CN113930851A - 一种旋转带液式静电纺丝装置及纺丝方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旋转带液式静电纺丝装置及纺丝方法，包括纺丝液槽，纺丝液槽的内部设置有旋转内芯，纺丝液槽的一侧沿着其轴向设置有开口槽；长条形静电纺丝喷头，设置在纺丝液槽的开口槽处，长条形静电纺丝喷头连接高压发生器；纺丝接收装置设置在长条形静电纺丝喷头的上方。旋转内芯旋转带动纺丝液槽中的纺丝液开始旋转，纺丝液被带动进行移动接触长条形静电纺丝喷头，打开高压发生器的开关，调节电压，静电纺纳米纤维开始在长条形静电纺丝喷头上出现，并喷射到纺丝接收装置上。可以解决如何在静电纺丝过程中通过旋转带液法提高液面曲率，促进射流形成，并且保持纺丝液稳定流动，减少局部溶剂挥发造成的纺丝液边缘固化的问题。

Description

一种旋转带液式静电纺丝装置及纺丝方法
技术领域
本发明涉及静电纺丝技术领域，具体为一种旋转带液式静电纺丝装置及纺丝方法。
背景技术
静电纺丝现如今已经成为制备纳米纤维最有效率的方法之一，引起了大量学者的关注，发展前景十分广阔。静电纺丝法制备的纳米纤维应用领域广泛，如组织工程、伤口敷料、药物释放、过滤材料、复合增强材料、应力传感、能量转换、智能穿戴等等。
传统的单针头静电纺的方法装置灵活，纳米纤维均匀性好。但是由于单针头式静电纺丝装置受限于射流根数，纳米纤维的制备效率低，不能满足实际的工业生产的需求。因此，很多学者将目光聚集在了静电纺丝纳米纤维的大规模制备上。
无针式静电纺丝也是批量制备纳米纤维的常用方法之一。但是，过分暴露的纺丝液液面也会为纺丝过程带来不良的影响。由于液面边缘溶剂挥发，无针式静电纺丝喷头总会出现液面边缘固化，导致纺丝过程被迫暂停，影响纺丝效率；另一个不良影响是制成的纳米纤维与喷头边缘开始固化的溶液发生粘连，导致电场区域空气被击穿，不仅影响纺丝质量，而且存在安全隐患的问题。
因此，目前无针式静电纺丝喷头的主要问题在于如何减少纺丝液中的溶剂挥发，从而解决因溶液液面的过快挥发，纺丝液固化污染喷头而无法连续纺丝的问题。
发明内容
本发明提供了一种旋转带液式静电纺丝装置及纺丝方法，可以解决如何在静电纺丝过程中通过旋转带液法提高液面曲率，促进射流形成，并且保持纺丝液稳定流动，减少局部溶剂挥发造成的纺丝液边缘固化的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供如下技术方案：一种旋转带液式静电纺丝装置，包括：
纺丝液槽，所述的纺丝液槽的内部设置有旋转内芯，所述的纺丝液槽的一侧沿着其轴向设置有开口槽；
长条形静电纺丝喷头，设置在纺丝液槽的开口槽处，所述的长条形静电纺丝喷头连接高压发生器；
纺丝接收装置，设置在长条形静电纺丝喷头的侧部，用于接收长条形静电纺丝喷头喷出的纺丝。
作为优选，所述的纺丝液槽为空心圆柱形，所述的旋转内芯为圆柱体，所述的旋转内芯与纺丝液槽之间留有空隙。
作为优选，所述的纺丝液槽与储液罐相连通，所述的储液罐用于将纺丝液注入到旋转内芯与纺丝液槽之间的空隙中。
作为优选，所述的旋转内芯由驱动电机驱动进行转动。
作为优选，所述的纺丝接收装置为一旋转的滚筒，且该滚筒进行接地。
作为优选，所述的长条形静电纺丝喷头为圆柱或椭圆柱形实心金属条。
作为优选，所述的储液罐带有开关和供液装置。
第二方面，本申请还提供一种纺丝方法，采用第一方面中所述的旋转带液式静电纺丝装置，具体方法如下：持续向纺丝液槽中注入纺丝液，同时旋转内芯开始缓慢旋转，并带动纺丝液槽中的纺丝液开始旋转，纺丝液被带动进行移动，开始接触长条形静电纺丝喷头，由于长条形静电纺丝喷头对流动的纺丝液有一定的阻碍作用，部分纺丝液盖过长条形静电纺丝喷头并继续跟随旋转内芯的转动继续流动，打开高压发生器的开关，调节电压，静电纺纳米纤维开始在长条形静电纺丝喷头上出现，并喷射到纺丝接收装置上，被纺丝接收装置统一收集。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用旋转内芯与纺丝液槽相配合的结构，将纺丝液设置在纺丝液槽内，纺丝液不会长时间暴露在空气中，使纺丝液始终处于活动状态，避免了纺丝液液面边缘容易固化的问题，纺丝液不会固化污染纺丝喷头，保证了纺丝的持续进行，纺丝液挥发比较少，消除安全隐患。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的长条形静电纺丝喷头与纺丝液槽的俯视图；
图3为本发明的长条形静电纺丝喷头与纺丝液槽的剖面图；
图4为本发明的长条形静电纺丝喷头的示意图。
附图标记：
1、长条形静电纺丝喷头，2、纺丝液槽，3、旋转内芯，4、驱动电机，5、储液罐，6、纺丝接收装置，7、高压发生器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1-4所示，为了解决如何在静电纺丝过程中通过旋转带液法提高液面曲率，促进射流形成，并且保持纺丝液稳定流动，减少局部溶剂挥发造成的纺丝液边缘固化的问题，本发明涉及一个实施例，具体为一种旋转带液式静电纺丝装置，包括：
纺丝液槽2，所述的纺丝液槽2的内部设置有旋转内芯3，所述的纺丝液槽2的一侧沿着其轴向设置有开口槽，纺丝液槽2可以存放或者持续注入纺丝液，旋转内芯3是一直在纺丝液槽2中进行转动，使纺丝液始终处于活动状态，而不会出现固化的情况，而且纺丝液位于纺丝液槽2内部相对密封的空间内，也能减少纺丝液的挥发；
还包括一长条形静电纺丝喷头1，设置在纺丝液槽2的开口槽处，所述的长条形静电纺丝喷头1连接高压发生器7，旋转内芯3使纺丝液活动的同时还可以将纺丝液带动到开口槽的位置，使纺丝液与长条形静电纺丝喷头1接触，在高压发生器7给长条形静电纺丝喷头1通入高压电的时候就可以产生静电纺丝，在本实施例中，所述的旋转内芯3可以由驱动电机4驱动进行转动，驱动电机4的转速可以控制在1r/min-1000r/min的范围内，驱动电机4可以在旋转内芯3的两端各安装一个，两个驱动电机4可以同步转动。
作为优选，如图3所示，开口槽可以设置在纺丝液槽2的上侧，开口槽的长度为2mm-110mm，这样纺丝液就位于纺丝液槽2的底部，旋转内芯3可以将纺丝液槽2底部纺丝液带起来，带到长条形静电纺丝喷头1的位置，纺丝液槽2和旋转内芯3均可以采用聚四氟乙烯材料制成，具有良好的强度、防腐和绝缘性能。
为了能有效接收长条形静电纺丝喷头1产生的静电纺丝，可以在长条形静电纺丝喷头1的侧部设置纺丝接收装置6，用于接收长条形静电纺丝喷头1喷出的纺丝，而长条形静电纺丝喷头1设置在纺丝液槽2上端的时候，纺丝接收装置6优选设置在长条形静电纺丝喷头1的上方，纺丝接收装置6与长条形静电纺丝喷头1之间的距离为10-30cm。
在本实施例中，如图3所示，所述的纺丝液槽2为空心圆柱形，所述的旋转内芯3为圆柱体，所述的旋转内芯3与纺丝液槽2之间留有空隙，旋转内芯3与纺丝液槽2之间可以同心设置，也可以偏心设置，同心设置时通过旋转内芯3转动产生的周向力，可以带动纺丝液进行移动，而旋转内芯3与纺丝液槽2偏心设置时，旋转内芯3与纺丝液槽2之间的空隙的形状会发生变化，产生一个挤压力，也可以带动纺丝液进行移动。
在具体实施的时候，旋转内芯3也可以设置呈其他的结构，如水车形或者多方向铲头结构，可以将纺丝液带动到长条形静电纺丝喷头1的位置即可。
在本实施例中，如图1所示，所述的纺丝液槽2与储液罐5相连通，所述的储液罐5用于将纺丝液注入到旋转内芯3与纺丝液槽2之间的空隙中，所述的储液罐5带有开关和供液装置，供液装置可以是液泵或者活塞挤压推出结构，储液罐5可以设计成密封容器，其可以通过密封软管与纺丝液槽2侧壁上的进液口相连。
在本实施例中，如图1所示，所述的纺丝接收装置6为一旋转的滚筒，且该滚筒进行接地，所述的滚筒优选为空心金属滚筒，也由电机驱动进行转动，在接收静电纺丝的同时将静电纺丝卷绕在滚筒上。
在本实施例中，如图4所示，所述的长条形静电纺丝喷头1为圆柱或椭圆柱形实心金属条，直径在1mm-100mm，曲率可调，长度为20cm-200cm，长条形静电纺丝喷头1的两端用细铁链固定在纺丝液槽外壳2上。
作为本实施例的一种具体纺丝过程，具体方法如下：先将一定量PAN溶解于DMF中，配成质量分数为10％-16％的纺丝液，注入储液罐5中，用橡胶软管连接储液罐5与纺丝液槽2上的进液口相连，打开储液槽开关，持续向纺丝液槽2中注入纺丝液。打开驱动电机4的开关并调节转速，同时旋转内芯3开始缓慢旋转，并带动纺丝液槽2中的纺丝液开始旋转，纺丝液被带动进行移动，开始接触长条形静电纺丝喷头1，由于长条形静电纺丝喷头1对流动的纺丝液有一定的阻碍作用，部分纺丝液盖过长条形静电纺丝喷头1并继续跟随旋转内芯3的转动继续流动，此时将纺丝接收装置6开关打开，打开高压发生器7的开关，调节电压到40-60kV，静电纺纳米纤维开始在长条形静电纺丝喷头1上出现，并喷射到纺丝接收装置6上，被纺丝接收装置6统一收集。
本申请的方案采用旋转内芯与纺丝液槽相配合的结构，将纺丝液设置在纺丝液槽内，纺丝液不会长时间暴露在空气中，使纺丝液始终处于活动状态，避免了纺丝液液面边缘容易固化的问题，纺丝液不会固化污染纺丝喷头，保证了纺丝的持续进行，纺丝液挥发比较少，消除安全隐患。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种旋转带液式静电纺丝装置，其特征在于，包括：
纺丝液槽(2)，所述的纺丝液槽(2)的内部设置有旋转内芯(3)，所述的纺丝液槽(2)的一侧沿着其轴向设置有开口槽；
长条形静电纺丝喷头(1)，设置在纺丝液槽(2)的开口槽处，所述的长条形静电纺丝喷头(1)连接高压发生器(7)；
纺丝接收装置(6)，设置在长条形静电纺丝喷头(1)的侧部，用于接收长条形静电纺丝喷头(1)喷出的纺丝。
2.根据权利要求1所述的旋转带液式静电纺丝装置，其特征在于：所述的纺丝液槽(2)为空心圆柱形，所述的旋转内芯(3)为圆柱体，所述的旋转内芯(3)与纺丝液槽(2)之间留有空隙。
3.根据权利要求2所述的旋转带液式静电纺丝装置，其特征在于：所述的纺丝液槽(2)与储液罐(5)相连通，所述的储液罐(5)用于将纺丝液注入到旋转内芯(3)与纺丝液槽(2)之间的空隙中。
4.根据权利要求1所述的旋转带液式静电纺丝装置，其特征在于：所述的旋转内芯(3)由驱动电机(4)驱动进行转动。
5.根据权利要求1所述的旋转带液式静电纺丝装置，其特征在于：所述的纺丝接收装置(6)为一旋转的滚筒，且该滚筒进行接地。
6.根据权利要求1所述的旋转带液式静电纺丝装置，其特征在于：所述的长条形静电纺丝喷头(1)为圆柱或椭圆柱形实心金属条。
7.根据权利要求3所述的旋转带液式静电纺丝装置，其特征在于：所述的储液罐(5)带有开关和供液装置。
8.一种纺丝方法，采用权利要求1-7中任一项所述的旋转带液式静电纺丝装置，具体方法如下：持续向纺丝液槽(2)中注入纺丝液，同时旋转内芯(3)开始缓慢旋转，并带动纺丝液槽(2)中的纺丝液开始旋转，纺丝液被带动进行移动，开始接触长条形静电纺丝喷头(1)，由于长条形静电纺丝喷头(1)对流动的纺丝液有一定的阻碍作用，部分纺丝液盖住长条形静电纺丝喷头(1)并继续跟随旋转内芯(3)的转动继续流动，打开高压发生器(7)的开关，调节电压，静电纺纳米纤维开始在长条形静电纺丝喷头(1)上出现，并喷射到纺丝接收装置(6)上，被纺丝接收装置(6)统一收集。
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