构示意图。

如图2所示，静电纺丝装置20，包括贮液池21、金属导气管22、接收装置23，高压静电发生器24、气体发生装置25以及接地电极26。接收装置23为接收极板；气体发生装置25为气泵；金属导气管22呈环形且部分位于于贮液池21内，金属导气管22所在的平面为垂直平面，金属导气管22的外壁上间隔设有多个通孔221，通孔的孔径范围为1nm～5mm。金属导气管22通过金属电极27与高压静电发生器24相连。金属导气管22内形成有气体流动空间，气体发生装置25连通于该流动空间。接收装置23与接地电极26相连。

工作时，首先在贮液池21中注入溶液，所加溶液应将金属导气管22的下端浸没；打开气泵25，开始时气压较低，先将金属导气管22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；旋转金属导气管22，打开高压静电发生器24，调节到一定电压；金属导气管22旋转时，导气管表面带起溶液，在高压静电作用下，金属导气管22表面与接地电极26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，沉积在接收装置23上，形成大量的纳米纤维；同时，在旋转时，金属导气管22表面带有溶液，在气流作用下，金属导气管22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，沉积在接收装置23上，形成大量的纳米纤维。

综上所述，本发明的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，通过旋转金属导气管带动溶液静电纺丝与通过旋转金属导气管上的通孔产生气泡的静电纺丝相结合，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。

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

1.一种静电纺丝装置，包括贮液池、高压静电发生器、气体发生装置以及接收装置，其特征在于：所述静电纺丝装置还包括可转动的金属导气管，该金属导气管呈环形且部分位于所述贮液池内，所述金属导气管内形成有气体流动空间，所述气体发生装置连通于所述流动空间，所述金属导气管的外壁上间隔设有通孔，所述高压静电发生器电性连接于所述金属导气管,旋转时，通孔上带有溶液，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，所述通孔的孔径为1nm～5mm，所述接收装置与所述金属导气管顶端的距离为0.1cm～100cm。

2.根据权利要求1所述的静电纺丝装置，其特征在于：所述接收装置为平板状的接收极板。

3.根据权利要求1所述的静电纺丝装置，其特征在于：所述接收装置为滚筒。

4.根据权利要求1所述的静电纺丝装置，其特征在于：所述气体发生装置输出的气流流速为0～100m/s。

5.根据权利要求1所述的静电纺丝装置，其特征在于：所述高压静电发生器的输出电压为1V～100KV。

6.根据权利要求1所述的静电纺丝装置，其特征在于：所述气体发生装置为气泵或手风器。