CN109853056A - 一种辅助电极滚轮式静电纺丝设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助电极滚轮式静电纺丝设备，包括高压电源、溶液供给装置、喷丝装置、平行电极以及接收板；所述溶液供给装置包括溶液槽；所述喷丝装置包括滚轮；所述高压电源的正极与所述液体槽连接，负极与所述接收板连接；所述接收板位于所述喷丝口的上方；还包括与所述的平行电极，该电极的一端与高压电源的正极连接的正电极，另一端为接地电极；所述辅助电极为互相垂直的两对平行电极，该正电极分布在所述滚轮的上方，以及环形电极位于滚轮和平行电极之间。本发明的滚轮静电纺丝设备解决了静电纺丝产率低的问题，实现改善静电纺丝纳米纤维质量，使得静电纺膜更加均一。

Description

一种辅助电极滚轮式静电纺丝设备

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝设备，具体涉及一种具有均匀电场分布的辅助电极滚轮式静电纺丝设备。

背景技术

现代科学技术的发展对材料性能提出越来越高的要求，世纪是新材料特别是纳米材料迅速发展并广泛应用的时代，纳米材料已成为推动当代科学技术进步的重要支柱之一。纳米材料出现了许多独特的性质和新的规律，如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。纳米纤维与其他纳米材料类似，尺寸效应十分显著，在光、热、磁、电等方面表现出许多新奇特性，因此受到了研究者的高度关注，有望应用于服装、食品、医药、能源、电子、造纸、航空等领域。纳米纤维的潜在应用价值，为其制备技术的发展提供了新的发展空间，同时也提出了新的要求。

静电纺丝技术是近年来用于制备纳米纤维及其应用领域中被研究最多、应用最广的技术之一。静电纺丝是一种通过在高压静电场下使聚合物溶液带电，随着电压的升高，电场力克服图面张力和粘滞力使得微小液体流从溶液图面高速喷出，并在电场作用下拉伸细化最终固化成直径从几十纳米到数百纳米不等的纳米纤维。

传统的静电纺丝装置中使用的喷丝头主要为针式毛细管，具有设备简单、操作方便等优点。用静电纺丝这种方法可以制备有机、无机有机复合和无机纳米纤维等等，静电纺丝技术制备的纳米纤维材料已在组织工程、神经再生、催化、过滤、防护、能源、传感器、食品工程及化妆品等领域取得了成功应用，并成为国内外相关领域研究的重要热点问题，预计年全球纳米纤维的市场规模将达到亿美元。但是，传统单针头静电纺丝法生产纳米纤维的产量较低约为一，限制了静电纺纳米纤维的工业化生产，影响其产品的推广应用。因此探索提高静电纺纳米纤维效率的新方法，是未来静电纺丝技术研究的一个重要方向，国内外学者对静电纺丝装置和技术进行了改进研究，用来提高静电纺纳米纤维的产量。

在这些研究中，大部分研究只是侧重于针头的设计，也有少部分人分析简单的电场分布情况，但是几乎没有人研究辅助电极对无针静电纺丝电场的影响。因此设计出玻璃材料的飞轮喷头，并且加入了环形电极和等压电容器。辅助电极的应用不但提高了静电纺丝的产率，而且实现了抑制射流的弯曲不稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有均匀电场分布的辅助电极滚轮式静电纺丝设备，解决了纤维膜结构不均匀的问题，进而提高纳米纤维制备效率和质量。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

本发明公开了一种辅助电极滚轮式静电纺丝设备，包括高压电源、溶液供给装置、喷丝装置、平行电极以及接收板；所述溶液供给装置包括溶液槽；所述喷丝装置包括滚轮；所述高压电源的正极与所述液体槽连接，负极与所述接收板连接，所述接收板位于所述喷丝口的上方；还包括与所述的平行电极，该电极的一端与高压电源的正极连接的正电极，另一端为接地电极；所述辅助电极为互相垂直的两对平行电极，该正电极分布在所述滚轮的上方，以及环形电极位于滚轮和平行电极之间。本发明的滚轮静电纺丝设备解决了静电纺丝产率低的问题，实现改善静电纺丝纳米纤维质量，使得静电纺膜更加均一。

所述的静电纺丝设备喷头设计成滚轮。滚轮是由玻璃制成的，滚轮与液体槽相距1.0cm。

所述的辅助电极包括平行电极以及环形电极。环形辅助电极接入10KV电压，环形电极位于滚轮上方0.5cm处；平行电极的两个电极间隔12cm，位于环形电极正上方1.0cm处。

附图说明

图1静电纺丝装置结构图。

图2没有加电极的模型图。

图3加入辅助电极的模型图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本实施例辅助电极滚轮式静电纺丝设备，该装置包括接收板1、电压源2、液体槽5、两对平行电极3和环形电极4；所述喷丝装置包括滚轮；所述高压电源的正极与所述液体槽连接，负极与所述接收板连接，所述接收板位于所述喷丝口的上方；还包括与所述的平行电极，该电极的一端与高压电源的正极连接的正电极，另一端为接地电极；所述辅助电极为互相垂直的两对平行电极，该正电极分布在所述滚轮的上方，以及环形电极位于滚轮和平行电极之间。本发明的滚轮静电纺丝设备解决了静电纺丝产率低的问题，实现改善静电纺丝纳米纤维质量，使得静电纺膜更加均一。

所述的静电纺丝设备喷头设计成滚轮。滚轮是由玻璃制成的，滚轮与液体槽相距1.0cm。

所述的辅助电极包括平行电极以及环形电极。环形辅助电极接入10KV电压，环形电极位于滚轮上方0.5cm处；平行电极的两个电极间隔12cm，接入5kv电压，位于环形电极正上方1.0cm处。

参见图1-图3，本发明的具有均匀电场分布的辅助电极滚轮式静电纺丝设备的具体工作过程为：

工作时，向液体槽5中注入静电纺丝溶液，液体槽接入35kv直流电压，接收板1接地，环形电极和平行电极分别加入电压。滚轮所接的电机开始工作，以20r/min的速度旋转，静电纺丝溶液随着滚轮达到最高点，在整个工作域中，在电场力的作用下克服液体表面张力和粘滞力使得微小液体流从针头下端的喷丝口高速喷出，并在电场作用下拉伸细化最终固化成直径从几十纳米到数百纳米不等的纳米纤维。

参加图2，在滚轮静电纺丝中，如果没有辅助电极，往往需要更高的电压，同等条件下需要150kv电压才会使液体发生喷射。

参见图3，加入辅助电极的滚轮静电纺丝设备大大减小了液体槽底部接入的电压，节省了能量。而且保证了液滴可以喷出纳米纤维，也抑制了静电纺丝过程中纳米纤维喷射区域的不确定性，提高了电场分布的均匀性。

Claims (5)

1.本发明公开了一种辅助电极滚轮式静电纺丝设备，包括高压电源、溶液供给装置、喷丝装置、平行电极以及接收板；所述溶液供给装置包括溶液槽；所述喷丝装置包括滚轮；所述高压电源的正极与所述液体槽连接，负极与所述接收板连接，所述接收板位于所述喷丝口的上方；还包括与所述的平行电极，该电极的一端与高压电源的正极连接的正电极，另一端为接地电极；所述辅助电极为互相垂直的两对平行电极，该正电极分布在所述滚轮的上方，以及环形电极位于滚轮和平行电极之间。本发明的滚轮静电纺丝设备解决了静电纺丝产率低的问题，实现改善静电纺丝纳米纤维质量，使得静电纺膜更加均一。

2.根据权利要求1所述的辅助电极滚轮式静电纺丝设备，其特征在于，静电纺丝设备喷头设计成滚轮。

3.根据权利要求2所述的辅助电极滚轮式静电纺丝设备，其特征在于，滚轮是由玻璃制成的，滚轮与液体槽相距1.0cm。

4.根据权利要求1所述的辅助电极滚轮式静电纺丝设备，其特征在于，所述的辅助电极包括平行电极以及环形电极。

5.根据权利要求4所述的辅助电极滚轮式静电纺丝设备，其特征在于，环形辅助电极接入10KV电压，环形电极位于滚轮上方0.5cm处；平行电极的两个电极间隔12cm，位于环形电极正上方1.0cm处。