CN105369368B - 一种制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置及气泡纺丝方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置，通过直接采用气泡发生器与气泵的配合实现气泡纺丝的目的，无需采用静电作用，避免了高压静电引起的静电污染和潜在危险，实现安全生产。通过在气泡发生器与纤维接收电极之间设置挡板，有效地引导射流运动轨迹，改善射流发散、不稳定的问题，提高生产效率。

Description

一种制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置及气泡纺丝方法

技术领域

本发明涉及气泡纺丝技术领域，具体涉及一种制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置及气泡纺丝方法。

背景技术

气泡静电纺丝是通过外力作用将熔溶体或溶液产生的气泡或液膜纺成纳米材料的一种新工艺，生产的纳米材料主要包括光滑的纳米材料、珠纤维、纳米多孔材料、纳米颗粒、纳米卷取材料和纳米纱。

气泡静电纺丝是近几年被采用的一种纺丝新方法，可以批量生产纳米纤维，然而却没有改变“静电”作为动力的基本特征，从而不可避免地引起静电污染。据北京晚报报道，1987年发生的震惊全国的亚洲最大的哈尔滨亚麻厂大爆炸事故，就是因车间高浓度粉尘被静电火花点燃后发生爆炸起火。在工业化生产中，大量静电纺设备长时间连续作业，发生火灾或爆炸的事故将不可避免，对生产安全造成相应影响。另外由于静电的作用，气泡破裂后射流发散，纺丝过程不稳定,致使纺丝条件很难控制，引起了既浪费原料又污染环境等的一系列问题。

纳米多孔纤维由于具有相对密度低、比强度高、比表面积大、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点具有广泛的应用前景，特别是在航空航天、过滤、消音吸震、电磁屏蔽、电化学过程、催化反应工程和生物医学工程等诸多方面。目前虽然能用气泡静电纺制备纳米多孔纤维，但是仍然存在上述的问题。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种新型气泡纺丝装置，实现在无静电作用下完成纺丝的同时，避免出现射流发散，角度过大，纤维不易收集的技术问题，提高生产效率，实现安全生产。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置及气泡纺丝方法，通过直接采用气泡发生器与气泵的配合实现气泡纺丝的目的，无需采用静电作用，避免了高压静电引起的静电污染和潜在危险，实现安全生产。而且，通过在气泡发生器与纤维接收装置之间设置挡板，有效地引导射流运动轨迹，改善射流发散、不稳定的问题，提高生产效率。

根据本发明的目的提出的一种制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置，包括气泡发生器，位于所述气泡发生器正上方的纤维接收装置，分别与气泡发生器连通的储液池及气泵，所述储液池通过导液管向气泡发生器内输入溶液，所述气泵通过导气管向气泡发生器内供气；所述气泡纺丝装置还包括防止气泡发生器喷出射流发散的挡板，所述挡板设置于所述气泡发生器与纤维接收装置之间，且所述挡板相对气泡发生器的轴向位置可调。

优选的，所述挡板为锥筒形结构，所述锥筒形结构的上端口径大于下端口径。

优选的，所述气泡发生器两侧对称分布有喷气枪，所述喷气枪倾斜设置，所述喷气枪的枪头对准所述气泡发生器的射流底部，使射流牵伸变细。

优选的，所述喷气枪的出风口为扁平矩形结构。

优选的，所述喷气枪的喷射角度调节范围为0°-360°。

优选的，所述喷气枪为温控式喷气枪，所述温控式喷气枪的温度范围为0℃-500℃。

优选的，所述挡板为金属或有机玻璃。

优选的，所述气泡发生器为滴管式气泡发生器，所述滴管式气泡发生器口径为1mm-10mm。

优选的，所述纤维接收装置为平行设置的两根金属导体或一端固定的三根平行金属导体，三根金属导体不在同一平面内。

一种制备纳米多孔纤维的气泡纺丝方法，采用所述的制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置，具体步骤如下：

S1：以气泡发生器为中心在气泡发生器两侧对称设置喷气枪，在气泡发生器与纤维接收装置之间设置防止射流发散的挡板；

S2：工作时，首先将储液池中的溶液通过导液管注入到气泡发生器中，保证液面到达设定位置；

S3：打开气泵，通过导气管向气泡发生器中供气，开始气压较低，把导气管中的流入液体慢慢推动至气泡发生器内，再缓慢加大气压，使液面出现有规律且稳定的单个气泡，并伴随着气泡破裂；

S4：调节挡板的位置，此时，打开纤维接收装置，使其匀速旋转，再旋开喷气枪，枪头朝向气泡发生器的射流底部，打开温度按钮，喷出的温热气流喷向射流底部使溶剂快速蒸发，并使得射流牵伸变细，取向地沉积在纤维接收装置上，固化形成纳米多孔纤维。

与现有技术相比，本发明公开的制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置及气泡纺丝方法的优点是：

通过直接采用气泡发生器与气泵的配合实现气泡纺丝的目的，无需采用静电作用，避免了高压静电引起的静电污染和潜在危险，实现安全生产。

通过在气泡发生器与纤维接收装置之间设置挡板，有效地引导射流运动轨迹，改善射流发散、不稳定的问题，提高生产效率。

采用滴管式气泡发生器，有效防止一次产生过多气泡，影响纺丝过程。此外，通过在气泡发生器两侧对称设置温控式喷气枪，一方面通过调节温度促使溶剂快速蒸发，获得多孔纳米纤维，另一方面，通过气流场的作用使射流牵伸变细，并且取向排列，很好地收集在平行金属导体上，为生产纳米纤维纱另辟蹊径。

且该装置结构简单、操作方便、工艺流程短，为纳米多孔纤维的规模化生产奠定了基础。

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为本发明公开的气泡纺丝装置实施例1的结构示意图。

图2为本发明公开的气泡纺丝装置实施例2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、气泡发生器 2、纤维接收装置 3、储液池 4、导液管 5、气泵 6、导气管 7、喷气枪 8、挡板

具体实施方式

在工业化生产中，大量静电纺设备长时间连续作业，发生火灾或爆炸的事故将不可避免，对生产安全造成相应影响。另外由于静电的作用，气泡破裂后射流发散，纺丝过程不稳定,致使纺丝条件很难控制，引起了既浪费原料又污染环境等的一系列问题。目前虽然能用气泡静电纺制备纳米多孔纤维，但是仍然存在上述的问题。

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置及气泡纺丝方法，通过直接采用气泡发生器与气泵的配合实现气泡纺丝的目的，无需采用静电作用，避免了高压静电引起的静电污染和潜在危险，实现安全生产，而且，通过在气泡发生器与纤维接收装置之间设置挡板，有效地引导射流运动轨迹，改善射流发散、不稳定的问题，提高生产效率。

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。

一种制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置，包括气泡发生器1，位于气泡发生器1正上方的纤维接收装置2，分别与气泡发生器1连通的储液池3及气泵5，储液池3通过导液管4向气泡发生器1内输入溶液，气泵5通过导气管6向气泡发生器1内供气；气泡纺丝装置还包括防止气泡发生器喷出射流发散的挡板8，挡板8设置于气泡发生器1与纤维接收装置2之间，通过在气泡发生器与纤维接收装置之间设置挡板，有效地引导射流运动轨迹，改善射流发散、不稳定的问题，提高生产效率。

挡板8相对气泡发生器1的轴向位置可调，挡板为筒形结构，挡板相距气泡发生器的位置可根据实际挡板的口径大小进行设定，在此不做限制。

挡板优选为锥筒形结构，锥筒形结构的上端口径大于下端口径。该结构形式与射流喷出的锥柱形射流束相近，方便引导射流运动轨迹。

气泡发生器1两侧对称设置有喷气枪7，喷气枪的出风口为扁平矩形结构，喷气枪7倾斜设置，喷气枪7的枪头对准气泡发生器1的射流底部，使射流牵伸变细。

其中，气泡发生器采用滴管式气泡发生器，有效防止一次产生过多气泡，影响纺丝过程。喷气枪选用温控式喷气枪，一方面通过调节温度促使溶剂快速蒸发，获得多孔纳米纤维，另一方面，通过气流场的作用使射流牵伸变细，并且取向排列，很好地收集在纤维接收装置上，为生产纳米纤维纱另辟蹊径。

喷气枪的喷射角度调节范围为0°-360°，优选为30°、45°、60°等，具体根据使用需要而定，在此不做限制。

喷气枪选用温控式喷气枪，温控式喷气枪的温度范围为0℃-500℃，具体温度根据使用需要设定，在此不做限制。

挡板为金属或有机玻璃等材质。

滴管式气泡发生器口径为1mm-10mm，通常选用5mm或8mm等。

一种制备纳米多孔纤维的气泡纺丝方法，采用上述的制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置，具体步骤如下：

S1：以气泡发生器为中心在气泡发生器两侧对称设置两个喷气枪，且喷气枪的出风口为扁平矩形结构，在气泡发生器与纤维接收装置之间设置防止射流发散的挡板；

S2：工作时，首先将储液池中的溶液通过导液管注入到气泡发生器中，保证液面到达设定位置；

S3：打开气泵，通过导气管向气泡发生器中供气，开始气压较低，把导气管中的流入液体慢慢推动至气泡发生器内，再缓慢加大气压，使液面出现有规律且稳定的单个气泡，并伴随着气泡破裂；

S4：调节挡板的位置，此时，打开纤维接收装置，使其匀速旋转，再旋开喷气枪，枪头朝向气泡发生器的射流底部，打开温度按钮，喷出的温热气流喷向射流底部使溶剂快速蒸发，并使得射流牵伸变细，取向地沉积在纤维接收装置上，固化形成纳米多孔纤维。

实施例1

参见图1，如图所示，纤维接收装置为平行设置的两根金属导体。工作时，首先将储液池中的溶液注入到滴管式气泡发生器中，液面如图1中虚线位置；打开气泵，开始气压较低，把导气管中的液体慢慢排出，再缓慢加大气压，使液面出现有规律且稳定的单个气泡，并伴随着气泡破裂，调节挡板的位置，此时，旋开喷气枪，枪头对准射流底部，打开温度按钮，使溶剂快速蒸发，射流充分牵伸变细，取向地沉积在平行金属导体上，固化形成纳米多孔纤维。

实施例2

参见图2，如图所示，纤维接收装置为一端固定的三根平行金属导体，三根金属导体不在同一平面内。工作时，首先将储液池中的溶液注入到滴管式气泡发生器中，液面如图2中虚线位置；打开气泵，开始气压较低，把导气管中的液体慢慢排出，再缓慢加大气压，使液面出现有规律且稳定的单个气泡，并伴随着气泡破裂，调节挡板的位置，此时，打开纤维接收装置，使其匀速旋转；再旋开喷气枪，枪头对准射流底部，打开温度按钮，使溶剂快速蒸发，射流充分牵伸变细，射向纤维接收装置，因其在转动过程中，不仅使纤维卷绕于三根金属导体上，防止纤维之间黏连，易于取下，还对纤维产生牵伸作用，增强取向纳米多孔纤维的机械性能。

本发明公开了一种制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置及气泡纺丝方法，通过直接采用气泡发生器与气泵的配合实现气泡纺丝的目的，无需采用静电作用，避免了高压静电引起的静电污染和潜在危险，实现安全生产。

通过在气泡发生器与纤维接收装置之间设置挡板，有效地引导射流运动轨迹，改善射流发散、不稳定的问题，提高生产效率。

采用滴管式气泡发生器，有效防止一次产生过多气泡，影响纺丝过程。此外，通过在气泡发生器两侧对称设置温控式喷气枪，一方面通过调节温度促使溶剂快速蒸发，获得多孔纳米纤维，另一方面，通过气流场的作用使射流牵伸变细，并且取向排列，很好地收集在平行金属导体上，为生产纳米纤维纱另辟蹊径。

且该装置结构简单、操作方便、工艺流程短，为纳米多孔纤维的规模化生产奠定了基础。

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 (8)

1.一种制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置，其特征在于，包括气泡发生器，位于所述气泡发生器正上方的纤维接收装置，分别与气泡发生器连通的储液池及气泵，所述储液池通过导液管向气泡发生器内输入溶液，所述气泵通过导气管向气泡发生器内供气；所述气泡纺丝装置还包括防止气泡发生器喷出射流发散的挡板，所述挡板设置于所述气泡发生器与纤维接收装置之间，且所述挡板相对气泡发生器的轴向位置可调；所述气泡发生器两侧对称分布有喷气枪，所述喷气枪倾斜设置，所述喷气枪的枪头对准所述气泡发生器的射流底部，使射流牵伸变细，喷气枪为温控式喷气枪；

所述纤维接收装置为平行设置的两根金属导体或一端固定的三根平行金属导体，三根金属导体不在同一平面内。

2.如权利要求1所述的制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置，其特征在于，所述挡板为锥筒形结构，所述锥筒形结构的上端口径大于下端口径。

3.如权利要求1所述的制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置，其特征在于，所述喷气枪的出风口为扁平矩形结构。

4.如权利要求1所述的制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置，其特征在于，所述喷气枪的喷射角度调节范围为0°-360°。

5.如权利要求1所述的制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置，其特征在于，所述温控式喷气枪的温度范围为0℃-500℃。

6.如权利要求1所述的制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置，其特征在于，所述挡板为金属或有机玻璃。

7.如权利要求1所述的制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置，其特征在于，所述气泡发生器为滴管式气泡发生器，所述滴管式气泡发生器口径为1mm-10mm。

8.一种制备纳米多孔纤维的气泡纺丝方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的制备纳米多孔纤维的气泡纺丝装置，具体步骤如下：

S1：以气泡发生器为中心在气泡发生器两侧对称设置喷气枪，在气泡发生器与纤维接收装置之间设置防止射流发散的挡板；

S2：工作时，首先将储液池中的溶液通过导液管注入到气泡发生器中，保证液面到达设定位置；

S3：打开气泵，通过导气管向气泡发生器中供气，开始气压较低，把导气管中的流入液体慢慢推动至气泡发生器内，再缓慢加大气压，使液面出现有规律且稳定的单个气泡，并伴随着气泡破裂；

S4：调节挡板的位置，此时，打开纤维接收装置，使其匀速旋转，再旋开喷气枪，枪头朝向气泡发生器的射流底部，打开温度按钮，喷出的温热气流喷向射流底部使溶剂快速蒸发，并使得射流牵伸变细，取向地沉积在纤维接收装置上，固化形成纳米多孔纤维。