CN104593881B - 一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置，属于静电纺丝领域，主要包括接收装置、机头、温控系统、内外锥面复合套筒、A料加料口、周向定位圈、气管、气管定位螺母、套筒定位螺母、B料加料口、接地电极和高压静电发生器等，机头由温控系统进行精确控温并且接入接地电极，内外锥面复合套筒和气管分别由套筒定位螺母和气管定位螺母进行轴向定位，A料和B料分别经过各自的流道在锥面尖端汇合，接收装置在机头下方接高压静电发生器。本发明能批量化生产双组份复合材料纳米纤维，在气流辅助的作用下，进一步减小纤维直径，利用气流温度对内侧流道温度进行微调，从而允许两种流体有不同的纺丝温度，能纺制对温度要求较敏感的材料。

Description

一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置
技术领域
本发明涉及一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置，属于静电纺丝领域。
背景技术
随着纳米技术的升温，静电纺丝方法由于其可以制备出纳米级的纤维而成为当今的研究热点之一。静电纺丝方法已被公认为是制备纳米纤维最简单有效的方法之一，目前已有三十多种聚合物通过此方法成功制得超细纤维，最小的直径达到几十纳米。
静电纺丝的基本原理是聚合物熔体或者溶液在高压静电场的作用下逐渐发生形变，当电场力大于其表面张力时，形成射流，最终在接收板上获得聚合超细纤维。
单一材料制备的纳米纤维性能有限，而共混纤维则可综合多种纤维的优良性能。多数共混纤维是以一种聚合物的原纤维镶嵌在另一种聚合物基体之中，共混纤维虽然共混方式和用途千差万别，但是大多是希望通过共混得到优于单组分纤维性能的新型纤维。
在静电纺丝领域，目前制备双组份复合材料纳米纤维的方法主要是同轴静电纺丝，通过在内外通道通入不同材料的溶液，在高压静电场的作用下，两种材料的溶液在喷头尖端同时被拉伸，从而形成核壳结构的纳米纤维。同轴静电纺丝的原理导致其针头孔径很小，所以只能纺制粘度较小的聚合物溶液，对于粘度相对较大的熔体则非常容易堵塞，所以急需一种能纺制高粘度双组分复合材料熔体的纳米纤维静电纺丝装置。
发明内容
本发明提出了一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置，把内外锥面有机结合，在内外锥面上分别通入不同的流体，在锥面尖端汇合的同时被高压静电拉伸，下落成为纤维，该装置能批量化生产双组份复合材料纳米纤维，并且克服了熔体在小孔纺丝中易堵塞的难题，同时可以在气管中通不同温度的气流来调节两种组分的温度差异，使两种组分都能达到最佳纺丝温度。
为了实现上述功能，本发明采用的技术方案如下：一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置，主要包括接收装置、机头、温控系统、内外锥面复合套筒、A料加料口、周向定位圈、气管、气管定位螺母、套筒定位螺母、B料加料口、接地电极和高压静电发生器等，机头由温控系统进行精确控温并且接入接地电极，内外锥面复合套筒通过下部三个定位点和机头配合，两者的配合间隙形成A料流道，同样的方式，气管和内外锥面复合套筒配合间隙形成B料流道，内外锥面复合套筒和气管分别由套筒定位螺母和气管定位螺母进行轴向定位，同时由周向定位圈完成对内外锥面复合套筒的周向定位，A料和B料分别经过各自的流道在锥面尖端汇合，接收装置在机头下方接高压静电发生器。
本发明一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置，机头与内外锥面复合套筒的间隙配合及内外锥面复合套筒与气管的间隙配合形成两个独立的流道，并且这两个独立的流道位于同一个机头上，共用一套温控系统，两个流道通入两种流体。两种流体，可以是溶液，也可以是熔体。
本发明一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置，两个独立流道的流体最终分别在内外锥面上完成均布减薄过程，然后在内外锥面形成的环形尖端汇合，在汇合的同时被高压静电拉伸成丝，形成双组份复合材料纳米纤维。
本发明一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置，气管中可以通入气流，通过气流的温度来对B料流道的温度进行微调，和机头外层的温控系统配合，使两种流体能同时达到最佳纺丝温度，通过气流的温度来对B料流道的温度进行微调，进而控制B料的粘度，由于A料和B料存在粘度差，形成的A料纤维与B料纤维成并列形式、半包覆方式或包覆方式。
本发明一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置，A料中增加防粘填料，A料熔体和B料熔体不易粘接，在并列成丝后固化的两种丝容易分离，形成两种丝混合的方式，发挥各自的优势。
本发明一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置，气管中通入高速气流，高速气流形成的压力差使纤维束聚拢，同时气流的扰动使纤维剧烈鞭动，加上气流的牵引作用使纤维直径进一步减小。
由以上技术方案可知，本发明与现有技术相比具有如下优点：能批量化生产双组份复合材料纳米纤维，并且在气流辅助的作用下，进一步减小纤维直径，还可以利用气流的温度对内侧流道的温度进行微调，从而允许两种流体有不同的纺丝温度，能纺制对温度要求较敏感的材料。
附图说明
图1是本发明一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置的剖视示意图。
图中：1-接收装置，2-机头，3-温控系统，4-内外锥面复合套筒，5-A料加料口，6-周向定位圈，7-气管，8-气管定位螺母，9-套筒定位螺母，10-B料加料口，11-接地电极，12-高压静电发生器。
具体实施方式
实施例1
本发明提出了一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置，如图1所示，主要包括：接收装置1、机头2、温控系统3、内外锥面复合套筒4、A料加料口5、气管7、B料加料口10、接地电极11和高压静电发生器12，机头2接接地电极11，调节温控系统3的温度为220度，在A料加料口5中加入聚丙烯(PP)粉料，在B料加料口10中加入聚乳酸(PLA)粉料，同时在气管中通入常温高速气流，气流速度20m/s，使B料流道的温度降为200度左右，保持温度一段时间后，PP和PLA颗粒熔化，由熔体自重流经各自的流道分别到达内外锥面，在锥面上分别形成熔体薄膜，然后两种熔体在锥面尖端汇合，接收装置1采用5mm厚铜板接高压静电发生器12，调节接收装置1与尖端的距离为10cm，调节高压静电发生器12的电压值为50kV，在锥面尖端汇合的PP和PLA熔体被高压静电拉伸，在下降的过程中同时被高速气流进一步牵引形成纳米纤维，根据上述工艺过程，可以纺得平均直径为900nm的并列型双组份复合材料纤维，把纺制的纤维放入丙酮中浸泡10分钟，纤维中PLA成分被去除，可以得到平均直径为500nm的PP纳米纤维。

Claims (6)

1.一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于：包括接收装置、机头、温控系统、内外锥面复合套筒、A料加料口、周向定位圈、气管、气管定位螺母、套筒定位螺母、B料加料口、接地电极和高压静电发生器，机头由温控系统进行精确控温并且接入接地电极，内外锥面复合套筒通过下部三个定位点和机头配合，两者的配合间隙形成A料流道，同样的方式，气管和内外锥面复合套筒配合间隙形成B料流道，内外锥面复合套筒和气管分别由套筒定位螺母和气管定位螺母进行轴向定位，同时由周向定位圈完成对内外锥面复合套筒的周向定位，A料和B料分别经过各自的流道在锥面尖端汇合，接收装置在机头下方接高压静电发生器。
2.根据权利要求1所述的一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于：机头与内外锥面复合套筒的间隙配合及内外锥面复合套筒与气管的间隙配合形成两个独立的流道，并且这两个独立的流道位于同一个机头上，共用一套温控系统，两个流道通入两种流体。
3.根据权利要求2所述的一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于：两种流体，一种是溶液，另一种是熔体。
4.根据权利要求2所述的一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于：两个独立流道的流体最终分别在内外锥面上完成均布减薄过程，然后在内外锥面形成的环形尖端汇合，在汇合的同时被高压静电拉伸成丝，形成双组份复合材料纳米纤维。
5.根据权利要求1所述的一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于：气管中通入气流，和机头外层的温控系统配合，使两种流体能同时达到最佳纺丝温度，通过气流的温度来对B料流道的温度进行微调，进而控制B料的粘度，形成的A料纤维与B料纤维成并列形式、半包覆方式或包覆方式。
6.根据权利要求1所述的一种制备双组份复合材料纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于：A料中增加防粘填料。
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