CN111139541A - 搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置及方法，包括用以盛放纺丝溶液的储液池、设置在所述储液池内的搅拌机构、与所述搅拌机构连接的伸缩旋转机构、用以驱动所述伸缩旋转机构的驱动机构及与所述储液池连接的高压静电发生器，所述储液池的底部设置有通孔，所述伸缩旋转机构通过所述通孔伸入至所述储液池内与所述搅拌机构连接；所述驱动机构驱动所述伸缩旋转机构旋转以使得所述伸缩旋转机构相对于所述储液池升降并旋转，进而驱动所述搅拌机构在所述储液池内升降及旋转。本申请的搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置及方法能够防止纺丝溶液在纺丝过程中发生凝固现象，以提高纺丝产量及质量。

Description

搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置及方法

技术领域

本发明涉及一种搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置及方法，属于静电纺丝技术领域。

背景技术

自由液面静电纺丝作为新型的纺丝工艺，其纺丝原理与气泡静电纺丝相似，是利用高压电场所提供的静电力克服聚合物液面的表面张力，在聚合物液面形成泰勒锥，并进一步形成射流，射流在电场力的作用下被拉细成纳米纤维。因为这一过程中没有气泡的介入，故而克服了气泡静电纺气泡尺寸不可控，气泡破裂无规律以及由此造成的纤维直径分布不均等缺点，同时还保存了气泡静电纺的高产量的优点。但是自由液面纺丝过程中，表面张力仅存在于储液装置上，在高压静电作用下，克服表面张力，产生的纤维还不够多。同时由于某些纺丝溶液粘度较高，在纺丝过程中溶液发生凝固的现象；以及由于重力的作用，一些添加在溶液中的物质例如石墨烯(Gr)、碳纳米管(CNT)等在长时间的纺丝过程中会发生团聚沉淀的现象，导致纺制出的纤维膜质量不一，不能满足实验和生产要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置及方法，其能够防止纺丝溶液在纺丝过程中发生凝固现象，以提高纺丝产量及质量。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置，包括用以盛放纺丝溶液的储液池、设置在所述储液池内的搅拌机构、与所述搅拌机构连接的伸缩旋转机构、用以驱动所述伸缩旋转机构的驱动机构及与所述储液池连接的高压静电发生器，所述储液池的底部设置有通孔，所述伸缩旋转机构通过所述通孔伸入至所述储液池内与所述搅拌机构连接；所述驱动机构驱动所述伸缩旋转机构旋转以使得所述伸缩旋转机构相对于所述储液池升降并旋转，进而驱动所述搅拌机构在所述储液池内升降及旋转。

进一步地，所述伸缩旋转机构包括与所述驱动机构连接的第一杆及可相对于所述第一杆升降的第二杆，所述第一杆与所述储液池连接，所述第二杆与所述搅拌机构连接。

进一步地，所述第一杆与所述通孔之间还设置有用以防止纺丝溶液外泄的密封件。

进一步地，所述搅拌机构包括与所述伸缩旋转机构连接的至少一个底座及设置在所述底座上的搅拌棒。

进一步地，所述搅拌棒的顶部设置有凹槽。

进一步地，所述凹槽的横截面的形状为半球形。

进一步地，所述搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置还包括与所述储液池连接且为所述储液池提供纺丝溶液的恒流供液机构。

进一步地，所述搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置还包括设置在所述储液池一侧的接收机构。

本发明还提供了一种搅拌式大批量自由液面静电纺丝方法，采用如上所述的搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置，所述方法包括：

S1：配置纺丝溶液，将配置好的纺丝溶液放入所述储液池内；

S2：启动所述驱动机构，所述驱动机构驱动所述伸缩旋转机构在所述储液池内转动并沿所述储液池向上运动，直至所述搅拌机构伸出至所述纺丝溶液外进行纺丝；

S3：重复“S2”步骤，以制备均匀的纳米纤维膜。

进一步地，所述“直至所述金属杆伸出至所述纺丝液外”具体为：

当所述搅拌机构的顶部伸出至所述纺丝溶液0.5-2cm时，所述驱动机构停止驱动所述伸缩旋转机构继续向上运动。

本发明的有益效果在于：通过设置有伸缩旋转机构及搅拌机构，伸缩旋转机构可带动搅拌机构在储液池内旋转以搅拌纺丝溶液，进而防止纺丝溶液发生凝固现象，提高了纺丝产量及质量；同时伸缩旋转机构还可带动搅拌机构相对于储液池升降，当搅拌机构从纺丝溶液中伸出时可打破纺丝溶液的表面张力，使得液面更容易被拉伸以产生更多纤维；

搅拌机构上设置有凹槽，当搅拌机构从纺丝溶液中伸出时凹槽内会盛有纺丝溶液，继而在储液池上方形成多个小的具有表面张力的自由液面以进行拉伸，进而产生更多的纤维。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明的搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参见图1，本发明的一较佳实施例中的一种搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置，包括用以盛放纺丝溶液的储液池9、设置在所述储液池9内的搅拌机构、与所述搅拌机构连接的伸缩旋转机构6、用以驱动所述伸缩旋转机构6的驱动机构5及与所述储液池9连接的高压静电发生器4、与所述储液池9连接且为所述储液池9提供纺丝溶液的恒流供液机构1、及设置在所述储液池9一侧的接收机构2，所述接收机构2接地，即与接地电极3连接。所述驱动机构5驱动所述伸缩旋转机构6旋转以使得所述伸缩旋转机构6相对于所述储液池9升降并旋转，进而驱动所述搅拌机构在所述储液池9内升降及旋转。其中，伸缩旋转机构6及搅拌机构的材料为不导电的高聚物例如聚四氟乙烯等，防止高压静电损坏驱动机构5。在本实施例中，所述驱动机构5为电机。诚然，在其他实施例中，所述驱动机构5也可为其他，在此不做具体限定，根据实际情况而定。在本实施例中，所述储液池9的材料为导电的金属材料，例如金、铜等材料，在此不做具体限定，根据实际情况而定。储液池9具有自其表面向内凹陷形成的槽口，所述搅拌机构设置在槽口内。所述接收机构2可以为网状，亦可以为滚筒状，以能够得到均匀的纤维目的为主，在此不做具体限定，根据实际情况而定。为了更好的接收纤维，所述接收机构2设置在槽口的上方，纤维自所述槽口向上运动继而聚集在所述接收机构2。诚然，在其他实施例中，所述接收机构2与储液池9的位置也可为其他，在此不做具体限定，根据实际情况而定。

所述储液池9的底部设置有通孔，所述伸缩旋转机构6通过所述通孔伸入至所述储液池9内与所述搅拌机构连接。为了防止纺丝溶液自所述通孔外泄以造成纺丝溶液的浪费，所述通孔与所述伸缩旋转机构6之间还设置有密封件，该密封件可为橡胶密封件等，在此不做具体限定，根据实际情况而定。具体的，所述伸缩旋转机构6包括与所述驱动机构5连接的第一杆(未图示)及可相对于所述第一杆升降的第二杆(未图示)，第一杆与第二杆的升降方式为常规技术，在此不做赘述。所述第一杆与所述储液池9连接，所述第二杆与所述搅拌机构固定连接，所述第一杆可相对于所述储液池9旋转以带动所述第二杆及搅拌机构旋转。值得注意的是，在本实施例中，当伸缩旋转机构6与搅拌机构位于初始状态，即所述伸缩旋转机构6和搅拌机构未相对于所述储液池9升降和旋转时，所述搅拌机构位于所述纺丝溶液内。

所述搅拌机构包括与所述伸缩旋转机构6连接的至少一个底座7及设置在所述底座7上的搅拌棒10，在本实施例中，所述底座7设置有4个，4个所述底座7均匀设置，且每个底座7上设置有两个搅拌棒10。诚然，在其他实施例中，所述底座7及搅拌棒10的个数也可为其他，在此不做具体限定，根据实际情况而定。但是搅拌机构的数量不应太多，防止产生的纤维的直径分布不均匀。所述搅拌棒10的顶部设置有凹槽8，所述凹槽8的横截面的形状为半球形。诚然，在其他实施例中，所述凹槽8的形状也可为其他，在此不做具体限定，根据实际情况而定。呈上述，当伸缩旋转机构6与搅拌机构位于初始状态时，所述搅拌机构位于所述纺丝溶液内。启动驱动机构5，继而驱动伸缩旋转机构6旋转以带动所述搅拌机构旋转。启动所述伸缩旋转机构6进行升降，以带动所述旋转机构相对于所述储液池9进行升降。当搅拌棒10自纺丝溶液内伸出至所述纺丝溶液外时，会打破纺丝液面的表面张力，进而使得纺丝液面更容易被拉伸以产生更多的纤维。并且，由于所述搅拌棒10的顶部设置有凹槽8，当搅拌棒10自纺丝溶液内伸出至所述纺丝溶液外时，凹槽8内会盛有纺丝溶液，从而形成多个小的具有表面张力的自由液面进行拉伸，以提高纤维产量。凹槽8的直径大小根据所需的纤维产量而定，不做具体限定。为了防止产生的纤维的直径不均匀，搅拌棒10伸出液面的高度范围为0.5-2cm。诚然，在其他实施例中，所述搅拌棒10伸出液面的高度范围也可以为其他，只要达到相应的目的即可。当搅拌棒10下降至所述纺丝溶液内时，凹槽8中的纺丝溶液无剩余。

搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置的实施过程为：配置纺丝液，将所述纺丝液注入恒流供液机构1内，并通过所述恒流供液机构1将纺丝液以恒定速率注入储液池9中直至储液池9内的纺丝液与储液池9的端部齐平，然后关闭所述恒流供液机构1。此时，搅拌机构位于所述储液池9的底端。打开高压静电发生器4，同时再次打开恒流供液机构1，设定供液速率后，启动驱动机构5，以使得驱动机构5驱动伸缩旋转机构6旋转并将对于储液池9反复升降，进而以带动搅拌机构反复升降，进而使得搅拌棒10在储液池91内升降，升降高度为1cm。储液池9与凹槽8内形成的自由液面在高压静电的作用下被拉伸呈细丝，并形成泰勒锥最终形成纤维直至被接收机构2接收，最终形成均匀的纳米纤维膜。

本发明还提供了一种搅拌式大批量自由液面静电纺丝方法，采用如上所述的搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置，所述方法包括：

S1：配置纺丝溶液，将配置好的纺丝溶液放入所述储液池9内；

S2：启动所述驱动机构5，所述驱动机构5驱动所述伸缩旋转机构6在所述储液池9内转动并沿所述储液池9向上运动，直至所述搅拌机构伸出至所述纺丝溶液外进行纺丝；

S3：重复“S2”步骤，以制备均匀的纳米纤维膜。

综上所述：通过设置有伸缩旋转机构6及搅拌机构，伸缩旋转机构6可带动搅拌机构在储液池9内旋转以搅拌纺丝溶液，进而防止纺丝溶液发生凝固现象，提高了纺丝产量及质量；同时伸缩旋转机构6还可带动搅拌机构相对于储液池9升降，当搅拌机构从纺丝溶液中伸出时可打破纺丝溶液的表面张力，使得液面更容易被拉伸以产生更多纤维；

搅拌机构上设置有凹槽8，当搅拌机构从纺丝溶液中伸出时凹槽8内会盛有纺丝溶液，继而在储液池9上方形成多个小的具有表面张力的自由液面以进行拉伸，进而产生更多的纤维。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置，其特征在于，包括用以盛放纺丝溶液的储液池、设置在所述储液池内的搅拌机构、与所述搅拌机构连接的伸缩旋转机构、用以驱动所述伸缩旋转机构的驱动机构及与所述储液池连接的高压静电发生器，所述储液池的底部设置有通孔，所述伸缩旋转机构通过所述通孔伸入至所述储液池内与所述搅拌机构连接；所述驱动机构驱动所述伸缩旋转机构旋转以使得所述伸缩旋转机构相对于所述储液池升降并旋转，进而驱动所述搅拌机构在所述储液池内升降及旋转。

2.如权利要求1所述的搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置，其特征在于，所述伸缩旋转机构包括与所述驱动机构连接的第一杆及可相对于所述第一杆升降的第二杆，所述第一杆与所述储液池连接，所述第二杆与所述搅拌机构连接。

3.如权利要求2所述的搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置，其特征在于，所述第一杆与所述通孔之间还设置有用以防止纺丝溶液外泄的密封件。

4.如权利要求1所述的搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置，其特征在于，所述搅拌机构包括与所述伸缩旋转机构连接的至少一个底座及设置在所述底座上的搅拌棒。

5.如权利要求4所述的搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置，其特征在于，所述搅拌棒的顶部设置有凹槽。

6.如权利要求5所述的搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置，其特征在于，所述凹槽的横截面的形状为半球形。

7.如权利要求1所述的搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置，其特征在于，所述搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置还包括与所述储液池连接且为所述储液池提供纺丝溶液的恒流供液机构。

8.如权利要求1所述的搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置，其特征在于，所述搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置还包括设置在所述储液池一侧的接收机构。

9.一种搅拌式大批量自由液面静电纺丝方法，其特征在于，采用如权利要求1至8中任一项所述的搅拌式大批量自由液面静电纺丝装置，所述方法包括：

S1：配置纺丝溶液，将配置好的纺丝溶液放入所述储液池内；

S2：启动所述驱动机构，所述驱动机构驱动所述伸缩旋转机构在所述储液池内转动并沿所述储液池向上运动，直至所述搅拌机构伸出至所述纺丝溶液外进行纺丝；

S3：重复“S2”步骤，以制备均匀的纳米纤维膜。

10.如权利要求9所述的搅拌式大批量自由液面静电纺丝方法，其特征在于，所述“直至所述金属杆伸出至所述纺丝液外”具体为：

当所述搅拌机构的顶部伸出至所述纺丝溶液0.5-2cm时，所述驱动机构停止驱动所述伸缩旋转机构继续向上运动。

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