CN109554771A - 一种杆状静电纺丝装置及静电纺丝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种杆状静电纺丝装置及静电纺丝方法。所述的杆状静电纺丝装置，其特征在于，包括杆状喷丝头以及与杆状喷丝头连接用于向杆状喷丝头供应纺丝溶液的供液装置，所述的杆状喷丝头内部能够容纳供液装置供给的纺丝溶液，杆状喷丝头设有一条锯齿缝隙，杆状喷丝头与高压正极相连，当电压超过临界值时，在锯齿缝隙中能够产生多根静电纺丝射流。本发明装置简单，喷头不易堵塞，射流间距均匀，容易清洗，稳定性好，本发明可以显著提高纺丝效率和静电纺丝产量。
Description
技术领域
本发明涉及一种杆状静电纺丝装置及方法，属于静电纺丝技术领域。
背景技术
静电纺丝是制备纳米纤维材料的最有效方式之一，相比于拉伸法、模板合成法、自组装等纳米材料的制备技术，静电纺丝具有操作简单、制备流程短、材料选择广泛等优点。而与传统纺织纤维材料相比，纳米纤维材料由于极小的尺度，拥有许多在大尺度下难以展现的特性，比如明显的表面与界面效应，特有的小尺寸效应，极大的比表面积和极高的孔隙率等。因此纳米纤维材料拥有更广泛的应用领域，比如在空气过滤，油水分离，医用辅料，组织工程支架等方向，纳米纤维材料都发挥着令整个行业为之瞩目的作用，使其拥有非常光明的应用前景。
传统的静电纺丝装置以单针头或多针头为主，但是该两种装置都存在产量低的缺陷，难以满足产业所需的生产量。近年来，设计改造静电纺丝装置，提高其纳米纤维的产量已经成为静电纺丝技术领域的一大研究热点。在全世界范围内，批量化生产静电纺纳米纤维的装置和方法也井喷式地不断涌现。中国专利ZL201310032194.9公开了一种伞状静电纺丝喷头及静电纺丝方法，这是一种自由液面式纺丝，可以实现静电纺纳米纤维的批量化制备，但其最大的不足是液面与空气环境接触面积过大，使得溶剂极易挥发，从而影响纺丝的稳定性；中国专利ZL201510278266.7公开了一种喷气辅助多针头静电纺丝装置，该装置可以提高纳米纤维单位时间内的产量，但容易发生针头堵塞的问题，并且密集的针头之间容易发生电场的干扰。中国专利ZL201810320612.7公开了一种环状静电纺丝装置，该装置可以提高纳米纤维单位时间内的产量，但多股射流之间的间距不可控，并且圆环结构导致部分射流相互叠加，导致纺丝的均匀性很差。
因此，发明一种装置简单，清理方便，能稳定产生间距均匀多根射流的，同时射流间距可控的，并且能够充分利用溶液避免溶剂大量挥发的静电纺丝喷头是尤为必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种静电纺丝装置及静电纺丝方法，以解决目前无针式静电纺丝喷头装置复杂，生产过程不稳定，溶液利用不充分，溶剂易挥发，多股射流间距不均匀等问题。
为了达到上述问题，本发明提供了一种杆状静电纺丝装置，其特征在于，包括杆状喷丝头以及与杆状喷丝头连接用于向杆状喷丝头供应纺丝溶液的供液装置，所述的杆状喷丝头内部能够容纳供液装置供给的纺丝溶液，杆状喷丝头设有一条锯齿缝隙，杆状喷丝头与高压正极相连，当电压超过临界值时，在锯齿缝隙中能够产生多根间距均匀的静电纺丝射流。
优选地，所述的供液装置包括数控微量注射泵和注射器，注射器的输出端通过软管与杆状喷丝头相连，所述的数控微量注射泵用于控制注射器输出纺丝溶液的流速和流量。
优选地，所述的杆状喷丝头为空心圆棒，截面圆直径R为20-50mm，杆长度为250mm，其材质为黄铜。
优选地，所述的杆状喷丝头水平设置。
优选地，所述的锯齿缝隙设于杆状喷丝头的顶部，所述的锯齿缝隙为锯齿状。
更优选地，所述的锯齿缝隙的宽度为1-3mm。
更优选地，所述的锯齿缝隙的两侧边缘均进行切割打磨，形成锋利边缘。
更优选地，所述的锯齿缝隙的锯齿形状为等边三角形。
本发明还提供了一种杆状静电纺丝方法，其特征在于，采用上述的杆状静电纺丝装置，包括:打开数控微量注射泵向杆状喷丝头中注入纺丝溶液，待溶液涨高并铺满杆状喷丝头顶部锯齿缝隙时，打开连接杆状喷丝头外壳的高压正极，增加电压，当电压超过临界值时，在锯齿缝隙中将产生多根间距均匀的静电纺丝射流，开始静电纺丝过程，通过收集装置接收纳米纤维。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用的喷丝头，是无针式锯齿缝隙铜制喷头，喷头结构简单不易发生堵塞的现象；缝隙狭窄，溶液裸露面积小，溶液利用率高，溶剂挥发量少；溶液处于相对的静止状态，纺丝过程稳定，在一条锯齿缝隙中将产生多根间距均匀纺丝射流，提升了纺丝效率，提高了纺丝的均匀度，实现静电纺纳米纤维稳定连续的批量化制备。本发明可以有效地解决自由液面喷头溶剂易挥发，溶液利用率低等问题，克服无针式喷头装置复杂，纺丝过程均匀度低下等缺陷。
采用本发明装置进行静电纺丝，实现了静电纺纳米纤维的批量化生产，在锯齿形缝隙中持续稳定地喷出多根间距均匀射流，极大提高溶液利用率，减少溶剂挥发，提高静电纺丝均匀度。
本发明的喷头装置简单，不易堵塞，容易清洗，纺丝均匀度好。
附图说明
图1是本发明实施例的杆状静电纺丝装置结构示意图。
图2是本发明实施例的喷丝头上视图和右视图。
附图中标号说明：
1.静电纺丝射流；2.杆状喷丝头；3.高压正极;4.软管；5.注射器；6.数控微量注射泵。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法:下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
如图1所示，本实施例的杆状静电纺丝装置，包括杆状喷丝头2以及与杆状喷丝头2连，接用于向杆状喷丝头2供应纺丝溶液的供液装置，所述的杆状喷丝头2内部能够容纳供液装置供给的纺丝溶液，杆状喷丝头2设有一条锯齿缝隙，杆状喷丝头2与高压正极3相连，当电压超过临界值时，在锯齿缝隙中能够产生多根间距均匀的静电纺丝射流1。所述的供液装置包括数控微量注射泵6和注射器5，所述的杆状喷丝头1的一侧植入软管4，注射器5的输出端通过软管4与杆状喷丝头2相连，所述的数控微量注射泵6用于控制注射器5输出纺丝溶液的流速和流量。
所述的杆状喷丝头2为空心圆棒，截面圆直径R1为40mm，杆长度为250mm，其材质为黄铜。
如图2所示，所述的杆状喷丝头2水平设置。所述的锯齿缝隙设于杆状喷丝头2的顶部，所述的锯齿缝隙为锯齿状。所述的锯齿缝隙的宽度为2mm。所述的缝隙的两侧边缘均进行切割打磨，形成锋利边缘。所述的锯齿缝隙的锯齿形状为等边三角形。
采用杆状静电纺丝装置进行静电纺丝的方法为：
采用图1所示的杆状静电纺丝装置进行纺丝，溶液选用质量浓度为10%的聚丙烯腈(PAN)的N，二甲基甲酰胺(DMF)溶液。将配置好的聚合物溶液装入注射器5中，打开数控微量注射泵6经过软管4向杆状喷丝头2中注入聚合物溶液，待溶液涨高并铺满杆状喷丝头2 顶部锯齿缝隙时，打开连接杆状喷丝头2的高压正极3，缓慢增加电压至50-55kV，电压超过临界值，在缝隙中产生多根间距均匀的静电纺丝射流1，开始静电纺丝过程，利用距离杆状喷丝头2顶部20cm的接收装置进行接收，获得静电纺纳米纤维。
Claims (9)
1.一种杆状静电纺丝装置，其特征在于，包括杆状喷丝头以及与杆状喷丝头连接用于向杆状喷丝头供应纺丝溶液的供液装置，所述的杆状喷丝头内部能够容纳供液装置供给的纺丝溶液，杆状喷丝头设有一条锯齿缝隙，杆状喷丝头与高压正极相连，当电压超过临界值时，在锯齿缝隙中能够产生多根静电纺丝射流。
2.如权利要求1所述的杆状静电纺丝装置，其特征在于，所述的供液装置包括数控微量注射泵和注射器，注射器的输出端通过软管与杆状喷丝头相连，所述的数控微量注射泵用于控制注射器输出纺丝溶液的流速和流量。
3.如权利要求1所述的杆状静电纺丝装置，其特征在于，所述的杆状喷丝头为空心圆棒，截面圆内径R为20-50mm，壁厚δ为2-5mm，杆长度为200-300mm，其材质为黄铜。
4.如权利要求1所述的杆状静电纺丝装置，其特征在于，所述的杆状喷丝头水平设置。
5.如权利要求1所述的杆状静电纺丝装置，其特征在于，所述的缝隙设于杆状喷丝头的顶部，所述的锯齿缝隙为锯齿状。
6.如权利要求6所述的杆状静电纺丝装置，其特征在于，所述的锯齿缝隙的宽度为1-3mm。
7.如权利要求1所述的杆状静电纺丝装置，其特征在于，所述的锯齿缝隙的两侧边缘均进行切割打磨，形成锋利边缘。
8.如权利要求1所述的杆状静电纺丝装置，其特征在于，所述的锯齿缝隙的锯齿形状为等边三角形,边长为8-20mm。
9.一种杆状静电纺丝方法，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的杆状静电纺丝装置，包括:打开数控微量注射泵向杆状喷丝头中注入纺丝溶液，待溶液涨高并铺满杆状喷丝头顶部锯齿缝隙时，打开连接杆状喷丝头外壳的高压正极，增加电压，当电压超过临界值时，在锯齿缝隙中将产生多根间距均匀的静电纺丝射流，开始静电纺丝过程，通过收集装置接收纳米纤维。
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