CN103290493A - 一种大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置以及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置以及方法，包括：具有上方开口的贮液池；与贮液池内的聚合物流体耦合连接的气泡发生装置和高压静电发生器；位于贮液池开口上方的负极收集装置；其中，所述的气泡发生装置包括气泵和与气泵连接的导气管，所述的导气管上设有多个气流喷头，各气流喷头分别位于所述的贮液池内的底部或中部聚合物流体中，本发明采用气泵喷射气流的方式可获得大量的凸起，进而获得大量的泰勒锥，最终获得大批量纳/微米纤维，因此本发明有效提高了纳/微米纤维静电纺丝的生产效率，使得纳/微米纤维的静电纺丝规模生产化或产业化的目标得以实现。
Description
技术领域
本发明属于纳/微米纤维材料制备领域，具体涉及了一种大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置以及方法。
背景技术
制备聚合物纳/微米纤维的原理性技术有拉丝，模板合成，相分离、自组装和静电纺丝五种，由于前四种技术在工艺上存在如加工材料范围狭窄、工艺过于复杂、生产周期长等缺点，目前只有静电纺丝是唯一有望成为批量生产聚合物纳/微米纤维的工艺技术。静电纺丝技术在产业化的进程上仍然存在很多技术问题，这些技术问题也成为本领域的研究重点。
在此介绍一下静电纺丝的相关背景技术。静电纺丝又称电纺，是由美国人Formhals在1934年研究发现的，具有比表面积大和小孔尺寸等优点，可以在多个技术领域进行广泛应用，如人体组织工程支架、药物缓释材料、催化载体、传感器、过滤材料以及微电子与光电材料等。静电纺丝装置主要包括四部分组成：毛细管喷头、收集板、聚合物流体供给系统和高压静电发生器，其工作原理主要为：聚合物流体供给系统将聚合物流体供给到毛细管喷头顶端，同时高压静电发生器作用于毛细管顶端，毛细管顶端的流体液滴表面产生大量静电电荷，使得该位置流体液滴表面张力受静电斥力消弱，被逐渐拉长形成带电锥体，即俗称的泰勒锥，当电场强度增大到特定临界值时，毛细管顶端的流体液滴表面的电荷斥力大于其表面张力，带电流体就会从泰勒锥的顶端喷射出来，形成带电射流，带电射流通过毛细管喷头喷射到接地的收集板上。
但在实际应用中，由于作为带电射流的毛细管喷头的孔径较小，极易被阻塞，因此需频繁更换、清洗毛细管喷头，且同样由于毛细管喷头的孔径较小，导致其清洗步骤也比较困难，导致了静电纺丝的生产效率低下，无法进行规模化生产。
虽然目前已有很多关于静电纺丝的各类优化技术公开，如细化纤维、提高纤维的致密均匀度以及促进静电纺丝技术的批量生产。如公开号为CN2682089A的中国专利公开了一种多喷头静电纺丝装置，由内液罐、外液罐、液罐封头、多头组合喷头、供液机构、静电发生器等组成，可形成多根连续不断的共轴复合纳/微米纤维，从而提高静电纺丝的生产效率。
但这些技术仍然均为采用毛细管喷头来喷射带电射流，导致具体实施时发现这些公开的静电纺丝技术的生产效率仍然是低下的，无法实现规模化生产。因此，为了寻求一种大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置以及方法来解决此技术问题是十分迫切和积极意义的。
发明内容
有鉴于此，根据本发明的目的提出的一种大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置以及方法，避免了采用毛细管喷头喷射带电射流，有效提高了纳/微米纤维的静电纺丝的生产效率，使得纳/微米纤维的静电纺丝规模生产化或产业化的目标得以实现。
在介绍本申请之前，申请人有必要对以下与本申请人发明人相关的在先专利做出说明：
作为与本申请人发明人相关的在先专利，公开号为CN1986913A的中国专利公开了一种纳/微米纤维振动静电纺丝装置，具体包括用于存放纺丝用溶液或熔体的贮液池、高压静电发生器；还包括超声波发生器、压电传感器；存放溶液或熔体的贮液池为一顶部呈开口状的立方体贮液池，压电传感器设置在贮液池的近底部位置并与设置在贮液池外的超声波发生器相连；贮液池的上方设有纳/微米纤维的传送装置和接收装置。
但申请人在将上述专利技术进行产业化应用的过程中，发现仍然无法满足纳/微米纤维批量生产的需求，要实现该技术所述的静电纺丝的大批量制备，有必要在该专利基础上进行进一步改进。申请人经研究分析后发现，由于该专利采用超声波发生器和压电传感器的作用力使得在聚合物流体表面形成微波峰凸起，该方式获取凸起的成本不仅过高，且该工作原理形成微波峰凸起的数量是有限的，导致其获得的泰勒锥数量是非常局限的，即导致了最后收集的纳/微米纤维的数量也是非常有限的，本申请人在此基础上进行了再次研究开发，最终提出了本申请，本申请的技术方案采用如下：
一种大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置，其中，包括：
具有上方开口的贮液池，用于容纳聚合物流体；
与贮液池内的聚合物流体耦合连接的气泡发生装置和高压静电发生器，所述的气泡发生装置作用于贮液池内的聚合物流体，使得所述的聚合物流体液面形成大量有规律的凸起，在高压静电发生器的电荷极化作用下，各凸起的流体顶端形成泰勒锥；
位于贮液池开口上方的负极收集装置，与所述的聚合物流体液面形成静电场，在一定静电场的静电作用下，位于各泰勒锥顶端的极细流体最终喷射并沉积在所述的负极收集装置上，形成大量纳/微米纤维；
其中，所述的气泡发生装置包括气泵和与气泵连接的导气管，所述的导气管上设有多个气流喷头，各气流喷头分别位于所述的贮液池内的底部或中部聚合物流体中，当气泵为开启状态时，各气流喷头向上喷射的气流使得所述的聚合物流体液面形成大量有规律的凸起。
优选地，所述的多个气流喷头呈矩阵排列形状。
优选地，所述的负极收集装置包括传送装置和接收装置，其中，
所述的传送装置包括安装连接的负极接收极板和导辊、退绕辊轴和卷绕辊轴；
所述的接收装置包括接收帘，所述的接收帘沉积区域紧贴地设置在负极接收极板和导辊下表面，所述的负极接收极板和导辊为接收帘提供张力和部分传送动力，同时接收帘一端连接退绕辊轴，另一端与卷绕辊轴连接；
位于贮液池开口上方的负极接收极板，与所述的聚合物流体液面形成静电场，在一定静电场的静电作用下，位于各泰勒锥顶端的极细流体最终喷射并沉积在所述的接收帘沉积区域上，形成大量纳/微米纤维。
优选地，所述的高压静电发生器通过金属电极与聚合物流体连接。
优选地，所述的传送装置包括接地电极，接收极板通过导辊与接地电极相连形成所述的负极接收极板。
优选地，所述的凸起可以是液泡或微波凸起或喷泉状液柱中的任意一种。
优选地，一种如上所述的大批量纳/微米纤维的静电纺丝方法，其中，包括以下步骤：
a）将聚合物流体注入贮液池内；
b）开启气泵，气泵输出的气流通过导气管、各气流喷头从贮液池内的底部或中部聚合物流体中向上喷射气流，使得所述的聚合物流体液面形成大量有规律的凸起；
c）开启高压静电发生器，调节至一定输出电压，聚合物流体内部的自由电荷在高压静电作用下被极化，被极化的电荷集中在各凸起的流体顶端，形成泰勒锥；
d）位于贮液池开口上方的负极收集装置，与所述的聚合物流体液面形成静电场，在一定静电场的静电作用下，位于各泰勒锥顶端的极细流体最终喷射并沉积在所述的负极收集装置上，形成大量纳/微米纤维；
e）从所述的负极收集装置上收集得到大批量纳/微米纤维。
优选地，所述的步骤b）具体包括以下步骤：
b1）开启气泵，气泵输出的气流流速较低，先将导气管中的液体通过各气流喷头排出；
b2）然后慢慢加大气泵输出的气流流速，气泵输出的气流通过导气管、各气流喷头从贮液池内的底部或中部聚合物流体中向上喷射气流，使得所述的聚合物流体液面形成大量有规律的凸起。
优选地，所述的负极收集装置包括传送装置和接收装置，其中，
所述的传送装置包括安装连接的负极接收极板和导辊、退绕辊轴和卷绕辊轴；
所述的接收装置包括接收帘，所述的接收帘沉积区域紧贴地设置在负极接收极板和导辊下表面，所述的负极接收极板和导辊为接收帘提供张力和部分传送动力，同时接收帘一端连接退绕辊轴，另一端与卷绕辊轴连接；
所述的步骤d）为：位于贮液池开口上方的负极接收极板，与所述的聚合物流体液面形成静电场，在一定静电场的静电作用下，位于各泰勒锥顶端的极细流体最终喷射并沉积在所述的接收帘沉积区域上，形成大量纳/微米纤维；
所述的步骤e）具体包括以下步骤：
e1）所述的退绕辊轴和卷绕辊轴沿相同方向按一定速度分别进行退绕和卷绕，同时所述的负极接收极板和导辊沿所述的相同方向按一定速度进行皮带式传送；
e2）上述步骤e1）中产生的传送力驱动沉积有大量纳/微米纤维的接收帘沉积区域沿所述的相同方向被卷绕辊轴卷绕带离纳/微米纤维沉积区域；同时上述e1）步骤中产生的传送力驱动通过退绕辊轴退绕的接收帘沿所述的相同方向被传送至纳/微米纤维沉积区域形成新的接收帘沉积区域；
e3）在新的接收帘沉积区域上按步骤d）再次沉积大量纳/微米纤维，并按上述步骤e1）和步骤e2）循环操作；
e4）收集得到大批量纳/微米纤维。
优选地，所述的负极收集装置与所述的聚合物流体液面的距离调节范围在0.1-100cm；所述的气泵输出的气流流速范围在0-100m/s，高压静电发生器的输出电压调节范围在0.001-100KV。
本发明所述的纳/微米纤维是指包括纳米级或微米级纤维，具有大比表面积等优点。
本发明提出采用气泵和与气泵连接的导气管、多个气流喷头组成的气泡发生装置对聚合物流体进行作用，当气泵处于开启状态时，气泵输出的气流通过导气管、各气流喷头从贮液池内的底部或中部聚合物流体中竖直向上喷射气流，使得所述的聚合物流体液面形成大量有规律的凸起，相对于现有采用超声波和压电传感装置来获得凸起的方式，本发明大大降低了成本，同时由于超声波和压电传感装置对于聚合物流体的作用力是较为有限，因而导致其获得的凸起数量也是有限的，而本发明采用气泵喷射气流的方式可获得大量的凸起，进而获得大量的泰勒锥，最终获得大批量纳/微米纤维，因此本发明有效提高了纳/微米纤维静电纺丝的生产效率，使得纳/微米纤维的静电纺丝规模生产化或产业化的目标得以实现；进一步优选地，同时本发明通过将喷头设置为矩阵形状排列，进一步促进了本发明纳/微米纤维静电纺丝的生产效率。
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的一些较为优选的实施例方式，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和实施例获得其它的附图和实施例方式。
图1是本发明第一实施例方式下纳/微米静电纺丝装置的结构示意图；
图2是本发明第一实施例方式下纳/微米静电纺丝装置中的气流喷头的排列结构局部剖视图；
图3是本发明第一实施例方式下纳/微米静电纺丝装置中的气流喷头的排列结构俯视图。
本发明实施例公开了一种大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置，其中，包括：
具有上方开口的贮液池，用于容纳聚合物流体；
与贮液池内的聚合物流体耦合连接的气泡发生装置和高压静电发生器，所述的气泡发生装置作用于贮液池内的聚合物流体，使得所述的聚合物流体液面形成大量有规律的凸起，在高压静电发生器的电荷极化作用下，各凸起的流体顶端形成泰勒锥；
位于贮液池开口上方的负极收集装置，与所述的聚合物流体液面形成静电场，在一定静电场的静电作用下，位于各泰勒锥顶端的极细流体最终喷射并沉积在所述的负极收集装置上，形成大量纳/微米纤维；
其中，所述的气泡发生装置包括气泵和与气泵连接的导气管，所述的导气管上设有多个气流喷头，各气流喷头分别位于所述的贮液池内的底部或中部聚合物流体中，当气泵为开启状态时，各气流喷头向上喷射的气流使得所述的聚合物流体液面形成大量有规律的凸起。
本发明全文所述的聚合物即为通俗所述的纺丝，形成纳/微米的原材料。本专利全文所述的聚合物流体可以是溶液，也可以是熔体。本专利所述的耦合连接可以是直接连接，也可以是间接连接；可以是电学感应式非接触连接，也可以是气连接，也可以是机械式连接，也可以是化学作用式连接，只要具备本发明所述的功能，采用任意一种耦合连接都是本发明所允许的。
优选地，所述的贮液池采用绝缘材料制备而成，具体可以是绝缘塑料。
为了进一步提高生产效率，同时提高纳/微米纤维沉积在负极收集装置上的均匀度，优选地，所述的多个气流喷头呈矩阵排列形状。
优选地，所述的负极收集装置包括传送装置和接收装置，其中，
所述的传送装置包括安装连接的负极接收极板和导辊、退绕辊轴和卷绕辊轴；
所述的接收装置包括接收帘，所述的接收帘沉积区域紧贴地设置在负极接收极板和导辊下表面，所述的负极接收极板和导辊为接收帘提供张力和部分传送动力，同时接收帘一端连接退绕辊轴，另一端与卷绕辊轴连接；
本发明实施例上述结构中接收帘的传送原理为：通过退绕辊轴和卷绕辊轴的退饶和卷绕动作，所述的接收帘实现了在负极接收极板和导辊正下方的传送，即当接收帘沉积区域在沉积了大量纳/微米纤维后，通过上述的传送装置被带离负极接收极板和导辊正下方，也就是本专利全文所述的纳/微米纤维沉积区域，同时通过传送得到新接收帘沉积区域，在新接收帘沉积区域再次沉积大量纳/微米纤维，传送过程简单方便，适合在生产中进行规模推广应用。
位于贮液池开口上方的负极接收极板，与所述的聚合物流体液面形成静电场，在一定静电场的静电作用下，位于各泰勒锥顶端的极细流体最终喷射并沉积在所述的接收帘沉积区域上，形成大量纳/微米纤维。
优选地，所述的高压静电发生器通过金属电极与聚合物流体连接，也可以采用其他类型电极将高压静电发生器与聚合物流体连接。
优选地，所述的传送装置包括接地电极，接收极板通过导辊与接地电极相连形成所述的负极接收极板，当然地，也可以采用其他方式形成负极接收极板。
优选地，所述的凸起可以是液泡或微波凸起或喷泉状液柱中的任意一种，当然地，也可以是各气流喷头向上喷射的气流使得聚合物流体液面形成的其他形状的凸起。
本发明实施例还公开了一种如上所述的大批量纳/微米纤维的静电纺丝方法，其中，包括以下步骤：
a）将聚合物流体注入贮液池内；
b）开启气泵，气泵输出的气流通过导气管、各气流喷头从贮液池内的底部或中部聚合物流体中向上喷射气流，使得所述的聚合物流体液面形成大量有规律的凸起；
c）开启高压静电发生器，调节至一定输出电压，聚合物流体内部的自由电荷在高压静电作用下被极化，被极化的电荷集中在各凸起的流体顶端，形成泰勒锥；
d）位于贮液池开口上方的负极收集装置，与所述的聚合物流体液面形成静电场，在一定静电场的静电作用下，位于各泰勒锥顶端的极细流体最终喷射并沉积在所述的负极收集装置上，形成大量纳/微米纤维；
e）从所述的负极收集装置上收集得到大批量纳/微米纤维。
优选地，所述的步骤b）具体包括以下步骤：
b1）开启气泵，气泵输出的气流流速较低，先将导气管中的液体通过各气流喷头排出；
b2）然后慢慢加大气泵输出的气流流速，气泵输出的气流通过导气管、各气流喷头从贮液池内的底部或中部聚合物流体中向上喷射气流，使得所述的聚合物流体液面形成大量有规律的凸起。
优选地，所述的负极收集装置包括传送装置和接收装置，其中，
所述的传送装置包括安装连接的负极接收极板和导辊、退绕辊轴和卷绕辊轴；
所述的接收装置包括接收帘，所述的接收帘沉积区域紧贴地设置在负极接收极板和导辊下表面，所述的负极接收极板和导辊为接收帘提供张力和部分传送动力，同时接收帘一端连接退绕辊轴，另一端与卷绕辊轴连接；
所述的步骤d）为：位于贮液池开口上方的负极接收极板，与所述的聚合物流体液面形成静电场，在一定静电场的静电作用下，位于各泰勒锥顶端的极细流体最终喷射并沉积在所述的接收帘沉积区域上，形成大量纳/微米纤维；
所述的步骤e）具体包括以下步骤：
e1）所述的退绕辊轴和卷绕辊轴沿相同方向按一定速度分别进行退绕和卷绕，同时所述的负极接收极板和导辊沿所述的相同方向按一定速度进行皮带式传送，所述的速度可以根据实际纳/微米纤维的沉积速度进行具体选择；
e2）上述步骤e1）中产生的传送力驱动沉积有大量纳/微米纤维的接收帘沉积区域沿所述的相同方向被卷绕辊轴卷绕带离纳/微米纤维沉积区域；同时上述e1）步骤中产生的传送力驱动通过退绕辊轴退绕的接收帘沿所述的相同方向被传送至纳/微米纤维沉积区域形成新的接收帘沉积区域；
e3）在新的接收帘沉积区域上按步骤d）再次沉积大量纳/微米纤维，并按上述步骤e1）和步骤e2）循环操作；
e4）收集得到大批量纳/微米纤维。
优选地，所述的负极收集装置与所述的聚合物流体液面的距离调节范围在0.1-100cm；所述的气泵输出的气流流速范围在0-100m/s，高压静电发生器的输出电压调节范围在0.001-100KV。
为了更好地说明本发明的技术方案，下面将几个具体的实施例方式。
第一实施例方式
参见图1，图1为的附图1是本发明第一实施例方式下纳/微米静电纺丝装置的结构示意图；如图1所示的一种大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置，其中，包括：
具有上方开口的贮液池1，用于容纳聚合物流体6，聚合物流体6可以为溶液，也可以是熔体；
与贮液池1内的聚合物流体6耦合连接的气泡发生装置和高压静电发生器2，其中，所述的气泡发生装置包括气泵3和与气泵3连接的导气管5，所述的导气管上设有27个气流喷头4，
参见图2和图3，图2是本发明第一实施例方式下纳/微米静电纺丝装置中的气流喷头的排列结构局部剖视图，图3是本发明第一实施例方式下纳/微米静电纺丝装置中的气流喷头的排列结构俯视图。如图2和图3所示，所述的27个气流喷头4呈行为9、列为3的矩阵排列形状。
各气流喷头4分别位于所述的贮液池1内的底部或中部聚合物流体6中，当气泵3为开启状态时，各气流喷头4向上喷射的气流使得所述的聚合物流体6液面形成大量有规律的微波凸起13；所述的高压静电发生器2通过金属电极（图未示出）与聚合物流体6连接，在高压静电发生器2的电荷极化作用下，各微波凸起13的流体顶端形成泰勒锥；
位于贮液池1开口上方的负极收集装置，所述的负极收集装置包括传送装置和接收装置，其中，传送装置包括安装连接的负极接收极板7和导辊9、接地电极10、退绕辊轴11和卷绕辊轴12，接收极板通过导辊9与接地电极10相连形成所述的负极接收极板7，并与所述的聚合物流体液面形成静电场；接收装置包括接收帘8，所述的接收帘沉积区域紧贴地设置在负极接收极板7和导辊9下表面，所述的负极接收极板7和导辊9为接收帘8提供张力和部分传送动力，同时接收帘8一端连接退绕辊轴11，另一端与卷绕辊轴12连接；
在一定静电场的静电作用下，位于各泰勒锥顶端的极细流体14最终喷射并沉积在所述的接收帘沉积区域上，形成大量纳/微米纤维。
本第一实施例方式的纳/微米静电纺丝方法包括以下步骤：
a）将聚合物流体6注入贮液池1内，所加流体量应接近贮液池1端口；
b）开启气泵3，气泵3输出的气流流速较低，具体气流流速为3m/s，先将导气管5中的液体通过各气流喷头4排出；然后慢慢加大气泵3输出的气流流速，具体调节至30m/s，气泵3输出的气流通过导气管5、各气流喷头4从贮液池1内的底部或中部聚合物流体6中向上喷射气流，使得所述的聚合物流体液面形成大量有规律的微波凸起13。
c）开启高压静电发生器2，将所述的高压静电发生器2的输出电压调节至10KV，聚合物流体6内部的自由电荷在高压静电作用下被极化，被极化的电荷集中在各微波凸起13的流体顶端，形成泰勒锥；
d）位于贮液池1开口上方的负极接收极板7，其与所述的聚合物流体液面的距离为30cm，与所述的聚合物流体液面形成静电场，在一定静电场的静电作用下，位于各泰勒锥顶端的极细流体14最终喷射并沉积在所述的接收帘沉积区域上，形成大量纳/微米纤维；
e）从所述的负极收集装置上收集得到大批量纳/微米纤维。
所述的步骤e）具体包括以下步骤：
e1）所述的退绕辊轴11和卷绕辊轴12沿相同方向按一定速度分别进行退绕和卷绕，同时所述的负极接收极板7和导辊9沿所述的相同方向按一定速度进行皮带式传送；
e2）上述步骤e1）中产生的传送力驱动沉积有大量纳/微米纤维的接收帘沉积区域沿所述的相同方向被卷绕辊轴12卷绕带离纳/微米纤维沉积区域；同时上述e1）步骤中产生的传送力驱动通过退绕辊轴11退绕的接收帘8沿所述的相同方向被传送至纳/微米纤维沉积区域形成新的接收帘沉积区域；
e3）在新的接收帘沉积区域上按步骤d）再次沉积大量纳/微米纤维，并按上述步骤e1）和步骤e2）循环操作；
e4）收集得到大批量纳/微米纤维。
第二实施例方式
可同样参考第一实施例方式的图1、图2和图3所示的纳/微米静电纺丝装置，本第二实施例方式的纳/微米静电纺丝装置与第一实施例方式区别仅在于：所述的导气管上设有49个气流喷头，所述的49个气流喷头呈行为7、列为7的矩阵排列形状；本第二实施例方式的其余结构及其连接关系均同第一实施例方式。
本第二实施例方式的纳/微米静电纺丝方法与第一实施例方式区别仅在于：所述的负极收集装置与所述的聚合物流体液面的距离为50cm，所述的气泵输出的气流流速为50m/s，将所述的高压静电发生器的输出电压调节至30KV；其余步骤均同第一实施例方式。
第三实施例方式
可同样参考第一实施例方式的图1、图2和图3所示的纳/微米静电纺丝装置，本第三实施例方式的纳/微米静电纺丝装置与第一实施例方式区别仅在于：所述的导气管上设有6个气流喷头，所述的49个气流喷头呈行为2、列为3的矩阵排列形状；本第三实施例方式的其余结构及其连接关系均同第一实施例方式。
本第三实施例方式的纳/微米静电纺丝方法与第一实施例方式区别仅在于：所述的负极收集装置与所述的聚合物流体液面的距离为10cm，所述的气泵输出的气流流速为10m/s，将所述的高压静电发生器的输出电压调节至1KV；其余步骤均同第一实施例方式。
第四实施例方式
可同样参考第一实施例方式的图1、图2和图3所示的纳/微米静电纺丝装置，本第四实施例方式的纳/微米静电纺丝装置与第一实施例方式区别仅在于：所述的导气管上设有100个气流喷头，所述的49个气流喷头呈行为10、列为10的矩阵排列形状；本第四实施例方式的其余结构及其连接关系均同第一实施例方式。
本第四实施例方式的纳/微米静电纺丝方法与第一实施例方式区别仅在于：所述的负极收集装置与所述的聚合物流体液面的距离为60cm，所述的气泵输出的气流流速为70m/s，将所述的高压静电发生器的输出电压调节至50KV；其余步骤均同第一实施例方式。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置，其特征在于，包括：
具有上方开口的贮液池，用于容纳聚合物流体；
与贮液池内的聚合物流体耦合连接的气泡发生装置和高压静电发生器，所述的气泡发生装置作用于贮液池内的聚合物流体，使得所述的聚合物流体液面形成大量有规律的凸起，在高压静电发生器的电荷极化作用下，各凸起的流体顶端形成泰勒锥；
位于贮液池开口上方的负极收集装置，与所述的聚合物流体液面形成静电场，在一定静电场的静电作用下，位于各泰勒锥顶端的极细流体最终喷射并沉积在所述的负极收集装置上，形成大量纳/微米纤维；
其中，所述的气泡发生装置包括气泵和与气泵连接的导气管，所述的导气管上设有多个气流喷头，各气流喷头分别位于所述的贮液池内的底部或中部聚合物流体中，当气泵为开启状态时，各气流喷头向上喷射的气流使得所述的聚合物流体液面形成大量有规律的凸起。
2.如权利要求1所述的大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置，其特征在于，所述的多个气流喷头呈矩阵排列形状。
3.如权利要求1所述的大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置，其特征在于，所述的负极收集装置包括传送装置和接收装置，其中，
所述的传送装置包括安装连接的负极接收极板和导辊、退绕辊轴和卷绕辊轴；
所述的接收装置包括接收帘，所述的接收帘沉积区域紧贴地设置在负极接收极板和导辊下表面，所述的负极接收极板和导辊为接收帘提供张力和部分传送动力，同时接收帘一端连接退绕辊轴，另一端与卷绕辊轴连接；
位于贮液池开口上方的负极接收极板，与所述的聚合物流体液面形成静电场，在一定静电场的静电作用下，位于各泰勒锥顶端的极细流体最终喷射并沉积在所述的接收帘沉积区域上，形成大量纳/微米纤维。
4.如权利要求1所述的大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置，其特征在于，所述的高压静电发生器通过金属电极与聚合物流体连接。
5.如权利要求3所述的大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置，其特征在于，所述的传送装置包括接地电极，接收极板通过导辊与接地电极相连形成所述的负极接收极板。
6.如权利要求1所述的大批量纳/微米纤维的静电纺丝装置，其特征在于，所述的凸起可以是液泡或微波凸起或喷泉状液柱中的任意一种。
7.一种如权利要求1-6之一所述的大批量纳/微米纤维的静电纺丝方法，其特征在于，包括以下步骤：
a）将聚合物流体注入贮液池内；
b）开启气泵，气泵输出的气流通过导气管、各气流喷头从贮液池内的底部或中部聚合物流体中向上喷射气流，使得所述的聚合物流体液面形成大量有规律的凸起；
c）开启高压静电发生器，调节至一定输出电压，聚合物流体内部的自由电荷在高压静电作用下被极化，被极化的电荷集中在各凸起的流体顶端，形成泰勒锥；
d）位于贮液池开口上方的负极收集装置，与所述的聚合物流体液面形成静电场，在一定静电场的静电作用下，位于各泰勒锥顶端的极细流体最终喷射并沉积在所述的负极收集装置上，形成大量纳/微米纤维；
e）从所述的负极收集装置上收集得到大批量纳/微米纤维。
8.如权利要求7所述的大批量纳/微米纤维的静电纺丝方法，其特征在于，所述的步骤b）具体包括以下步骤：
b1）开启气泵，气泵输出的气流流速较低，先将导气管中的液体通过各气流喷头排出；
b2）然后慢慢加大气泵输出的气流流速，气泵输出的气流通过导气管、各气流喷头从贮液池内的底部或中部聚合物流体中向上喷射气流，使得所述的聚合物流体液面形成大量有规律的凸起。
9.如权利要求7所述的大批量纳/微米纤维的静电纺丝方法，其特征在于，所述的负极收集装置包括传送装置和接收装置，其中，
所述的传送装置包括安装连接的负极接收极板和导辊、退绕辊轴和卷绕辊轴；
所述的接收装置包括接收帘，所述的接收帘沉积区域紧贴地设置在负极接收极板和导辊下表面，所述的负极接收极板和导辊为接收帘提供张力和部分传送动力，同时接收帘一端连接退绕辊轴，另一端与卷绕辊轴连接；
所述的步骤d）为：位于贮液池开口上方的负极接收极板，与所述的聚合物流体液面形成静电场，在一定静电场的静电作用下，位于各泰勒锥顶端的极细流体最终喷射并沉积在所述的接收帘沉积区域上，形成大量纳/微米纤维；
所述的步骤e）具体包括以下步骤：
e1）所述的退绕辊轴和卷绕辊轴沿相同方向按一定速度分别进行退绕和卷绕，同时所述的负极接收极板和导辊沿所述的相同方向按一定速度进行皮带式传送；
e2）上述步骤e1）中产生的传送力驱动沉积有大量纳/微米纤维的接收帘沉积区域沿所述的相同方向被卷绕辊轴卷绕带离纳/微米纤维沉积区域；同时上述e1）步骤中产生的传送力驱动通过退绕辊轴退绕的接收帘沿所述的相同方向被传送至纳/微米纤维沉积区域形成新的接收帘沉积区域；
e3）在新的接收帘沉积区域上按步骤d）再次沉积大量纳/微米纤维，并按上述步骤e1）和步骤e2）循环操作；
e4）收集得到大批量纳/微米纤维。
10.如权利要求7所述的大批量纳/微米纤维的静电纺丝方法，其特征在于，所述的负极收集装置与所述的聚合物流体液面的距离调节范围在0.1-100cm；所述的气泵输出的气流流速范围在0-100m/s，高压静电发生器的输出电压调节范围在0.001-100KV。
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