CN107604451B - 一种磁流体纺丝装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁流体纺丝装置,包括送料机构和接收机构，所述接收机构位于所述送料机构的上方；所述送料机构包括储液槽、设于储液槽底部的气体喷头、与气体喷头连接的供气源，所述气体喷头的喷气孔朝上设置；所述接收机构包括位于所述储液槽上方的转盘、驱动所述转盘水平旋转的驱动装置；所述转盘上设有磁铁。本发明的磁流体纺丝装置采用永磁铁产生磁场的方式替代了现有技术用高压电源产生静电场的方式，纺丝过程更安全、稳定，生产成本更低；其中的送料机构不会发生堵塞问题，供料持续、流畅，保证纳米纤维的可持续生产，而且储液槽的气泡在磁场中破裂可同时形成多股射流，大大地提高了纺丝效率。

Description

一种磁流体纺丝装置
技术领域
本发明涉及一种纳米纤维制备装置，尤其涉及一种磁流体纺丝装置。
背景技术
纳米纤维是指直径处在纳米尺度范围(1～100nm)内的纤维，根据其组成成分可分为聚合物纳米纤维、无机纳米纤维及有机/无机复合纳米纤维。纳米纤维具有孔隙率高、比表面积大、长径比大、表面能和活性高、纤维精细程度和均一性高等特点，同时纳米纤维还具有纳米材料的一些特殊性质，如由量子尺寸效应和宏观量子隧道效应带来的特殊的电学、磁学、光学性质。纳米纤维主要应用在分离和过滤、生物及医学治疗、电池材料、聚合物增强、电子和光学设备和酶及催化作用等方面。
随着纳米纤维材料在各领域应用技术的不断发展，纳米纤维的制备技术也得到了进一步开发与创新。到目前为止，纳米纤维的制备方法主要有：自组装法、拉伸法、模板合成法、微相分离法和静电纺丝法等。其中，静电纺丝法以操作简单、适用范围广、生产效率相对较高等优点而被广泛应用。静电纺丝法是一种利用静电力生产纳米纤维的纺丝方法，该方法的关键是使聚合物溶液在高压静电场中产生变形和射流运动，溶剂在射流运动过程中挥发，使聚合物固化，从而获得纳米纤维。静电纺丝法所用的整个装置一般由储液管或注射器、高压电源、接地收集板三部分组成。聚合物溶液储存在注射器或储液管中并插入与高压电源相连的电极，使液体带电。然后借助注射器针头或毛细管使聚合物溶液在末端形成泰勒锥形状的液滴，当电场力大于溶液的表面张力时，泰勒锥顶端产生不稳定，形成射流，射流在电场力的作用下飞向收集板。射流在运动过程中，通过鞭动效应被不断抽长拉细，同时随着溶剂的蒸发，聚合物开始固化，最终在收集板上形成纳米纤维。
由于上述静电纺丝法中，聚合物溶液形成射流的前提是必须先要形成泰勒锥形状的液滴，这使得聚合物溶液的排出速度及静电场的强度比例被限定在很窄的范围值内，从而导致纳米纤维的生产难度高，生产难把控。同时，采用高压电源提供纺丝所需的高压静电场，不但生产成本高，还会使生产过程存在较大的安全隐患，稍有不慎就会危及工人的生命安全。再者，充当喷射功能的注射器针头或毛细管容易堵塞，一次只可以产生一股射流，生产效率低。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺点和不足，提供一种安全、高效、低成本的磁流体纺丝装置。
为解决其技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种磁流体纺丝装置,包括送料机构和接收机构，所述接收机构位于所述送料机构的上方；
所述送料机构包括储液槽、设于储液槽底部的气体喷头、与气体喷头连接的供气源，所述气体喷头的喷气孔朝上设置；
所述接收机构包括位于所述储液槽上方的转盘、驱动所述转盘水平旋转的驱动装置；所述转盘设有磁铁。
进一步地，所述磁铁的一端与所述转盘的底部固定连接，所述磁铁的另一端向下延伸。优选地，所述磁铁为永磁铁。
进一步地，所述供气源为盛装有高压气体的储气瓶，所述储气瓶的出气口与导气管连接，所述导气管的另一端与气体喷头连接。
优选地，所述气体喷头的喷气速度为10～200m/s。
优选地，所述驱动装置为旋转电机，所述旋转电机设有驱动所述转盘水平旋转的转轴。
进一步地，所述磁流体纺丝装置可用于制备纳米纤维。
所述磁流体纺丝装置工作时，在储液槽中注入聚合物溶液并使液面高于气体喷头。旋转电机驱动转盘水平旋转，固定设于转盘底部的永磁铁形成旋转磁场。储气瓶通过导气管向气体喷头输送高压气体，高压气体由气体喷头从储液槽的底部向上喷出，扰动储液槽中的聚合物溶液，气体被压入聚合物溶液中，从而产生气泡。在永磁铁的磁场作用下，气泡产生拉伸变形，当超过临界值时，气泡破裂，形成射流。在磁场力的作用下，射流朝转盘方向运动。射流在运动过程中，溶剂迅速蒸发消失，溶质固化在转盘上形成纳米纤维。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的磁流体纺丝装置采用永磁铁产生磁场的方式替代了现有技术用高压电源产生静电场的方式，纺丝过程更安全、稳定，生产成本更低；其中的送料机构不会发生堵塞问题，供料持续、流畅，保证纳米纤维的可持续生产，而且储液槽的气泡在磁场中破裂可同时形成多股射流，大大地提高了纺丝效率。
附图说明
图1为本发明实施例1的磁流体纺丝装置的结构示意图；
图中，送料机构1、接收机构2、储液槽3、气体喷头4、导气管5、储气瓶6、转盘7、转轴8、旋转电机9、永磁铁10。
具体实施方式
实施例1
本实施例1所述的一种磁流体纺丝装置,如图1所示，包括送料机构1和接收机构2，接收机构位于送料机构的上方。
具体的，送料机构包括储液槽3、设于储液槽底部的气体喷头4、盛装有高压气体的储气瓶6、导气管5；导气管的一端与储气瓶的出气口连接、另一端与气体喷头连接，储气瓶通过导气管向气体喷头输送高压气体；此外，气体喷头的喷气孔是朝上设置的。
更具体的，接收机构包括位于储液槽上方的转盘7、通过转轴8驱动转盘水平旋转的旋转电机9；转盘的底部设有永磁铁10，该永磁铁的一端与转盘固定连接、另一端则向下延伸。
送料机构中，气体喷头的喷气速度为10～200m/s。
本实施例的磁流体纺丝装置工作时，在储液槽中注入聚合物溶液并使液面高于气体喷头。旋转电机驱动转盘水平旋转，固定设于转盘底部的永磁铁形成旋转磁场。储气瓶通过导气管向气体喷头输送高压气体，高压气体由气体喷头从储液槽的底部向上喷出(气体喷头的喷气速度可设为10～200m/s)，扰动储液槽中的聚合物溶液，气体被压入聚合物溶液中，从而产生气泡。在永磁铁的磁场作用下，气泡产生拉伸变形，当超过临界值时，气泡破裂，形成射流。在磁场力的作用下，射流朝转盘方向运动。射流在运动过程中，溶剂迅速蒸发消失，溶质固化在转盘上形成纳米纤维。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.一种磁流体纺丝装置，包括送料机构和接收机构，其特征在于：所述接收机构位于所述送料机构的上方；
所述送料机构包括储液槽、设于储液槽底部的气体喷头、与气体喷头连接的供气源，所述气体喷头的喷气孔朝上设置；所述储液槽用于注入聚合物溶液并使液面高于所述气体喷头；
所述供气源为盛装有高压气体的储气瓶，所述储气瓶的出气口与导气管连接，所述导气管的另一端与气体喷头连接；
所述接收机构包括位于所述储液槽上方的转盘、驱动所述转盘水平旋转的驱动装置；所述转盘上设有磁铁；所述磁铁的一端与所述转盘的底部固定连接，所述磁铁的另一端向下延伸；所述磁铁为永磁铁；
所述驱动装置为旋转电机，所述旋转电机上设有驱动所述转盘水平旋转的转轴；
所述旋转电机驱动所述转盘水平旋转，固定设于所述转盘底部的永磁铁形成旋转磁场；所述储气瓶通过所述导气管向所述气体喷头输送高压气体，高压气体由所述气体喷头从所述储液槽的底部向上喷出，扰动所述储液槽中的聚合物溶液，气体被压入聚合物溶液中，从而产生气泡；在永磁铁的磁场作用下，气泡产生拉伸变形，当超过临界值时，气泡破裂，形成射流；在磁场力的作用下，射流朝所述转盘方向运动；射流在运动过程中，溶剂迅速蒸发消失，溶质固化在所述转盘上形成纳米纤维。
2.如权利要求1所述的磁流体纺丝装置，其特征在于：所述气体喷头的喷气速度为10～200m/s。
3.如权利要求1-2任一项所述的磁流体纺丝装置在制备纳米纤维中的应用。
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