CN102965743A - 一种带辅助电极的纳米纤维低压电纺装置 - Google Patents

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Abstract

一种带辅助电极的纳米纤维低压电纺装置，涉及一种静电纺丝装置。设有直流高压电源、导电极板、阵列喷头、高压气源、导气管、辅助电极、风机、滚轴和收集板；所述直流高压电源的正极与导电极板连接，所述直流高压电源的负极接地；聚合物溶液设于导电极板上，电纺时在溶液上表面产生喷射射流；高压气源通过导气管与阵列喷头连接，为阵列喷头提供高压气体；阵列喷头设于辅助电极与导电极板之间，喷出气体用于改变纤维飞行方向，纳米纤维随气流从辅助电极间的间隙流过并向收集板沉积；辅助电极设于聚合物溶液上方两侧并接地；风机设于收集板上方，通过抽气作用使纤维沉积在收集板上；收集板设于辅助电极上方，作为纳米纤维的沉积基板。

Description

一种带辅助电极的纳米纤维低压电纺装置
技术领域
本发明涉及一种静电纺丝装置，特别是涉及一种带辅助电极的纳米纤维低压电纺装置。
背景技术
静电纺丝技术作为当前最有效的纳米纤维制造技术之一正越来越受到国内外学者的关注。然而传统静电纺丝技术产量很低，无法满足工业界对纳米纤维的需求，因此，科研人员通过研究各种电纺方法来实现纳米纤维的批量制造。但是，当前用于批量制备纳米纤维的装置仍然存在很多的缺点和不足，中国专利200480025691.5报道了一种利用静电纺丝从聚合物溶液中生产纳米纤维的设备，该设备是利用金属滚筒表面的聚合物溶液在高压电场中发生流变并在溶液表面形成泰勒锥并产生射流，在高压电场的拉伸作用下最终形成纳米纤维，但是该装置具有喷射临界电压阈值高、纤维不均匀并伴有珠结现象，无法获得高质量的纳米纤维。文献Thoppey,et al.(2010)."Unconfined fluid electrospun into high qualitynanofibers from a plate edge."Polymer 51(21):49284936,2010.与文献Thoppey,,etal(2011)."Edge electrospinning for high throughput production of qualitynanofibers."Nanotechnology 22:12.中报道的一种电场扰动批量电纺装置，该装置是利用平板电极边缘的尖端效应来实现纳米纤维的批量制造，但是利用该装置制备的纳米纤维直径差异较大、易产生液滴、生产过程不能够持续进行等缺点。
发明内容
本发明的目的是针对现有的批量电纺技术中存在的喷射电压阈值高、纤维直径差异较大、易出现珠结现象、生产过程不连续等缺陷，提供一种带辅助电极的纳米纤维低压电纺装置。
本发明设有直流高压电源、导电极板、阵列喷头、高压气源、导气管、辅助电极、风机、滚轴和收集板；所述直流高压电源的正极与导电极板连接，所述直流高压电源的负极接地；聚合物溶液设于导电极板上，电纺时在溶液上表面产生喷射射流；高压气源通过导气管与阵列喷头连接，为阵列喷头提供高压气体；阵列喷头设于辅助电极与导电极板之间，喷出气体用于改变纤维飞行方向，纳米纤维随气流从辅助电极间的间隙流过并向收集板沉积；辅助电极设于聚合物溶液上方两侧并接地；风机设于收集板上方，通过抽气作用使纤维沉积在收集板上；收集板设于辅助电极上方，作为纳米纤维的沉积基板。
本发明的突出优点在于：
（1）低电压驱动。通过增设辅助电极来降低正负极之间的距离，实现低电压电纺过程。
（2）有效提高纳米纤维质量。通过增大收集板与溶液层表面的距离和添加阵列喷头，可有效延长纤维在空气中的飞行时间，使溶剂挥发更彻底，从而可获得高质量固态纳米纤维。
（3）纤维均匀沉积。调整阵列喷头角度改变喷射气流方向可改变纳米纤维的飞行方向，实现纳米纤维的定向沉积。
附图说明
图1为本发明实施例的结构组成示意图。
图2为本发明实施例的电纺装置电纺过程示意图。
具体实施方式
参见图1和2，本发明实施例设有直流高压电源1、导电极板2、高压气源4、导气管5、阵列喷头6、辅助电极7、风机8、滚轴9和收集板10。直流高压电源1用于产生高压，正极与导电极板2连接，负极接地；聚合物溶液3设于导电极板2上，电纺时在溶液上表面产生喷射射流12；高压气源4通过导气管5与阵列喷头6连接，为阵列喷头6提供高压气体；阵列喷头6设于辅助电极7与导电极板2之间，喷出气体用于改变纤维11飞行方向，纳米纤维11随气流从辅助电极2间的间隙流过并向收集板10沉积；辅助电极7设于聚合物溶液3上方两侧，并接地；风机8设于收集板10上方，通过抽气作用使纤维11沉积在收集板10上；收集板10设于辅助电极7上方，作为纳米纤维11的沉积基板。
在批量制造纳米纤维11的过程中，首先开启直流高压电源1产生高压，使导电极板2与辅助电极7之间形成高压电场，聚合物溶液3在高压电场作用下，电荷在其上表面积累，当电荷积累到一定程度时，聚合物溶液3的上表面会产生流变，最终在溶液层3的上表面形成泰勒锥并产生射流12，射流12经过电场拉伸和溶剂挥发并在阵列喷头6喷出的高速气流作用下逐渐变为固态纳米纤维11，在气流的带动下飞向收集板11，此时，风机8不断将阵列喷头6喷出的气流吸入进气管，经过透气的收集板10的过滤作用，气流中夹带的纳米纤维11便沉积到了收集板10上。

Claims (1)

1.一种带辅助电极的纳米纤维低压电纺装置，其特征在于设有直流高压电源、导电极板、阵列喷头、高压气源、导气管、辅助电极、风机、滚轴和收集板；所述直流高压电源的正极与导电极板连接，所述直流高压电源的负极接地；聚合物溶液设于导电极板上，电纺时在溶液上表面产生喷射射流；高压气源通过导气管与阵列喷头连接，为阵列喷头提供高压气体；阵列喷头设于辅助电极与导电极板之间，喷出气体用于改变纤维飞行方向，纳米纤维随气流从辅助电极间的间隙流过并向收集板沉积；辅助电极设于聚合物溶液上方两侧并接地；风机设于收集板上方，通过抽气作用使纤维沉积在收集板上；收集板设于辅助电极上方，作为纳米纤维的沉积基板。
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