CN110923826B - 一种制备蓬松态纳米短纤维的静电纺丝装置及方法 - Google Patents

一种制备蓬松态纳米短纤维的静电纺丝装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备蓬松态纳米短纤维的静电纺丝装置及方法。静电纺丝装置包括储液箱、溶液泵、喷头、高压静电发生器、导热粒子、激振板、激振器及温控装置；所述储液箱、溶液泵、喷头依次连接，激振板设于喷头的正下方，高压静电发生器与喷头电性连接，激振板接地，温控装置与激振板连接用于加热激振板，若干大小不一的导热粒子设于激振板上，激振板的下方连接激振器。本发明利用静电纺丝技术生成纳米纤维，通过激振板的震动、加热作用，使导热粒子将纤维拉伸、拉断成具有纳米级别孔隙、微米级别孔隙的高比表面积的蓬松态纳米纤维。

Description

一种制备蓬松态纳米短纤维的静电纺丝装置及方法
技术领域
本发明涉及静电纺丝技术领域，具体涉及一种制备蓬松态纳米短纤维的静电纺丝装置及方法。
背景技术
静电纺丝即在高压静电下用聚合物溶液进行纺丝的过程。静电纺丝可以制备直径在几十到几百纳米的纤维，产品具有较高的孔隙率和较大的比表面积，成分多样化，直径分布均匀，在生物医学、环境工程以及纺织等领域具有很高的应用价值。
纳米短纤维不但具有大的比表面积，而且具有良好的强度和刚度、易分散、加工性能良好等特点，在过滤、催化、医学等领域具有较大的应用。多孔结构的纳米短纤维其表面积、孔隙率、表面活性及吸附性能都有更进一步的提高，因此，多孔结构纳米短纤维的制备具有重要意义。
现有纳米短纤维的制备方法一般为模板法、化学气相沉积法，或者是静电纺丝得到纳米纤维后再进行后处理，如超声切断、高速剪切切断等方法。中国专利CN105536075A提出了一种一种纳微米纤维壳聚糖聚乳酸复合支架及其制备方法，它采用在一定条件下分别静电纺丝纳米和微米壳聚糖聚乳酸复合纤维膜，复合纤维膜经碱洗风干后，按一定配比将纳米和微米纤维膜在水中高速剪切成短纤维。中国专利CN1603036A公开了一种功能纳米短纤维的制备，主要利用静电纺丝技术，在高压电场下将聚合物溶液迅速拉伸成并转化成固体超细纤维，生成直径在50－1000纳米的纳米纤维，这些纤维被直接收集在水中，并且使用循环水真空泵加速收集，利用真空形成时高速水流所产生的剪切效应，将收集的纳米长纤维迅速剪切成长度为几个毫米的纳米短纤维。
上述制备纳米短纤维的工艺技术复杂，且所得纳米短纤维的比表面积不高，应用受到一定的限制。
发明内容
为解决现有技术中..的技术问题，本发明提供一种制备蓬松态纳米短纤维的静电纺丝装置及方法。
本发明采用方案是：
一种制备蓬松态纳米短纤维的静电纺丝装置，包括储液箱、溶液泵、喷头、高压静电发生器、导热粒子、激振板、激振器及温控装置；
所述储液箱、溶液泵、喷头依次连接，激振板设于喷头的正下方，高压静电发生器与喷头电性连接，激振板接地，喷头与激振板之间形成高压静电场；温控装置与激振板连接用于加热激振板，若干大小不一的导热粒子设于激振板上，激振板的下方连接激振器，激振器用于使激振板发生上下激振。
优选地，所述导热粒子的直径在0.01μm～500μm的范围内选择。
优选地，所述喷头喷口的内径为45μm～1200μm，高压静电发生器输出的电压为-60kV～60kV，喷头喷口与激振板的间距为：8cm～16cm。
优选地，所述激振器的输出频率为1Hz～125Hz，激振幅值为500μm～50000μm。
优选地，所述温控装置的加热温度为20℃～300℃。
一种用于上述任意一项所述静电纺丝装置的纺丝方法，包括以下步骤：
1)、配置纺丝溶液，组装纺丝装置；
2)、将配制好的纺丝溶液装入储液箱，开启溶液泵，设定溶液泵流量为10μl/hr～100ml/hr，喷头处出现持续稳定的溶液；
3)、开启激振器，设定激振器频率为1Hz～25Hz，激振板带动导热粒子随机往复运动；开启温控装置，设定温度值为20℃～300℃；
4)、开启高压静电发生器，设定电压输出值为-60kV～60kV，喷头与激振板之间产生高压静电场，喷头喷口溶液开始产生射流；
5)、射流在高压静电场的作用下形成未完全固化的纤维沉积在导热粒子上，导热粒子无规则的碰撞将纤维拉伸、拉断形成蓬松、多尺度孔隙的纳米短纤维。
本发明的有益效果：
本发明利用静电纺丝技术生成纳米纤维，通过激振板的震动、加热作用，使导热粒子将纤维拉伸、拉断成短纤维，可得到具有纳米级别孔隙、微米级别孔隙的纳米纤维，制备形成的纤维物质孔隙率为50％～80％，孔体积最高可达2.23cm3/g，比表面积最高可达1520m2/g。
本发明的纺丝装置操作简单，纺丝效率高，工艺参数可调。
附图说明
图1是示出本发明第一实施方案的静电纺丝装置的结构示意图。
图2是示出本发明第一实施方案的静电纺丝装置中温控装置与激振板的连接结构示意图。
图3是示出本发明的纺丝原理图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
参阅图1～图3，本实施例提供一种制备蓬松态纳米短纤维的静电纺丝装置，包括储液箱1、溶液泵2、喷头3、高压静电发生器4、导热粒子5、激振板7、激振器8及温控装置6；
所述储液箱1、溶液泵2、喷头3依次连接。储液箱用于存储纺丝溶液。溶液泵用于将储液箱内的纺丝溶液泵送至喷头，为纺丝溶液输送提供动力。溶液泵的流量范围为10μl/hr～100ml/hr，在本实施例中的溶液泵采用雷弗TYD01-02注射泵。喷头为纺丝溶液发生泰勒锥形变、喷射出射流的场所，由导电材料制成，其内径范围为45μm～1200μm，本实施例采用医用针头作为喷头。
激振板7设于喷头3的正下方，喷头喷口与激振板的间距为：8cm～16cm。高压静电发生器4的正极或负极与喷头3电性连接，激振板7接地，喷头3与激振板7之间形成高压静电场。高压静电发生器的输出电压范围为-60kV～60kV。激振板及高压静电发生器均为现有技术。
温控装置6与激振板7连接用于加热激振板。参阅图2，温控装置控制的加热板均匀分布在激振板的下板面上，用于均匀加热激振板。温控装置为现有技术，其温度加热范围为20℃～300℃。
若干大小不一的导热粒子5置于激振板7上，导热性粒子大小不一，其直径范围在0.01μm～500μm内选择，小直径导热性粒子与大直径导热性粒子在激振板上随机排列，根据需求可调整小直径硅粒子与大直径硅粒子的数量比例以及直径范围。导热粒子为现有技术，本实施例采用硅粒子为导热粒子。
激振板7的下端置有四个激振器8，启动振荡器可以使激振板发生上下激振，从而使导热粒子5在激振板7内激振。改变激振器的激振频率和幅值，可以改变导热粒子的运动形式，从而生成长度不同的短纤维。激振器为现有技术，激振器的输出频率范围为1Hz～25Hz，激振幅值范围500μm～50000μm。
参阅图3，本发明的工作原理为：溶液泵2将储液箱1中的纺丝溶液输送至喷头3，喷头3与激振板7之间形成高压静电场，在电场的作用下，溶液出现电液耦合效应产生纺丝纤维11；激振器8带动导热粒子5在激振板7上随机往复运动，温控装置6控制温度调节器实现温控，最后带有设定温度的导热粒子7相互碰撞，纤维11形式沉积在导热粒子7上，在导热粒子7的无规则的碰撞下，纤维11被拉伸、拉断成具有纳米级别孔隙、微米级别孔隙的高比表面积的蓬松态纳米短纤维102、101。
通过调整导热粒子的疏密程度可以实现制作不同长短的短纤维。
实施例2
一种高比表面蓬松态短纤维的制备方法，包括以下步骤：
本实施例所采用的纺丝溶液为聚氧化乙烯与酒精和蒸馏水按照1：1配置的混合溶液；本实施例选用的喷头的喷口内径为260μm。
1)配置好纺丝溶液，将纺丝溶液注入储液箱1内，按图1所示组装好纺丝装置，使喷头3的喷口距离激振板7为12cm；
2)开启溶液泵2，设定溶液泵流量为55μl/hr，喷头3处出现持续稳定的溶液；
3)开启激振器8，设定激振器频率为5Hz，激振板7带动导热粒子5随机往复运动；
4)开启温控装置6，设定温度值为60℃；
5)开启高压静电发生器4，设定电压输出值为46kV，喷头3与激振板7之间产生高压静电场，喷头喷口溶液开始产生射流；
6)射流在高压静电场的作用下形成未完全固化的纤维沉积在导热粒子7上，导热粒子无规则的碰撞将纤维拉伸、拉断形成蓬松、多尺度孔隙的纳米短纤维。
收集适量纤维后，各装置停止，取下收集的纳米纤维，进行后期处理操作，形成蓬松、多尺度孔隙的短纳米纤维膜。
测定实施例2所得纳米短纤维的孔隙率为68％，孔体积为2.20cm3/g，比表面积为1500m2/g。
实施例3
实施例3与实施例2基本相同，不同之处仅在于，喷头的喷口内径为45μm，使喷头3的喷口距离激振板7为10cm，激振器频率为6Hz，温度值为20℃，电压输出值为10kV。
测定实施例3所得纳米短纤维的纤维孔隙率为65％，孔体积为2.25cm3/g，比表面积为1450m2/g。
实施例4
实施例4与实施例2基本相同，不同之处仅在于，喷头的喷口内径为1200μm，使喷头3的喷口距离激振板7为11cm，激振器频率为7Hz，温度值为300℃，电压输出值为60kV。
测定实施例4所得纳米短纤维的孔隙率为73％，孔体积为2,34cm3/g，比表面积为1630m2/g。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种制备蓬松态纳米短纤维的静电纺丝装置，其特征在于，包括储液箱、溶液泵、喷头、高压静电发生器、导热粒子、激振板、激振器及温控装置；
所述储液箱、溶液泵、喷头依次连接，激振板设于喷头的正下方，高压静电发生器与喷头电性连接，激振板接地，喷头与激振板之间形成高压静电场；温控装置与激振板连接用于加热激振板，若干大小不一的导热粒子设于激振板上，激振板的下方连接激振器，激振器用于使激振板发生上下激振。
2.根据权利要求1所述的静电纺丝装置，其特征在于，导热粒子的直径在0.01μm~500μm的范围内选择。
3.根据权利要求1所述的静电纺丝装置，其特征在于，喷头喷口的内径为45μm~1200μm，高压静电发生器输出的电压为-60kV~60kV，喷头喷口与激振板的间距为：8cm~16cm。
4.根据权利要求1所述的静电纺丝装置，其特征在于，激振器的输出频率为1Hz~25Hz，激振幅值为500μm~50000μm。
5.根据权利要求1所述的静电纺丝装置，其特征在于，温控装置的加热温度为20℃~300℃。
6.一种用于权利要求1~5任意一项所述静电纺丝装置的纺丝方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.1.配置纺丝溶液，组装纺丝装置；
6.2.将配制好的纺丝溶液装入储液箱，开启溶液泵，设定溶液泵流量为10μl/hr~100ml/hr ，喷头处出现持续稳定的溶液；
6.3.开启激振器，设定激振器频率为1Hz~25Hz，激振板带动导热粒子随机往复运动；开启温控装置，设定温度值为20℃~300℃；
6.4.开启高压静电发生器，设定电压输出值为-60kV~60kV，喷头与激振板之间产生高压静电场，喷头喷口溶液开始产生射流；
6.5.射流在高压静电场的作用下形成未完全固化的纤维，然后沉积在导热粒子上，导热粒子无规则的碰撞将纤维拉伸、拉断形成蓬松、多尺度孔隙的纳米短纤维。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112981555B (zh) * 2021-02-05 2022-03-22 东华大学 一种疏密周期堆叠絮状纤维过滤材料的制备方法
CN114164505A (zh) * 2021-11-15 2022-03-11 新乡市中心医院 一种震荡辅助的静电纺丝方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59106509A (ja) * 1982-12-10 1984-06-20 Teijin Ltd 潜在嵩高性繊維の製造方法
CN200967844Y (zh) * 2006-11-14 2007-10-31 上海兰度科技有限公司 新型外加振动装置的电纺丝设备
CN108950700A (zh) * 2017-05-19 2018-12-07 南京理工大学 一种制备蓬松态纳米纤维的静电纺丝装置及方法
CN209508464U (zh) * 2018-09-30 2019-10-18 苏州克劳丝纳米科技有限公司 一种制备蓬松纳米纤维的静电纺丝装置
CN110004504A (zh) * 2019-05-24 2019-07-12 北京化工大学 一种图案化静电纺丝装置

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