CN102965744B - 气泡复合静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

一种气泡复合静电纺丝装置，其包括贮液池、高压静电发生器、气泵、喷头、接收部、导气管、金属电极及与接收部连接的接地电极，贮液池的上端开口，贮液池通过金属电极与高压静电发生器相连，喷头通过导气管与气泵相连，导气管与气泵相连处高于贮液池的液面，贮液池中包括有口径不同的第一圆管和第二圆管，第一圆管和第二圆管内分别存放不同的流体。本发明的气泡复合静电纺丝装置仅根据不同口径圆管产生大小不同的气泡，通过气泡自身结合使得不同流体复合成新的气泡，在静电作用下被拉伸、破裂，从而产生纳米纤维，可实现纳米复合纤维的规模化生产，生产效率高，生产成本低，设备简单，易操作，适应性强。

Description

气泡复合静电纺丝装置

技术领域

本发明涉及静电纺丝领域，尤其涉及一种气泡复合静电纺丝装置。

背景技术

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。

近年来，具有纳米级直径的纳米纤维引人注目，随着纳米级材料特有功能的发现以及纳米级复合材料新功能的呈现，纳米纤维作为期望的21世纪新材料，不仅在纤维业，而且在医疗、信息技术和环境产业都引起了关注。

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。

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；世界专利WO2008060675-A2、WO2008060675-A3。还有改进接收装置的，如美国专利US5042789、US4589186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。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新型结构的气泡复合静电纺丝装置，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气泡复合静电纺丝装置来制备纳米级复合纤维，该气泡复合静电纺丝装置可用于大批量高效率生产纳米纤维。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种气泡复合静电纺丝装置，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部、导气管、金属电极及与接收部连接的接地电极，所述贮液池的上端开口，液池通过金属电极与高压静电发生器相连，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，所述贮液池中包括存放第一流体的第一圆管和存放第二流体的第二圆管。

优选的，在上述气泡复合静电纺丝装置中，所述第一圆管和第二圆管的口径不同，所述第一圆管的口径大于第二圆管的口径。

优选的，在上述气泡复合静电纺丝装置中，所述贮液池中还包括至少一个第三圆管，所述第三圆管与第二圆管分别环绕于第一圆管的外侧。

优选的，在上述气泡复合静电纺丝装置中，所述第三圆管的口径与第二圆管的口径相同或不同。

优选的，在上述气泡复合静电纺丝装置中，所述接收部的接收面与贮液池上端面的距离调节范围是0.1cm～100cm。

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

优选的，在上述气泡复合静电纺丝装置中，所述接收部为滚筒。

优选的，在上述气泡复合静电纺丝装置中，所述接收部为平板状的接收极板。

优选的，在上述气泡复合静电纺丝装置中，所述气泵可用直接向贮液池中补充流体的手风器代替。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例的气泡复合静电纺丝装置可实现微米或纳米复合纤维的高效率、低耗能、连续化生产，仅根据不同口径圆管产生大小不同的气泡，通过气泡自身结合使得不同流体复合成新的气泡，在静电作用下被拉伸、破裂，从而产生纳米纤维，可实现纳米复合纤维的规模化生产，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是本发明第一实施例的涡流式气泡纺丝装置的示意图；

图2是本发明第一实施例的涡流式气泡纺丝装置中贮液池的俯视图；

图3是本发明第二实施例的涡流式气泡纺丝装置的示意图;

图4是本发明第二实施例的涡流式气泡纺丝装置中贮液池的俯视图；

图5是本发明第三实施例的涡流式气泡纺丝装置的示意图；

图6是本发明第三实施例的涡流式气泡纺丝装置中贮液池的俯视图；

图7是本发明第四实施例的涡流式气泡纺丝装置的示意图；

图8是本发明第四实施例的涡流式气泡纺丝装置中贮液池的俯视图；

图9是本发明实施例的涡流式气泡纺丝装置的贮液池中包括一个大圆管与三个小圆管的示意图；

图10是本发明实施例的涡流式气泡纺丝装置的贮液池中包括一个大圆管与四个小圆管的示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种气泡复合静电纺丝装置来制备纳米级复合纤维，该气泡复合静电纺丝装置可用于大批量高效率生产纳米纤维。

该气泡复合静电纺丝装置，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部、导气管、金属电极及与接收部连接的接地电极，所述贮液池的上端开口，液池通过金属电极与高压静电发生器相连，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，所述贮液池中包括存放第一流体的第一圆管和存放第二流体的第二圆管。

进一步的，所述第一圆管和第二圆管的口径不同，所述第一圆管的口径大于第二圆管的口径。

进一步的，所述贮液池中还包括至少一个第三圆管，所述第三圆管与第二圆管分别环绕于第一圆管的外侧。

进一步的，所述第三圆管的口径与第二圆管的口径相同或不同。

进一步的，所述接收部的接收面与贮液池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，所述接收部为滚筒。

进一步的，所述接收部为平板状的接收极板。

进一步的，所述气泵可用直接向贮液池中补充流体的手风器代替。

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。

本发明主要揭示了四个实施例，具体技术方案详述如下。

实施例一：

如图1所示，本实施例揭示的气泡复合静电纺丝装置，其包括贮液池1、高压静电发生器2、气泵3、设于贮液池1的底面且垂直向上的喷头5、设于贮液池1正上方的平板状的接收极板4、导气管6、金属电极7及与接收极板4连接的接地电极8。贮液池1的上端开口，贮液池1通过金属电极7与高压静电发生器2相连。喷头5通过导气管6与气泵3相连。导气管6与气泵3相连处高于贮液池1的液面。贮液池1中包括有第一圆管9和第二圆管10，第一圆管9和第二圆管10内分别存放不同的流体。第一圆管9和第二圆管10的口径可以相同，也可以不同。接收极板4的接收面与贮液池1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。气泵3可用手风器代替，所述手风器直接向贮液池1中补充流体。

如图2所示，本发明实施例的附图中显示第一圆管9的口径大于第二圆管10的口径。贮液池1中所设的第一圆管9与第二圆管10，其中，第一圆管9中产生大气泡，第二圆管10中产生小气泡，大气泡与小气泡结合成为更大的气泡，在电场力的作用下，被拉伸、破裂，进行纺丝。

本实施例的气泡复合静电纺丝装置工作时，首先在贮液池1中第一圆管9和第二圆管10中注入不同流体，打开气泵3，开始时气压较低，先将导气管6中液体排出，再慢慢加大气压，使得第一圆管9和第二圆管10的液面出现有规律的气泡状凸起，第一圆管9和第二圆管10中产生的气泡结合为更大的气泡；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极板4，当气泡破裂时，有射流从气泡顶端射出，沉积在接收极板4上，形成纳米纤维。

实施例二：

如图3所示，本实施例揭示的气泡复合静电纺丝装置，其包括贮液池1'、高压静电发生器2'、气泵3'、设于贮液池1'的底面且垂直向上的喷头5'、设于贮液池1'正上方的滚筒11、导气管6'、金属电极7'及与滚筒11连接的接地电极8'。贮液池1'的上端开口，贮液池1'通过金属电极7′与高压静电发生器2'相连。喷头5'通过导气管6'与气泵3'相连。导气管6'与气泵3'相连处高于贮液池1'的液面。贮液池1′中包括有第一圆管9'和第二圆管10'，第一圆管9'和第二圆管10'内分别存放不同的流体。第一圆管9'和第二圆管10'的口径可以相同，也可以不同。滚筒11'的接收面与贮液池1'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。气泵3'可用手风器代替，所述手风器直接向贮液池1′中补充流体。

如图4所示，本发明实施例的附图中显示第一圆管9'的口径大于第二圆管10'的口径。贮液池1'中所设的第一圆管9'与第二圆管10'，其中，第一圆管9′中产生大气泡，第二圆管10'中产生小气泡，大气泡与小气泡结合成为更大的气泡，在电场力的作用下，被拉伸、破裂，进行纺丝。

该实例中，将实施例一中的接收极板4跟换为滚筒11，可用于大量纳米纤维的接受。

本实施例的气泡复合静电纺丝装置工作时，首先在贮液池1′中第一圆管9'和第二圆管10′中注入不同流体，打开气泵3'，开始时气压较低，先将导气管6'中液体排出，再慢慢加大气压，使得第一圆管9'和第二圆管10'的液面出现有规律的气泡状凸起，第一圆管9'和第二圆管10′中产生的气泡结合为更大的气泡；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11，当气泡破裂时，有射流从气泡顶端射出，沉积在滚筒11上，形成纳米纤维。

实施例三：

如图5所示，本实施例揭示的气泡复合静电纺丝装置，其包括贮液池1″、高压静电发生器2″、气泵3″、设于贮液池1″的底面且垂直向上的喷头5″、设于贮液池1″正上方的平板状的接收极板4'、导气管6″、金属电极7″及与接收极板4'连接的接地电极8″。贮液池1″的上端开口，贮液池1″通过金属电极7″与高压静电发生器2″相连。喷头5″通过导气管6″与气泵3″相连。导气管6″与气泵3″相连处高于贮液池1″的液面。贮液池1″中包括有第一圆管9″、第二圆管10″和第三圆管12，第一圆管9″、第二圆管10″和第三圆管12内分别存放不同的流体。第一圆管9″、第二圆管10″和第三圆管12相互之间的口径可以相同，也可以不同。接收极板4'的接收面与贮液池1″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。气泵3″可用手风器代替，所述手风器直接向贮液池1″中补充流体。

如图6所示，本发明实施例的附图中显示第一圆管9″的口径大于第二圆管10″和第三圆管12的口径，第二圆管10″的口径和第三圆管12的口径相同。贮液池1″中所设的第一圆管9″、第二圆管10″和第三圆管12，其中，第一圆管9″中产生大气泡，第二圆管10″和第三圆管12中产生小气泡，大气泡与小气泡结合成为更大的气泡，在电场力的作用下，被拉伸、破裂，进行纺丝。

本实施例的气泡复合静电纺丝装置工作时，首先在贮液池1″中第一圆管9″、第二圆管10″和第三圆管12中注入不同流体，打开气泵3″，开始时气压较低，先将导气管6″中液体排出，再慢慢加大气压，使得第一圆管9″、第二圆管10″和第三圆管12的液面出现有规律的气泡状凸起，第一圆管9″、第二圆管10″和第三圆管12中产生的气泡结合为更大的气泡；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极板4'，当气泡破裂时，有射流从气泡顶端射出，沉积在接收极板4'上，形成纳米纤维。

本实施例中，增加了一根第三圆管12，所述第三圆管12与第二圆管10″分别环绕于第一圆管9″的外侧。虽然图6中显示其口径与第二圆管10″相同，当然，在其他实施方式中，第三圆管12的口径大小可以设成与第二圆管10″不同。第一圆管9″、第二圆管10″和第三圆管12装入的不同流体，可以为两种，也可以为三种。

实施例四：

如图7所示，本实施例揭示的气泡复合静电纺丝装置，其包括贮液池1′″、高压静电发生器2′″、气泵3′″、设于贮液池1′″的底面且垂直向上的喷头5′″、设于贮液池1′″正上方的平板状的滚筒11'、导气管6′″、金属电极7′″及与滚筒11'连接的接地电极8′″。贮液池1′″的上端开口，贮液池1′″通过金属电极7′″与高压静电发生器2′″相连。喷头5′″通过导气管6′″与气泵3′″相连。导气管6′″与气泵3′″相连处高于贮液池1′″的液面。贮液池1′″中包括有第一圆管9′″、第二圆管10′″和第三圆管12'，第一圆管9′″、第二圆管10′″和第三圆管12'内分别存放不同的流体。第一圆管9′″、第二圆管10′″和第三圆管12'相互之间的口径可以相同，也可以不同。滚筒11'的接收面与贮液池1′″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。气泵3′″可用手风器代替，所述手风器直接向贮液池1′″中补充流体。

如图6所示，本发明实施例的附图中显示第一圆管9′″的口径大于第二圆管10′″和第三圆管12'的口径，第二圆管10′″的口径和第三圆管12'的口径相同。贮液池1′″中所设的第一圆管9′″、第二圆管10′″和第三圆管12'，其中，第一圆管9′″中产生大气泡，第二圆管10′″和第三圆管12′中产生小气泡，大气泡与小气泡结合成为更大的气泡，在电场力的作用下，被拉伸、破裂，进行纺丝。

本实施例的气泡复合静电纺丝装置工作时，首先在贮液池1′″中第一圆管9′″、第二圆管10′″和第三圆管12′中注入不同流体，打开气泵3″，开始时气压较低，先将导气管6′″中液体排出，再慢慢加大气压，使得第一圆管9′″、第二圆管10′″和第三圆管12'的液面出现有规律的气泡状凸起，第一圆管9′″、第二圆管10′″和第三圆管12′中产生的气泡结合为更大的气泡；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11'，当气泡破裂时，有射流从气泡顶端射出，沉积在滚筒11'上，形成纳米纤维。

本实施例中，增加了一根第三圆管12'，所述第三圆管12'与第二圆管10′″分别环绕于第一圆管9′″的外侧。虽然图8中显示其口径与第二圆管10′″相同，当然，在其他实施方式中，第三圆管12'的口径大小可以设成与第二圆管10′″不同。第一圆管9′″、第二圆管10′″和第三圆管12'装入的不同流体，可以为两种，也可以为三种。

本发明的实施例中，当然，也可以对贮液池1″内部圆管数量与大小根据需要进行调整，增加的圆管的数量及分布也可调整。

如图9及图10所示，图9为一个大圆管与三个小圆管，图10为一个大圆管与四个小圆管。当然，在大圆管中可以装溶液，小圆管中可以装溶液、溶剂、添加剂等不同材料。

本发明实施例的气泡复合静电纺丝装置可实现微米或纳米复合纤维的高效率、低耗能、连续化生产，仅根据不同口径圆管产生大小不同的气泡，通过气泡自身结合使得不同流体复合成新的气泡，在静电作用下被拉伸、破裂，从而产生纳米纤维，可实现纳米复合纤维的规模化生产，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 (9)

1.一种气泡复合静电纺丝装置，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部、导气管、金属电极及与接收部连接的接地电极，所述贮液池的上端开口，贮液池通过金属电极与高压静电发生器相连，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，其特征在于：所述贮液池中包括存放第一流体的第一圆管和存放第二流体的第二圆管，所述第一圆管和第二圆管中产生的气泡结合为更大的气泡,在电场力的作用下，被拉伸、破裂，进行纺丝。

2.根据权利要求1所述气泡复合静电纺丝装置，其特征在于：所述第一圆管和第二圆管的口径不同，所述第一圆管的口径大于第二圆管的口径。

3.根据权利要求1或2所述气泡复合静电纺丝装置，其特征在于：所述贮液池中还包括至少一个第三圆管，所述第三圆管与第二圆管分别环绕于第一圆管的外侧。

4.根据权利要求3所述气泡复合静电纺丝装置，其特征在于：所述第三圆管的口径与第二圆管的口径相同或不同。

5.根据权利要求1所述气泡复合静电纺丝装置，其特征在于：所述接收部的接收面与贮液池上端面的距离调节范围是0.1cm～100cm。

6.根据权利要求1所述气泡复合静电纺丝装置，其特征在于：所述气泵输出的气流流速范围是0～100m/s。

7.根据权利要求1所述气泡复合静电纺丝装置，其特征在于：所述接收部为滚筒。

8.根据权利要求1所述气泡复合静电纺丝装置，其特征在于：所述接收部为平板状的接收极板。

9.根据权利要求1所述气泡复合静电纺丝装置，其特征在于：所述气泵可用直接向贮液池中补充流体的手风器代替。