CN102978718A - 一种静电纺丝法量产纳米纤维的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种静电纺丝法量产纳米纤维的装置，在收集板和光滑的金属圆盘平面之间加以高压电场，电纺溶液在气泵或电泵加压推动下，通过输液管均匀地浸润并分布在包覆了微孔覆膜的海绵滤芯中；包覆了微孔覆膜的海绵滤芯和光滑的金属圆盘平面之间紧密接触，不致产生缝隙或气泡；随着金属圆盘平面的旋转，电纺溶液被均匀地涂在金属圆盘平面的表面上，在高压电场作用下进行拉伸，并随着溶剂的挥发，固化成丝。这种量产纳米纤维的新方式能连续、稳定地制备纳米级的纤维，生产效率能满足纳米纤维批量化工业生产的要求。

Description

一种静电纺丝法量产纳米纤维的装置及方法
技术领域
本发明描述了一种静电纺丝法量产纳米纤维的装置及方法，属于纳米材料制备技术领域。
背景技术
静电纺丝是一项借助高压电场作用，对聚合物溶液进行拉伸，制备比表面积大、孔隙率高、长径比大、表面能高、活性高的纳米纤维的技术。相比于其它的纳米纤维的制备方法，该方法具有更加方便、简单、灵活等优点，而且还可以将大量治疗型药物、抑菌物质、功能基团甚至是活细胞等复合到纤维材料之中，因此在生物医药、生物传感、纳米电子、光电子器件、催化等领域具有极高的应用价值，已成为纳米研究领域的热点之一。
纳米纤维的量产，获得批间性能稳定、质量可控的纳米纤维，是基于纳米纤维的各项基础研究和应用研究工作的基础，也是实现相关研究成果的产业化，从而实现其经济价值和社会价值的瓶颈问题。因此，纳米纤维量产技术，是制约纳米纤维产业发展的核心关键技术。2004年世界上首台大规模低成本生产纳米纤维材料的纺丝机“纳米蜘蛛”，由捷克ELMARCO公司生产问世，随之，国内外纳米纤维量产化相关研究正在开展。因此，尽快研发具有自主知识产权的纳米纤维量产技术和装置，拔得国内相关研究领域的头筹，抢占相关产品市场开拓的先机，尤为必要和迫切。
常规的静电纺丝装置是将非牛顿流体输送至高压电正极处的单喷头口，由高压电场作用形成纳微米纤维，并在与高压电负极相连金属板上富集沉积，得到纤维薄膜材料。该技术采用的是单一喷头，产率极低，从而限制了纳米纤维的大规模生产及应用。近年来，随着静电纺丝研究的日益深入，人们对静电纺丝装置的革新及其改进也在紧锣密鼓地进行着，如将单喷头改造成并列喷头、多喷头、同心喷头等。然而这些技术依然存在不能很好地实现纳米纤维的连续、稳定生产，因此，不能实现量产，满足对纳米纤维大规模应用的需求。新的制备方式是实现纳米纤维量产技术的研究重点。
发明内容
技术问题：本发明提供了一种静电纺丝法量产纳米纤维的装置及方法，能连续、稳定地制备纳米级的纤维，实现纳米纤维的量产化。
技术方案：本发明提供的一种静电纺丝法量产纳米纤维的装置，该装置包括高压电源、收集板、金属圆盘平面、输液管、包覆了微孔覆膜的海绵滤芯、挑梁、动力电机、基座；其中，金属圆盘平面固定在动力电机的转轴上，动力电机固定在基座的底板上；挑梁固定在基座的侧板上，在挑梁的下方固定有包覆了微孔覆膜的海绵滤芯，包覆了微孔覆膜的海绵滤芯的下方贴在金属圆盘平面的上表面上，包覆了微孔覆膜的海绵滤芯通过输液管与外部的储液装置连接；在金属圆盘平面的上方设有收集板，高压电源的两极分别接在收集板和金属圆盘平面上。
所述的金属圆盘平面具有光滑平面，直径为10~50厘米。
所述的微孔覆膜是孔径在0.01~0.5毫米的尼龙布。
本发明的静电纺丝法量产纳米纤维的装置的纺丝方法为，高压电源在收集板和金属圆盘平面之间加以高压电场，调节气泵或电泵的推动压力，使电纺溶液通过输液管均匀地浸润并分布在包覆了微孔覆膜的海绵滤芯中；以挑梁调节并固定包覆微孔覆膜的海绵滤芯，使其与金属圆盘平面之间紧密接触，不致产生缝隙或气泡；动力电机带动金属圆盘平面旋转，使电纺溶液被均匀地涂在金属圆盘平面的表面上，在高压电场作用下进行拉伸，并随着溶剂的挥发，固化成丝。
有益效果：本发明具有的有益效果为：
与现有静电纺丝方法相比，本发明提供的量产纳米纤维的新方式能连续、稳定地制备纳米级的纤维，制备过程中无间断现象，无液滴上扬，制备的纳米纤维膜质地均匀，产率满足纳米纤维量产的要求。
附图说明
图1：本发明提供的静电纺丝法量产纳米纤维的新方式示意图。其中有：高压电源1、收集板2、金属圆盘平面3、输液管4、包覆了微孔覆膜的海绵滤芯5、挑梁6、动力电机7、基座8。
图2：实施例1纳米纤维膜扫描电镜图。
图3：实施例2纳米纤维膜扫描电镜图。
图4：实施例3纳米纤维膜扫描电镜图。
具体实施方式
通过以下实施例进一步说明本发明。
该装置包括高压电源1、收集板2、金属圆盘平面3、输液管4、包覆了微孔覆膜的海绵滤芯5、挑梁6、动力电机7、基座8；其中，金属圆盘平面3固定在动力电机7的转轴上，动力电机7固定在基座8的底板上；挑梁6固定在基座8的侧板上，在挑梁6的下方固定有包覆了微孔覆膜的海绵滤芯5，包覆了微孔覆膜的海绵滤芯5的下方贴在金属圆盘平面3的上表面上，包覆了微孔覆膜的海绵滤芯5通过输液管4与外部的储液装置连接；在金属圆盘平面3的上方设有收集板2，高压电源1的两极分别接在收集板2和金属圆盘平面3上。
实施例1：
采用直径为10厘米的氧化处理后的铝质金属圆盘，孔径为0.01毫米的尼龙布作为微孔覆膜包覆海绵滤芯。电纺溶液为10%的聚氧化乙烯水溶液，气泵推进速度为0.1mL/min，纺丝电压为40kV，收集距离为20cm。制备的纳米纤维平均直径为200nm，5分钟获得的纳米纤维膜大小为10×15cm，厚度为75μm。
实施例2：
采用直径为50厘米的氧化处理后的铝质金属圆盘，孔径为0.5毫米的尼龙布作为微孔覆膜包覆海绵滤芯。电纺溶液为15%的聚氧化乙烯水溶液，气泵推进速度为0.1mL/min，纺丝电压为40kV，收集距离为20cm。制备的纳米纤维平均直径为300nm，5分钟获得的纳米纤维膜大小为40×40cm，厚度为150μm。
实施例3：
采用直径为20厘米的铜质金属圆盘，孔径为0.1毫米的尼龙布作为微孔覆膜包覆海绵滤芯。电纺溶液为10%的聚苯乙烯二氯甲烷溶液，电泵推进速度为0.2mL/min，纺丝电压为40kV，收集距离为20cm。单一喷头工作，制备的纳米纤维平均直径为300nm，5分钟获得的纳米纤维膜大小为13×17cm，厚度为90μm。

Claims (4)

1.一种静电纺丝法量产纳米纤维的装置，其特征在于该装置包括高压电源（1）、收集板（2）、金属圆盘平面（3）、输液管（4）、包覆了微孔覆膜的海绵滤芯（5）、挑梁（6）、动力电机（7）、基座（8）；其中，金属圆盘平面（3）固定在动力电机（7）的转轴上，动力电机（7）固定在基座（8）的底板上；挑梁（6）固定在基座（8）的侧板上，在挑梁（6）的下方固定有包覆了微孔覆膜的海绵滤芯（5），包覆了微孔覆膜的海绵滤芯（5）的下方贴在金属圆盘平面（3）的上表面上，包覆了微孔覆膜的海绵滤芯（5）通过输液管（4）与外部的储液装置连接；在金属圆盘平面（3）的上方设有收集板（2），高压电源（1）的两极分别接在收集板（2）和金属圆盘平面（3）上。
2.如权利要求1所述的静电纺丝法量产纳米纤维的装置，其特征在于所述的金属圆盘平面（3）具有光滑平面，直径为10~50厘米。
3.如权利要求1所述的静电纺丝法量产纳米纤维的装置，其特征在于所述的微孔覆膜是孔径在0.01~0.5毫米的尼龙布。
4.一种如权利要求1所述的静电纺丝法量产纳米纤维的装置的纺丝方法，其特征在于，高压电源（1）在收集板（2）和金属圆盘平面（3）之间加以高压电场，调节气泵或电泵的推动压力，使电纺溶液通过输液管（4）均匀地浸润并分布在包覆了微孔覆膜的海绵滤芯（5）中；以挑梁（6）调节并固定包覆微孔覆膜的海绵滤芯（5），使其与金属圆盘平面（3）之间紧密接触，不致产生缝隙或气泡；动力电机（7）带动金属圆盘平面（3）旋转，使电纺溶液被均匀地涂在金属圆盘平面的表面上，在高压电场作用下进行拉伸，并随着溶剂的挥发，固化成丝。
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