CN109629016A - 一种静电纺丝接收装置及其静电纺丝方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静电纺丝接收装置及其静电纺丝方法，包括滚筒或传送带，所述静电纺丝接收装置还包括电解质溶液喷射装置，电解质发射装置由电解质发射器，纯净水发射器，和风枪等三部分组成。所述电解质溶液喷射装置位于接收装置的一侧，在喷丝方向的后侧引入电解质溶液喷射装置，来中和滚筒或者传送带上累计的纤维电荷。电解质发射器的工作流程如下：先由电解质发生器发射电解质；再由纯净水发射器发射纯净水；最后由气枪吹干。电解质发射器的工作流程中，电解质发生器，净水发射器和气枪的工作时间和步骤之间的间隔时间，由纺丝材料和工艺共同决定。电解质发射器的工作流程中的三个步骤反复循环，直到纺丝结束。从而使得喷头处的纺丝液能持续不断的飞往接收装置，同时采用该表面电荷中和的方法；同时不会导致电荷中和导致纺丝效率下降；制备普通纤维膜时，不再有厚度限制；高速收集有序纤维时，减少表面电荷的干扰，使得大规模制备有序纤维成为可能。

Description

一种静电纺丝接收装置及其静电纺丝方法

技术领域

本发明涉及静电纺丝技术领域，具体而言，涉及一种静电纺丝接收装置及其静电纺丝方法。

背景技术

静电纺丝技术始于20世纪30年代，是一种直接生产纳米纤维的常用方法。该方法工艺流程短，操作简单，其产品多用于高效的过滤材料、生物医学材料、化学传感器等高科技领域。

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。

传统的静电纺丝设备是将注射器挤出的聚合物溶液置于高压静电场中，带电的聚合物液滴在电场库仑力的作用下形成泰勒锥被拉伸，当电场力足够大时，聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流，细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成非织造布状的微纳米纤维膜。

静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形（即“泰勒锥”），液滴并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。

目前实验室中静电纺丝的收集主要采取滚筒或者平板接收的模式，滚筒或平板一般为金属材质，实际使用中一般滚筒表面或者平板表面需要覆盖铝箔，铜箔；或者带微孔的纸，无纺布等。采用铝箔，铜箔的接收时，纤维表面的电荷可以直接通过导电的金属箔将电荷导走；当采用非导电的材料时，要求材料具有多孔的结构，电荷可以通过该微孔结构将纤维表面的电荷导走。

—般实验室中常采用针头正高压，接收装置接地，或者接负高压的方法。相对于接地，负高压可以减少纺丝过程中的飞丝现象。一般负高压直接接在滚筒或者金属传送带。

无论接收装置接地，还是接负高压的模式，随着实验的进行，由于获得的膜大部分都是电荷的不良导体，膜达到一定厚度后，纤维表面电荷不能有转移，会使得膜表面产生一些凸起的膜缺陷。同时在使用高速收集获得取向纤维的实验中，一般前期可以获得比较有序的纤维，后期膜厚度增加后，电荷不能有效导走或中和掉，有序性会发生明显降低。

科研实验中，我们也需要使用一些致密的非导电材料薄膜作为接收载体，当使用该种接收载体时，由于电荷不能及时导走，会导致滚筒或者平板表面带有和纤维表面相同的电荷，使得纤维不飞往收集装置。导致实验失败。同时即便采用目前通用的滚筒纺丝，随着纺丝厚度的增加，如果静电纺丝膜表面的电荷不能有效的导走，有可能会使得接收效率变低，或者在膜表面产生很多小的凸起，使得膜存在缺陷。传统的直接接负高压的方法因为负高压是接在滚筒上，对于采用不导电的致密材料作为接收载体，虽然可以提高接收效率，但是由于纤维表面电荷不能有效中和，使得纤维膜的表面更容易出现缺陷，典型的缺陷就是膜表面出现很多突起。

我国专利ZL201810370902.2公开了一种静电纺丝接收装置及其静电纺丝方法，这是一种负离子发生器，产生大量负离子与纺丝液接触，中和滚筒或者传送带上累计的纤维电荷，从而使得喷头处的纺丝液能持续不断的飞往接收装置。该发明主要存在以下严重缺陷，首先负离子积聚到滚筒或输送带上，与纺丝电荷中和的同时，也会大量聚集在起表面，导致电场力下降，从而影响纺丝液飞向滚筒或传送带的速度，进而影响纺丝效率，随着负离子的进一步聚集，会导致电场力过小，导致纺丝失败。

因此，发明一种装置简单，可以中和滚筒或传送带上多余电荷，又不会导致电场力下降的纺丝装置和方法尤其重要。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种静电纺丝接收装置及其静电纺丝方法，有效解决了采用无孔的非导电材料薄膜接收；由于静电电荷不能及时中和，而产生膜缺陷以及高速取向收集时，后期纤维的无序化问题。同时也解决了，负离子发生器发射的负离子积聚在纤维表面，导致纺丝效率低下，甚至纺丝失败的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种静电纺丝接收装置，包括滚筒或传送带，所述静电纺丝接收装置还包括电解质发射装置，所述电解质发射装置位于滚筒或传送带的一侧。

优选地，所述电解质发射装置由电解质发射器，纯净水发射器，和风枪三部分组成。

优选地，所述电解质发射装置发射溶液为食盐溶液。

优选地，所述清水发射器发射溶液为医用纯净水。

优选地，所述风枪发射经过滤的压缩空气。

优选地，所述电解质发射装置为多个。

另外，本发明还提供一种利用如上述的装置进行静电纺丝的方法，包括:喷头处的纺丝液向接收装置延展之前、同时或之后，开启电解质发射装置。

本发明的有益效果如下：在喷丝方向的后侧引入电解质发射装置，来中和滚筒或者传送带上累计的纤维电荷，从而使得喷头处的纺丝液能持续不断的飞往接收装置。为防止，电解液过多中和滚筒或输送带本身电荷导致纺丝电场力下降。一段时间后，后喷射纯净水。为防止，纯净水影响纺丝直径的结合力。一段时间后，用风枪吹风一段时间。以上步骤反复循环，直到纺丝结束。

电解质发射器的工作流程如下：先由电解质发生器发射电解质；再由纯净水发射器发射纯净水；最后由气枪吹干。

电解质发射器的工作流程中，电解质发生器，净水发射器和气枪的工作时间和步骤之间的间隔时间，由纺丝材料和工艺共同决定。

电解质发射器的工作流程中的三个步骤反复循环，直到纺丝结束。

同时采用该表面电荷中和的方法，大大减少常规纺丝后期，电荷不能及时导走或中和掉导致的膜缺陷问题，使得常规静电纺丝不再有厚度的限制；在高速制备有序纤维时，可以获得长期的一致性。

附图说明

图1为滚筒式静电纺丝装置结构示意图；

图2为滚筒接收装置结构示意图；

图3为输送带接收装置结构示意图。

图4为电解质发射装置结构示意图。

图中：1—喷头，21—滚筒，22—传送带，3—电解质发射装置，4-1电解液放射器，4-2纯净水发射器，4-3风枪，4-4发射器座，4-5压缩空气管，4-6纯净水管，4-7电解液管。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一：

如图1和2所示，一种静电纺丝接收装置，包括滚筒21和电解质发射装置3，本实施例中滚筒21为不锈钢材质，所述滚筒21由电机带动其转动，所述喷头1接20kv正高压电源，所述电解质发射装置3位于滚筒21的下方远离喷头1的一侧，电解质发射装置3为3个，均匀排列为一条直线。

电解液发射器按照下列参数运行：

为防止，电解液过多中和滚筒或输送带本身电荷导致纺丝电场力下降。1s后，后喷射纯净水。为防止，纯净水影响纺丝直径的结合力。1s后，用风枪吹风2s。

以上步骤反复循环，直到纺丝结束。

实施例二：

如图3所示，本实施例中，与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是:传送带22替换滚筒21。传送带22为聚氨酯材质。

电解液发射器按照下列参数运行：

为防止，电解液过多中和滚筒或输送带本身电荷导致纺丝电场力下降。0.5s后，后喷射纯净水。为防止，纯净水影响纺丝直径的结合力。1s后，用风枪吹风3s。

以上步骤反复循环，直到纺丝结束。

实施例三：

采用实施例一滚筒，纺丝液为10% (质量浓度）聚丙烯腈的DMF溶液，3个喷头喷丝，纺丝液共20ml。在20kv，1ml/小时速度下，连续纺丝20小时，获得厚度3mm的聚丙烯膜，膜表面完整无缺陷。

电解液发射器按照下列参数运行：

为防止，电解液过多中和滚筒或输送带本身电荷导致纺丝电场力下降。0.5s后，后喷射纯净水。为防止，纯净水影响纺丝直径的结合力。0.5s后，用风枪吹风0.5s。

以上步骤反复循环，直到纺丝结束。

实施例四：

采用实施例一中的滚筒，纺丝液为聚己内酯的三氯甲烷溶液，10%质量浓度，15kv，纺丝距离30cm，滚筒速度2500rpm。纺丝5小时，光学显微镜下显示，后期膜表面仍具有高度的取向性。

电解液发射器按照下列参数运行：

为防止，电解液过多中和滚筒或输送带本身电荷导致纺丝电场力下降。0.5s后，后喷射纯净水。为防止，纯净水影响纺丝直径的结合力。0.5s后，用风枪吹风2s。

以上步骤反复循环，直到纺丝结束。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种静电纺丝接收装置，包括滚筒或传送带，其特征在于，所述静电纺丝接收装置还包括电解质发射器，所述电解质发射射器位于滚筒或传送带的一侧。

2.根据权利要求1所述的静电纺丝接收装置，其特征在于，所述电解质发射器由电解质发射器，纯净水发射器，和风枪等三部分组成。

3.根据权利要求1所述的静电纺丝接收装置，其特征在于，所述电解质发射装置发射溶液为食盐溶液。

4.根据权利要求1所述的静电纺丝接收装置，其特征在于，所述清水发射器发射溶液为医用纯净水。

5.根据权利要求1所述的静电纺丝接收装置，其特征在于，所述风枪发射经过滤的压缩空气。

6.根据权利要求1所述的静电纺丝接收装置，其特征在于，所述电解质发射器为多个。

7.一种利用权利要求1-6任一所述的装置进行静电纺丝的方法，其特征在于，包括： 喷头处的纺丝液向接收装置延展之前、同时或之后，开启电解质发射器。

8.一种利用权利要求1-6任一所述的装置进行静电纺丝的方法，其特征在于，电解质发射器的工作流程如下：先由电解质发生器发射电解质；再由纯净水发射器发射纯净水；最后由气枪吹干。

9.一种利用权利要求1-6任一所述的装置进行静电纺丝的方法，其特征在于，电解质发射器的工作流程中，电解质发生器，净水发射器和气枪的工作时间和步骤之间的间隔时间，由纺丝材料和工艺共同决定。

10.一种利用权利要求8任一所述的装置进行静电纺丝的方法，其特征在于，电解质发射器的工作流程中，三个步骤反复循环，直到纺丝结束。