CN107164810B - 纳米界面材料的制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米界面材料的制备装置，包括：气泡生成装置、Laval管、输气机构、阶梯槽、喷嘴；所述Laval管包括收缩部和扩张部，所述收缩部的小口径端与所述扩张部的小口径端连通；所述输气机构与所述收缩部的大口径端连通，用于向所述Laval管输入气体；所述阶梯槽的大口径端与所述储料器连通，用于接收所述气泡生成装置输出的气泡；所述阶梯槽的小口径端通过靠近于所述扩张部的小口径端的通孔与所述收缩部连通；所述Laval管设置在所述喷嘴内。本申请中纳米界面材料的制备装置具有常温操作、操作简单等优点。

Description

纳米界面材料的制备装置

技术领域

本发明涉及气泡纺领域，尤其涉及一种纳米界面材料的制备装置。

背景技术

纳米纤维因为具有比表面积大、质量轻、粒子尺寸小等优点，用纳米纤维制成的高级防护服，其织物多孔且有膜，不仅能使空气透过，具可呼吸性，还能挡风和过滤微细粒子，对气溶胶有阻挡性，可防生化武器及有毒物质；将纳米纤维植入织物表面，可形成一层稳定的气体薄膜，制成双疏性界面织物，既可防水，又可防油、防污。因此被广泛应用到航空、军用、组织、医疗、过滤等领域。

目前制备纳米纤维的方法有多喷头静电纺、同轴静电纺、气泡纺丝等，但静电纺丝过程中存在溶液易挥发、针头堵塞、产量低等问题。

传统的气流气泡纺制备可以在无静电的条件下完成纺丝过程，避免了由于高压静电而产生的静电污染；同时还可把静电作为辅助装置，对气泡进行预拉伸，再在气流作用下完成纺丝过程。另外旋转气流可以将多股射流进行加捻，有望用一步成纱法制备出纳米纱。而静电辅助气流气泡纺可以在静电和气流场的共同作用下提高产量和产品性能。

传统的气流气泡纺主要通过单种溶液的单一气泡纺丝，没有气泡与其他功能母粒或气流或气泡的界面作用，这样就大大限制了它的应用等。

但是，仍然需要一种生产效率更高、操作简单的纳米界面材料装置。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米界面材料的制备装置，其能生产效率更高、操作简单。

本发明的具体技术方案是：

本申请公开了

一种纳米界面材料的制备装置，包括：气泡生成装置、Laval管、输气机构、储料器、阶梯槽、喷嘴；所述储料器和所述阶梯槽位于所述喷嘴内；所述Laval管包括收缩部和扩张部，所述收缩部的小口径端与所述扩张部的小口径端连通；所述输气机构与所述收缩部的大口径端连通，用于向所述Laval管输入气体；所述阶梯槽的大口径端与所述储料器连通，用于接收所述气泡生成装置输出的气泡；所述阶梯槽的小口径端通过靠近于所述扩张部的小口径端的通孔与所述收缩部连通；所述Laval管设置在所述喷嘴内。

优选地，所述收缩部位于所述扩张部的正下方，所述储料器和所述阶梯槽位于所述喷嘴内。

优选地，所述气泡生成装置包括储料器，所述储料器内设置有纺丝液和热空气。

优选地，所述纳米界面材料的制备装置包括用于向所述储料器输入气体的气体输入机构和/或向所述储料器输入液体的液体输入装置。

优选地，所述液体输入装置包括供液池、分别与所述供液池和所述储料器连通的输液泵，所述供液池的上方密封。

优选地，所述储料器的数量在1至100个之间。

优选地，所述输气机构包括气泵、用于将所述气泵和所述扩张部的大口径端连通的第二气管，所述第二气管的内径在1mm-1000mm之间。

优选地，包括与所述喷嘴相对设置的接收板，所述接收板为平板式的或滚筒式的。

优选地，所述阶梯槽的台阶数量在1至100个之间，每个台阶的高度在1cm-100cm之间，所述阶梯槽的台阶高度自其大口径端向其小口径端逐渐变小。

优选地，所述纳米界面材料的制备装置包括电源电压装置，所述电源电压装置的正极可以与所述喷嘴或者储料器电性连接，所述电源电压装置的负极接地。

本发明采用上述结构可以具有以下优点：

1.纳米界面材料的制备装置具有常温操作、操作简单等优点；

2.阶梯槽减小了多气泡间相互影响的问题，便于气泡与功能母粒或热空气或气泡在Laval管口产生界面作用，从而更方便制备纳米界面材料；

3.供液池不断向储料器供液，保证连续纺丝。

4.储料器及Laval管内气流稳定，纺出的纳米纤维更均匀。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本申请实施例中的纳米界面材料的制备装置的结构示意图；

图2为材料进入该纳米界面材料的制备过程示意图。

以上附图的附图标记：1-供液池、2-输液泵、3-喷嘴、4-气泵、51-第一气管、52-第二气管；6-Laval管、7-储料器、8-纳米纤维、9-阶梯槽、10-气泡、11-纺丝液、12-接收板。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

本申请实施例中公开了一种纳米界面材料的制备装置，包括：气泡生成装置、Laval管6、输气机构、阶梯槽9、喷嘴3；所述Laval管6包括收缩部和扩张部，所述收缩部的小口径端与所述扩张部的小口径端连通；所述输气机构与所述收缩部的大口径端连通，用于向所述Laval管6输入气体；所述阶梯槽9的大口径端与所述储料器7连通，用于接收所述气泡生成装置输出的气泡10；所述阶梯槽9的小口径端通过靠近于所述扩张部的小口径端的通孔与所述收缩部连通；所述Laval管6设置在所述喷嘴3内。

在本实施方式中，所述气泡生成装置包括位于所述喷嘴3内的储料器7，所述储料器7内设置有用于生成气泡的纺丝液和热空气；用于向所述储料器7输入气体的气体输入机构；用于向所述储料器输入气体的气体输入机构。所述流体输入机构包括供液池1、分别与所述供液池1和所述储料器7连通的输液泵2。所述供液池1内存储有纺丝液11。位于喷嘴3外的供液池1通过位于所述喷嘴3外输液泵2将纺丝液11输送至储料器7里。优选地，供液池1的上方保持密封状态，以减小纺丝液11的挥发。

所述气体输入机构包括气泵4、用于将所述气泵4和所述储料器7的下部连通的第一气管51、所述第一气管51的内径在1mm-1000mm之间。

储料器7内的纺丝液11受到热空气的气流后，会在储料器7的内部产生许多气泡10，最后在储料器7的端口(图中上部)产生气泡10。在本实施方式中，所述储料器7为两个。当然的，在其他可选的实施方式中，所述储料器7的数量可以根据需要设置，例如可以在1至100个之间。在本实施方式中，所述储料器7为两个，从而使得纺丝效率大大提高。

在其他可选的实施方式中，储料器7内还可以设置有纺丝溶液、纺丝溶剂、热空气或用于使生产出的纳米纤维具有特殊功能的功能母粒等。特别的，在不同的储料器7内可以设置有多种不同的物料，由此可以根据实际需要生产出种或异种气泡的碎片交界，经过气流和/或电压的牵伸，最终形成复合纳米纤维。

在本实施方式中，所述输气机构与所述气体输入机构共用同一个气泵4，该气泵4通过第二气管52和所述扩张部的大口径端连通，所述第二气管52的内径在1mm-1000mm之间。由于向各个所述储料器7以及所述Laval管6输出气体为同一个气泵4，这样使得储料器7内部的纺丝液11受到的气流稳定。所述输气机构还可以包括压力调节阀和/或流量调节阀。

所述阶梯槽9的大口径端与所述储料器7连通。所述阶梯槽9的小口径端与所述Laval管6的通孔连通。且，该通孔设置在所述扩张部靠近于所述收缩部处。在所述储料器7的端口形成的气泡10经过阶梯槽9的台阶的作用，最后成为一层超薄超小的气泡膜。在一个可选的实施方式中，所述阶梯槽9的台阶数量可以根据实际需要设定，例如可以在1至100个之间。每个台阶的高度也可以根据实际需要设定，例如可以在1cm-100cm之间。所述阶梯槽的台阶高度自其大口径端向其小口径端逐渐变小。

在本实施方式中，Laval管6的所述收缩部的小口径端与所述扩张部的小口径端连通；所述输气机构与所述收缩部的大口径端连通。Laval管6由两个锥形管构成，其中一个为收缩部，另一个为扩张部。所述收缩部位于所述扩张部的正下方。在压力作用下，流体经过喷管向后运动，进入Laval管6的收缩部。在这一阶段，遵循"流体在管中运动时，截面小处流速大，截面大处流速小"的原理，因此气流不断加速。当到达窄喉时，流速已经超过了音速。而跨音速的流体在运动时却不再遵循"截面小处流速大，截面大处流速小"的原理，而是恰恰相反，截面越大，流速越快。Laval管6实际上起到了一个"流速增大器"的作用。

经过Laval管6的气流作用后，由所述阶梯槽9生成的气泡膜会在Laval管6的上端口被拉伸成为纳米纤维8。

优选地，纳米界面材料的制备装置还可以包括接收板12，以接收纳米纤维8。其中接收板12可以是平板也可以是滚筒式的。

优选地，所述气流气泡纺装置还可以包括电源电压装置，所述电源电压装置的正极可以与所述喷嘴或者储料器(所述喷嘴或者储料器由导电材质制成，例如铝合金或不锈钢等)相电性连接，所述电源电压装置的负极接地，以使纺丝液导电或为了更容易形成泰勒锥，从而更易纺成纳米纤维。

优选地，所述Laval管6可以为可调式Laval管，即，所述Laval管6的尺寸可以根据需要进行调整。

参照图2所示，图中示出了纳米界面材料制备过程示意图，图中示出了在Laval管以及电源电压装置的作用下，气泡受所述Laval管6的气流或静电的牵伸作用下逐渐破碎最后成型。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种纳米界面材料的制备装置，其特征在于，包括：气泡生成装置、Laval管、输气机构、储料器、阶梯槽、喷嘴；所述储料器和所述阶梯槽位于所述喷嘴内；所述Laval管包括收缩部和扩张部，所述收缩部的小口径端与所述扩张部的小口径端连通；所述输气机构与所述收缩部的大口径端连通，用于向所述Laval管输入气体；所述阶梯槽的大口径端与所述储料器连通，用于接收所述气泡生成装置输出的气泡；所述阶梯槽的小口径端通过靠近于所述扩张部的小口径端的通孔与所述收缩部连通；所述Laval管设置在所述喷嘴内；

所述收缩部位于所述扩张部的正下方；

所述阶梯槽的台阶数量在1至100个之间，每个台阶的高度在1cm-100cm之间，所述阶梯槽的台阶高度自其大口径端向其小口径端逐渐变小。

2.根据权利要求1所述的纳米界面材料的制备装置，其特征在于，所述气泡生成装置包括储料器，所述储料器内设置有用于生成气泡的纺丝液和热空气。

3.根据权利要求2所述的纳米界面材料的制备装置，其特征在于，所述纳米界面材料的制备装置包括用于向所述储料器输入气体的气体输入机构和/或用于向所述储料器输入液体的液体输入装置。

4.根据权利要求3所述的纳米界面材料的制备装置，其特征在于，所述液体输入装置包括供液池、分别与所述供液池和所述储料器连通的输液泵，所述供液池的上方密封。

5.据权利要求2所述的纳米界面材料的制备装置，其特征在于，所述储料器的数量在1至100个之间。

6.根据权利要求1所述的纳米界面材料的制备装置，其特征在于，所述输气机构包括气泵、用于将所述气泵和所述扩张部的大口径端连通的第二气管，所述第二气管的内径在1mm-1000mm之间。

7.根据权利要求1所述的纳米界面材料的制备装置，其特征在于，包括与所述喷嘴相对设置的接收板，所述接收板为平板式的或滚筒式的。

8.根据权利要求1所述的纳米界面材料的制备装置，其特征在于，所述纳米界面材料的制备装置包括电源电压装置，所述电源电压装置的正极与所述喷嘴或者储料器电性连接，所述电源电压装置的负极接地。