CN103305933B - 一种旋转多孔静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转多孔静电纺丝装置，包括多孔转盘，多孔转盘位于贮液池内，当多孔转盘在转动时气孔处沾有溶液，在气泵的作用下对应的向各气孔喷气，使得多孔转盘不断的在其最上端的气孔处产生气泡，在静电力的作用下气泡破裂形成射流，并沉积于接收装置上，形成大量的纳米纤维，实现微米纳米纤维的高效率、低能耗、连续化生产，通过转动圆形多孔转盘，持续的在其顶端产生单个气泡，提高了气泡产生的均匀性与稳定性，实现纳米纤维的规模化生产，生产效率高，生产成本低，设备结构简单，操作方便，适用性强，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。

Description

一种旋转多孔静电纺丝装置

技术领域

本发明属于静电纺丝技术领域，具体涉及一种旋转多孔静电纺丝装置。

背景技术

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，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。

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“一种静电纺丝装置及其工业应用（专利号：ZL200410025622.6）”、“一种可用于静电纺丝的新型喷丝板（专利号:ZL200420107832.5）”等；美国专利US6713001、US7326043、US6616435等。

另外，有许多改良或改变针筒式喷头的设计，采用其他喷丝方式进行纺丝的装置，如中国专利“一种纳米纤维的振动静电纺丝（专利号：ZL200610117671.1）”、“一种可用于大批量生产纳米纤维的喷气式静电纺丝装置（专利号：ZL200710036447.4）”、“一种纳米纤维的静电纺丝装置（专利号：ZL200710040316.3）、“一种带有振动发生装置的静电纺丝设备（专利号：ZL200420020596.3）”、“一种带有温控装置的泡泡纺设备（专利号：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。此外，还有改进接收装置的，如美国专利US5042789、US4589186等。

气泡静电纺丝技术是一项重要的制备纳米纤维技术，有很多学者对其工艺参数及喷丝体系等进行了研究，如中国专利ZL200420020596.3、ZL200410025622.6等；美国专利US6616435、US6753454等。

传统的纳米静电纺丝技术存在一些缺陷，产量低，同时受溶液浓度、粘性等性能影响较大，且由于针头直径较小，在使用的过程中溶液易堵塞针头。针对这些问题，目前有提出采用气泡静电纺丝的方法，但是，该方法仍处于实验室制备阶段，且气泡产生的均匀性难以控制，不能大规模的产业化生产，纳米纤维的产量问题仍然是迫切需要解决的。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种静电纺丝装置，以避免出现使用过程中的针头堵塞现象，实现微米或纳米纤维的高效率低耗能连续化的生产，降低生产成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种旋转多孔静电纺丝装置，以达到有效避免使用过程中的针头堵塞现象，实现微米或纳米纤维的高效率低耗能连续化的生产，降低生产成本的目的。

根据本发明的目的提出的一种旋转多孔静电纺丝装置，包括贮液池、发射器、正电极、高压静电发生器、以及接收装置与负电极，所述发射器通过正电极与所述高压静电发生器相连接，所述负电极与所述接收装置电连接，所述正电极和所述负电极之间形成有电压差；所述发射器为多孔转盘，所述多孔转盘位于所述贮液池内侧，且所述多孔转盘的下端没入所述贮液池液体内，所述多孔转盘的圆周面与端面上均设置有气孔，且圆周面上的各气孔与端面上的各气孔一一对应连通；

所述静电纺丝装置还包括进气系统以及驱动所述多孔转盘运转的驱动机构；所述贮液池上设置有进气口，所述进气口与气孔相对应。

优选的，所述进气系统包括气泵与导气管，所述导气管一端与所述进气口相连接。

优选的，所述多孔转盘端面上的气孔均匀分布于同一圆周上，所述进气口的投影位于端面气孔所在的圆周上，且与端面最上端的气孔相对应，多孔转盘转动时，进气口与各端面气孔一一对应。

优选的，所述接收装置包括接收极板或接收滚筒。

优选的，所述贮液池与发射器可为一组，或并列设置的多组，所述多个多孔转盘共用一个驱动机构。

优选的，所述多孔转盘的转速小于或等于100转/秒。

优选的，所述接收装置与所述多孔转盘的间距为0.1cm～100cm。

优选的，所述气泵输出气流流速小于或等于100m/s。

优选的，所述高压静电发生器的输出电压范围为1V～100KV。

优选的，所述气孔的孔径为1nm～1cm。

与现有技术相比，本发明公开的旋转多孔静电纺丝装置的优点是：多孔转盘在转动时气孔处沾有溶液，在气泵的作用下对应的向各气孔喷气，使得多孔转盘上最上端的气孔处产生气泡，在静电力的作用下气泡破裂形成射流，并沉积于接收装置上，形成大量的纳米纤维，实现微米纳米纤维的高效率、低能耗、连续化生产，通过转动圆形多孔转盘，持续的在其顶端产生单个气泡，提高了气泡产生的均匀性与稳定性，实现纳米纤维的规模化生产，生产效率高，生产成本低，设备结构简单，操作方便，适用性强，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为本发明公开的一种旋转多孔静电纺丝装置实施例1的结示构意图。

图2为本发明公开的一种旋转多孔静电纺丝装置实施例2的结示构意图。

图3为本发明公开的一种旋转多孔静电纺丝装置实施例3的结示构意图。

图4为本发明公开的一种旋转多孔静电纺丝装置中多孔转盘的结构示意图。

图中的数字或字母所代表的相应部件的名称：

1、贮液池2、多孔转盘3、发动机4、传动轴5、高压静电发生器6、气泵7、导气管8、正电极9、接收极板10、负电极11、气孔12、进气口13、气泡

21、接收滚筒

具体实施方式

传统的纳米静电纺丝技术存在一些缺陷，产量低，同时受溶液浓度、粘性等性能影响较大，且由于针头直径较小，在使用的过程中溶液易堵塞针头。针对这些问题，目前有提出采用气泡静电纺丝的方法，但是，该方法仍处于实验室制备阶段，且气泡产生的均匀性难以控制，不能大规模的产业化生产，纳米纤维的产量问题仍然是迫切需要解决的。

本发明针对现有技术中的不足，提出了一种旋转多孔静电纺丝装置，以达到有效避免使用过程中的针头堵塞现象，实现微米或纳米纤维的高效率低耗能连续化的生产，降低生产成本的目的。

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。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作出创造性劳动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。

实施例1

请一并参见图1与图4，图1为本发明公开的一种旋转多孔静电纺丝装置的结示构意图。图4为本发明公开的一种旋转多孔静电纺丝装置中多孔转盘的结构示意图。如图所示，一种旋转多孔静电纺丝装置，包括贮液池1、发射器、正电极8、高压静电发生器5、以及位于贮液池1上方的接收装置与负电极10，发射器通过正电极8与高压静电发生器5相连接，负电极10与接收装置电连接，正电极8和负电极10之间形成有电压差；发射器为多孔转盘2，多孔转盘2位于贮液池1内侧，且多孔转盘2的下端没入贮液池1液体内，多孔转盘2的圆周面与一侧端面上均设置有气孔11，且圆周面上的各气孔与端面上的各气孔一一对应连通。

该静电纺丝装置还包括进气系统以及驱动多孔转盘2运转的驱动机构；进气系统包括气泵6与导气管7，贮液池1一侧设置有进气口12，进气口12与端面最上端的气孔相对应，导气管7一端与进气口12相连接。气泵通过导气管7与进气口12向气孔11内通气，由于多孔转盘一端没入液体内，多孔转盘在驱动机构的带动下转动时，沾有液体的部分被逐渐传动到上方，气泵通过导气管7向对应的各气孔喷气，使得多孔转盘2的最上端的气孔处产生气泡，在静电力的作用下气泡破裂形成射流，并沉积于接收装置上，形成大量的纳米纤维，实现微米纳米纤维的高效率、低能耗、连续化生产，通过转动圆形多孔转盘，持续的在其顶端产生单个气泡，提高了气泡产生的均匀性与稳定性，实现纳米纤维的规模化生产，生产效率高，生产成本低，设备结构简单，操作方便，适用性强，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。

其中，还可采用手风器替代气泵工作。

多孔转盘2端面上的气孔11均匀分布于同一圆周上，进气口的投影位于端面气孔所在的圆周上，且进气口与多孔转盘端面最上端的气孔对应，转动时，进气口与各端面气孔一一对应，以实现持续的在其顶端产生单个气泡的目的。

接收装置包括接收极板9，接收极板9用于收集喷射出的纳米纤维。

驱动机构包括发动机3与传动轴4，传动轴4与多孔转盘2的中心传动连接。通过发动机将动力经传动轴传递给多孔转盘，带动多孔转盘匀速运转。其中，还可采用电动机带动传动轴运转。

其中，多孔转盘的转速小于或等于100转/秒。转速可根据需要进行调节，不同粘度、浓度的溶液可根据实际需要调节进行纺丝，具体转速不做限制。

接收装置与多孔转盘的间距为0.1cm～100cm。可根据需要调节间距。

气泵6输出气流流速小于或等于100m/s。可根据具体使用需要进行调节。

高压静电发生器5的输出电压范围为1V～100KV。可根据具体使用需要进行调节。

气孔的孔径为1nm～1cm。可根据具体使用需要进行调节。

其中，贮液池的大小也可根据使用需要进行更换，在使用时，可直接向贮液池中补充加入溶液。

本发明的工作原理如下：

工作时，首先向贮液池1内注入溶液，所加溶液量不可高于多孔转盘2的顶端，打开发动机3，传动轴4带动多孔转盘2旋转，打开气泵6，气泵6通过导气管7与进气口12向转动至顶端的各气孔内进气，在多孔转盘的顶端不断的产生气泡，之后，打开高压静电发生器5，调节到一定电压，溶液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，接收极板9与负电极10形成负极，与液面之间形成电场，当电场力大于溶液表面张力时，将有射流从气泡顶端射出，射向负极，并沉积在接收极板9上，形成大量的纳米纤维。

此外，进气口还可与端面上其它的气孔相对应设置，或是与圆周面上的气孔相对应，在端面的气孔处产生气泡喷射，具体实施方式不做限制。

实施例2

如图2所示，其余与实施例1相同，不同之处在于，接收装置中采用接收滚筒21代替接收极板9。

实施例3

如图3所示，其余与实施例相同，不同之处在于，贮液池1与发射器可为一组，或并列设置的多组，多个多孔转盘2可共用一个驱动机构。使得多组结构同时进行工作，实现纳米纤维的规模化生产，提高生产效率，降低生产成本。

本发明公开了一种旋转多孔静电纺丝装置，当多孔转盘在转动时气孔处沾有溶液，在气泵的作用下对应的向各气孔喷气，使得多孔转盘不断的在其最上端的气孔处产生气泡，在静电力的作用下气泡破裂形成射流，并沉积于接收装置上，形成大量的纳米纤维，实现微米纳米纤维的高效率、低能耗、连续化生产，通过转动圆形多孔转盘，持续的在其顶端产生单个气泡，提高了气泡产生的均匀性与稳定性，实现纳米纤维的规模化生产，生产效率高，生产成本低，设备结构简单，操作方便，适用性强，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)

1.一种旋转多孔静电纺丝装置，包括贮液池、发射器、正电极、高压静电发生器、以及接收装置与负电极，所述发射器通过正电极与所述高压静电发生器相连接，所述负电极与所述接收装置电连接，所述正电极和所述负电极之间形成有电压差；其特征在于，所述发射器为多孔转盘，所述多孔转盘位于所述贮液池内侧，且所述多孔转盘的下端没入所述贮液池液体内，所述多孔转盘的圆周面与端面上均设置有气孔，且圆周面上的各气孔与端面上的各气孔一一对应连通；

所述静电纺丝装置还包括进气系统以及驱动所述多孔转盘运转的驱动机构；所述贮液池上设置有进气口，所述进气口与气孔相对应；

所述多孔转盘端面上的气孔均匀分布于同一圆周上，所述进气口的投影位于端面气孔所在的圆周上，且与端面最上端的气孔相对应，多孔转盘转动时，进气口与各端面气孔一一对应。

2.如权利要求1所述的旋转多孔静电纺丝装置，其特征在于，所述进气系统包括气泵与导气管，所述导气管一端与所述进气口相连接。

3.如权利要求1所述的旋转多孔静电纺丝装置，其特征在于，所述接收装置包括接收极板或接收滚筒。

4.如权利要求1所述的旋转多孔静电纺丝装置，其特征在于，所述贮液池与发射器为一组。

5.如权利要求1所述的旋转多孔静电纺丝装置，其特征在于，所述贮液池与发射器为并列设置的多组，多个多孔转盘共用一个驱动机构。

6.如权利要求1所述的旋转多孔静电纺丝装置，其特征在于，所述多孔转盘的转速小于或等于100转/秒。

7.如权利要求1所述的旋转多孔静电纺丝装置，其特征在于，所述接收装置与所述多孔转盘的间距为0.1cm～100cm。

8.如权利要求1所述的旋转多孔静电纺丝装置，其特征在于，所述气泵输出气流流速小于或等于100m/s。

9.如权利要求1所述的旋转多孔静电纺丝装置，其特征在于，所述高压静电发生器的输出电压范围为1V～100KV。

10.如权利要求1所述的旋转多孔静电纺丝装置，其特征在于，所述气孔的孔径为1nm～1cm。