CN111020718B - 一种多尺度孔隙纤维制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多尺度孔隙纤维制备装置，具体涉及多尺度孔隙纤维的制备技术领域，包括通过管道依次连通的储液箱、溶液泵和喷头以及收集装置，喷头和高压静电发生器电性连接，收集装置包括收集槽和磁场控制器，收集槽和高压静电发生器均接地，收集槽位于喷头的正下方，收集槽的外壁上设有若干磁力变化器，收集槽内设有多个型号不一的磁性微纳粒子，所有的磁力变化器均与磁场控制器电性连接，磁场控制器控制磁力变化器的磁场间歇暂停进而来控制磁性微纳粒子运动，磁性微纳粒子用于撞击收集槽内未完全固化的纺丝纤维。本发明可以解决现有技术中纤维制作过程中难以控制纤维孔隙大小，不能同时在同一纤维上随机产生多尺度孔隙等问题。

Description

一种多尺度孔隙纤维制备装置

技术领域

本发明属于多尺度孔隙纤维的制备技术领域，具体涉及一种多尺度孔隙纤维制备装置。

背景技术

纳米纤维具有独特的尺度效应和表面效应，在生化、医学等技术领域中具有广泛应用。目前，静电纺丝法为生产纳米纤维最简单的方法。静电纺丝，又称为电纺丝，其原理为，喷嘴口的液滴在强电场的作用下会发生电液耦合现象，形变成泰勒锥，在外加高压静电场的持续作用下，溶液克服表面张力从泰勒锥锥尖以射流形式向收集装置喷射，最后在收集装置上得到纺丝纤维。

多孔结构的纳米纤维相比于常规的纳米纤维具有更高的孔隙率和超高的比表面积。多孔结构纳米纤维的应用使吸附过滤装置处理杂质的范围扩大，催化剂载体的种类得到增加，隔音吸声材料的效果更佳。期刊《中国材料进展》在第37卷第六期中“静电纺丝制备多孔纳米纤维的研究进展”一文曾提到多孔纳米纤维的制备方法分为液相分离致孔和固相分离致孔两种。液相分离致孔是指射流中溶剂挥发产生孔隙，固相分离致孔是指在纺丝过程或纺丝溶液中加入外界固态物质致孔。这两种常规方法均只能制作常规孔隙，并且难以控制制作过程中孔隙的大小，以及不能同时产生可控多尺度孔隙纤维。

因此，急需一种能够解决现有问题的多尺度孔隙纤维制备装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种多尺度孔隙纤维制备装置，以解决现有技术中纤维制作过程中难以控制纤维孔隙大小，不能同时在同一纤维上随机产生多尺度孔隙等问题。

本发明提供了如下的技术方案：

一种多尺度孔隙纤维制备装置，包括储液箱、溶液泵、导电材料制成的喷头、高压静电发生器和收集装置，所述储液箱、所述溶液泵和所述喷头通过管道依次连通，所述喷头和所述高压静电发生器电性连接，所述收集装置包括收集槽和磁场控制器，所述收集槽和所述高压静电发生器均接地，所述收集槽位于所述喷头的正下方，所述收集槽的外壁上设有若干磁力变化器，所述收集槽内设有多个型号不一的磁性微纳粒子，所有的所述磁力变化器均与所述磁场控制器电性连接，所述磁场控制器控制所述磁力变化器的磁场间歇暂停进而来控制所述磁性微纳粒子运动，所述磁性微纳粒子用于撞击所述收集槽内未完全固化的纺丝纤维。高压静电发生器产生高压静电场，在高压静电场的作用下，喷头喷射纺丝溶液，在纺丝溶液固化形成纤维前，纺丝溶液进入收集槽中，收集槽上连接的磁场控制器按照预先设定间歇暂停程序操控所有的磁力变化器间歇暂停，带动收集槽中的磁性微纳粒子活跃运动撞击进入到收集槽内的未固化的纤维，由于收集槽内的磁性微纳粒子型号不一也就是大小形状不同这样可以使得纤维上形成大小不同的孔隙，通过改变磁性微纳粒子的直径大小可以改变纤维的孔隙大小。

优选的，所述最佳收集未完全固化纤维的距离范围为4cm~12cm。

优选的，所述收集槽为水浴槽，所述水浴槽的上端和下端分别设有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口通过水管连接，所述水管上连接有水浴泵。采用了水浴收集，减小了纤维间相互粘合，更好的形成可控多尺度孔隙纤维。本发明操作简单，易于操控。

优选的，所述水浴泵采用微型流量泵，所述水浴泵的流量范围为2ml/hr-100ml/hr。

优选的，所述磁力变化器的个数为五个，分别位于所述收集槽的四个侧壁以及底壁上，所述磁场控制器控制四个位于所述收集槽的侧壁上的所述磁力变化器按周向依次产生磁场，最后位于底壁上的所述磁力变化器产生磁场。这样本发明的磁力变化器磁力间歇暂停顺序设为前、左、后、右、下，控制磁性微纳粒子运动轨迹，达到很好的对纤维的撞击作用。

优选的，所述磁性微纳粒子材料为钕铁硼小磁石，所述磁性微纳粒子的直径范围为500nm-2μm。

优选的，所述磁力变化器内部设有通电螺旋管，所述磁场控制器通过控制所述通电螺旋管上的电流来控制所述磁力变化器上的磁场。

优选的，所述溶液泵的流量为40μl/hr-100ml/hr，所述喷头的内径为50μm-1300μm，所述高压静电发生器输出电压为-60kV-50kV。

优选的，所述磁场控制器上设有显示屏。设有显示屏，可观察磁力变化器的磁场变化。

本发明的有益效果是：

1）在收集槽中设大小形状不同的磁性微纳粒子，通过间歇暂停磁场控制磁性微纳粒子的活跃性，磁性微纳粒子的运动使进入收集槽中的未完全固化的纤维上形成大小不同的孔隙，通过改变磁性微纳粒子的直径大小改变纤维上的孔隙大小。

2）本发明具有操作简单，易于操控的特点。

3）本发明还采用了水浴收集，减小了纤维间相互粘合，更好的形成可控多尺度孔隙纤维。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为水浴收集装置左视图；

图3为本发明磁力变化器内部构造视图。

其中图中标记为：1、水浴泵；2、储液箱；3、溶液泵；4、喷头；5、高压静电发生器；6、水浴槽；7、磁场控制器；8、磁力变化器一；9、磁性微纳粒子；10、磁力变化器三；11、磁力变化器二；12、磁力变化器四；13、磁力变化器五；14、通电螺旋管。

具体实施方式

如图1-3所示，一种多尺度孔隙纤维制备装置，包括储液箱2、溶液泵3、导电材料制成的喷头4、高压静电发生器5和收集装置，储液箱2、溶液泵3和喷头4通过管道依次连通，喷头4和高压静电发生器5电性连接，高压静电发生器5通过接地线接地，收集装置包括收集槽和磁场控制器7，收集槽为水浴槽6，位于喷头4的正下方，水浴槽6内装有水溶液，水溶液中置有不同大小和不同形状即型号不一的磁性微纳粒子9，水浴槽6整体通过接地线接地，配合高压静电发生器5作用，使纺丝区域产生高压静电场，从而为喷头4的喷嘴口聚合物溶液拉伸喷射提供电场力；水浴槽6的上端和下端分别设有进水口和出水口，进水口和出水口通过水管连接构成水溶液循环系统，水管上连接有水浴泵1，水溶液循环动力由水浴泵1提供。采用了水浴收集，减小了纤维间相互粘合，更好的形成可控多尺度孔隙纤维。一般使用时，将最佳接收未完全固化纤维的距离范围设置为4厘米-12厘米，即喷头4的喷射口端和水浴槽的水面的间距为4厘米-12厘米。

水浴槽6的前、后、左、右、下即四个侧壁和一个底壁分别连接有磁力变化器，五个磁力变化器（在附图中，分别标记为磁力变化器一8、磁力变化器二11、磁力变化器三10、磁力变化器四12和磁力变化器五13，以便观察）均与磁场控制器7电性连接，磁场控制器7上设有显示屏，可观察磁力变化器的磁场变化，磁场控制器7内预先设定好控制磁力变化器的间歇暂停程序，使得五个磁力变化器出现变化性间歇磁场暂停，即依次使得其中一个磁力变化器产生磁场，其他的磁力变化器不产生磁场，五个磁力变化器的磁力变化控制水溶液中磁性微纳粒子9活跃运动，使磁性微纳粒子9在水溶液中撞击未完全固化的纺丝纤维，由于磁性微纳粒子9的大小形状不一，使得未完全固化的纤维上产生的孔隙也各不相同，从而形成多尺度孔隙纤维。

在本实施例中，储液箱2用于存储纺丝溶液，溶液泵3为纺丝溶液输送提供动力；采用型号为佳士比1200输液泵作为溶液泵3，溶液泵3的流量范围均为40μl/hr-100ml/hr；喷头4内径范围为50μm-1300μm；采用HD牌平口针头作为喷头4，高压静电发生器5输出电压范围为-60kV-50kV，型号为HYJ-1505E。水浴泵1采用微型流量泵，水浴泵1的流量范围为2ml/hr-100ml/hr。磁性微纳粒子9材料为钕铁硼小磁石，磁性微纳粒子9的直径范围为500nm-2μm。

具体的，磁力变化器内部设有通电螺旋管14，磁场控制器7通过控制通电螺旋管14上的电流来控制磁力变化器上的磁场。通过磁场控制器7控制通电螺旋管14上电流的有无来实现磁力变化器上磁场间歇性有无，通过调节磁场控制器7内间歇暂停程序的变化规律，可实现磁力变化器上磁场的间歇暂停顺序，本实施例磁力变化器磁力间歇暂停顺序设为前、左、后、右、下，即先让位于水浴槽6前侧的磁力变化器产生磁场，其他磁力变化器不产生磁场，然后再让位于水浴槽6左侧的磁力变化器产生磁场，其他磁力变化器不产生磁场，依次类推，最后是位于水浴槽6底壁的磁力变化器产生磁场，其他磁力变化器不产生磁场。

原理：

开启水浴泵1，带动水浴槽6中的水溶液循环，水浴槽6上连接的磁场控制器7按照预先设定间歇暂停程序操控五个磁力变化器间歇暂停，带动水浴槽6中的磁性微纳粒子9活跃运动；喷头4位于水浴槽6的正上方，喷头4与高压静电发生器5电性连接，高压静电发生器5与水浴槽6均接地，高压静电发生器5产生高压静电场，在高压静电场的作用下，喷头4喷射纺丝溶液，在纺丝溶液固化形成纤维前，纺丝溶液进入水浴槽6中的水溶液中，在水浴槽6的水溶液中大小形状不同的活跃磁性微纳粒子9撞击未固化的纤维，使得纤维上形成大小不同的孔隙（该孔隙由磁性微纳粒子9的直径大小决定），经过水溶液作用一段时间后，最终形成多尺度孔隙的纤维，水浴槽6收集完纤维后，排除水浴槽6中的水溶液，采集形成的多尺度孔隙纤维。

本发明区别于现有技术的现象及收益：

1）在水浴槽6的水溶液中设大小形状不同的磁性微纳粒子9，通过间歇暂停磁场控制磁性微纳粒子9的活跃性，在纺丝未完全固化前采用磁性微纳粒子9的运动使纤维上形成孔隙，形成的纤维上的孔隙大小可控（通过改变磁性微纳粒子9的直径大小），多个大小不同的磁性微纳粒子9的运动使进入水溶液中的纤维上形成大小不同的孔隙；

2）采用了水浴收集，减小了纤维间相互粘合，更好的形成可控多尺度孔隙纤维；3）还具有操作简单，易于操控的特点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多尺度孔隙纤维制备装置，包括储液箱、溶液泵、导电材料制成的喷头、高压静电发生器和收集装置，所述储液箱、所述溶液泵和所述喷头通过管道依次连通，所述喷头和所述高压静电发生器电性连接，其特征在于，所述收集装置包括收集槽和磁场控制器，所述收集槽和所述高压静电发生器均接地，所述收集槽位于所述喷头的正下方，所述收集槽的外壁上设有若干磁力变化器，所述收集槽内设有多个型号不一的磁性微纳粒子，所有的所述磁力变化器均与所述磁场控制器电性连接，所述磁场控制器控制所述磁力变化器的磁场间歇暂停进而来控制所述磁性微纳粒子运动，所述磁性微纳粒子用于撞击所述收集槽内未完全固化的纺丝纤维；

所述收集槽为水浴槽，所述水浴槽的上端和下端分别设有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口通过水管连接，所述水管上连接有水浴泵；

所述磁力变化器的个数为五个，分别位于所述收集槽的四个侧壁以及底壁上，所述磁场控制器控制四个位于所述收集槽的侧壁上的所述磁力变化器按周向依次产生磁场，最后位于底壁上的所述磁力变化器产生磁场。

2.根据权利要求1所述的多尺度孔隙纤维制备装置，其特征在于，最佳收集未完全固化纤维的距离范围为4cm~12cm。

3.根据权利要求1所述的多尺度孔隙纤维制备装置，其特征在于，所述水浴泵采用微型流量泵，所述水浴泵的流量范围为2ml/hr-100ml/hr。

4.根据权利要求1所述的多尺度孔隙纤维制备装置，其特征在于，所述磁性微纳粒子材料为钕铁硼小磁石，所述磁性微纳粒子的直径范围为500nm-2μm。

5.根据权利要求1所述的多尺度孔隙纤维制备装置，其特征在于，所述磁力变化器内部设有通电螺旋管，所述磁场控制器通过控制所述通电螺旋管上的电流来控制所述磁力变化器上的磁场。

6.根据权利要求1所述的多尺度孔隙纤维制备装置，其特征在于，所述溶液泵的流量为40μl/hr-100ml/hr，所述喷头的内径为50μm-1300μm，所述高压静电发生器输出电压为-60kV-50kV。

7.根据权利要求1所述的多尺度孔隙纤维制备装置，其特征在于，所述磁场控制器上设有显示屏。

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