CN116219559A - 一种多重材料复合的薄膜一体成型方法及其设备 - Google Patents
一种多重材料复合的薄膜一体成型方法及其设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116219559A CN116219559A CN202310074761.0A CN202310074761A CN116219559A CN 116219559 A CN116219559 A CN 116219559A CN 202310074761 A CN202310074761 A CN 202310074761A CN 116219559 A CN116219559 A CN 116219559A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrostatic spinning
- air
- plate
- nanometer
- nano
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 claims abstract description 99
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 57
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 57
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 50
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 37
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 34
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 33
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 16
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 15
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 13
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 11
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 5
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 5
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 5
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/0007—Electro-spinning
- D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
- B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
- B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/0007—Electro-spinning
- D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
- D01D5/0069—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the spinning section, e.g. capillary tube, protrusion or pin
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/0007—Electro-spinning
- D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
- D01D5/0076—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the collecting device, e.g. drum, wheel, endless belt, plate or grid
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
- D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
- D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
- D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
- D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
- D04H1/4382—Stretched reticular film fibres; Composite fibres; Mixed fibres; Ultrafine fibres; Fibres for artificial leather
- D04H1/43838—Ultrafine fibres, e.g. microfibres
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
- D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
- D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
- D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
- D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
- D04H1/728—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by electro-spinning
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06B—TREATING TEXTILE MATERIALS USING LIQUIDS, GASES OR VAPOURS
- D06B1/00—Applying liquids, gases or vapours onto textile materials to effect treatment, e.g. washing, dyeing, bleaching, sizing or impregnating
- D06B1/02—Applying liquids, gases or vapours onto textile materials to effect treatment, e.g. washing, dyeing, bleaching, sizing or impregnating by spraying or projecting
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
本发明涉及静电纺丝技术领域，公开了一种多重材料复合的薄膜一体成型方法及其设备，设备包括机架、纳米喷雾装置和静电纺丝装置，机架上设有升降平台和支撑平台，升降平台的下表面设有转动结构和固定结构；纳米喷雾装置包括超声雾化喷头，超声雾化喷头用于对纳米材料进行气雾分散和气流分散以向下喷出纳米材料喷雾；静电纺丝装置包括静电纺丝喷头和收集基材，转动结构用于调节静电纺丝喷头的倾斜角度，以使得静电纺丝喷头静电纺丝得到的电纺纳米纤维与纳米材料喷雾在空中相交汇，升降平台用于调节纳米喷雾装置和静电纺丝喷头的高度，本发明能够使得纳米材料均匀的分散到电纺纳米纤维上，保证复合薄膜的质量。
Description
技术领域
本发明涉及静电纺丝技术领域，特别是一种多重材料复合的薄膜一体成型方法及其设备。
背景技术
静电纺丝技术是制造纳米纤维的主流技术，其具有成本低廉、原料广泛、设备简单等优点。在环境处理、生物医疗、动力电池等领域有广泛的应用和发展前景。为了满足各个领域对纳米纤维功能膜的需求，现在人们开始更多研究多重材料复合的薄膜，通过静电纺丝技术生产出的复合纳米纤维膜具有孔隙率高、比表面积大、力学特性优异等特点。为了实现工业快速生产多重材料复合纳米纤维膜，增加其应用范围，需要一体式生产复合纳米纤维膜的静电纺丝工艺和设备。
现有的广泛使用的技术如公开号为CN110205749B的专利文献中描述的工艺，其特征是具有两个或多个静电纺丝组件和接收组件，各静电纺丝组件可分别采用不同于彼此的纺丝液，各接收组件之间设置有从动辊，用于基材在上面连续移动。以使得在通过接受组件的基材上可以得到具有相互叠加但各自性能不同的至少两层膜结构。还有如公开号为CN110592689B的专利文献中提出的一种利用离心纺和静电纺制备复合材料的设备，其特征是将离心纺丝装置与静电纺丝装置并排布置，并在纺丝装置下方设置连续移动的收集带，离心纺丝装置将纺丝溶液喷出形成纤维落在收集带上，而静电纺丝装置喷出的纤维落在离心纺丝装置形成的纤维上，实现了由纳米级材料和微米级材料复合而成的过滤材料的批量化生产。
然而，由于纳米颗粒易于团聚，上述技术方案无法适用于氧化石墨烯等纳米功能材料的连续静电纺丝成膜生产。现在常用的为化学方法解团聚，但使用的化学溶剂会对静电纺丝产生干扰。所以期望使用物理方法解团聚，对于上述问题，如公开号为CN 104651960A的专利文献提出的一种连续性补偿式静电纺丝进料设备，所述进料设备包括：样品搅拌装置，用于将纺丝样品搅拌成均匀流体，得到纺丝溶液；溶液缓冲装置，用于将纺丝溶液消泡；溶液储存装置，用于储存消泡后的纺丝溶液；溶剂储存装置，用于储存溶剂；混匀装置，用于将消泡后的纺丝溶液和溶剂混合均匀；纺丝液槽，用于纺丝。其可以在纺丝设备上对溶液进行搅拌，使溶液在纺丝前保持均匀性。但纳米颗粒的团聚使用搅拌的方法很难使其解团聚。
所以，需要一种可以使用物理分散方法解决纳米颗粒团聚问题的静电纺丝工艺，并基于此工艺实现连续一体成型生产负载纳米功能材料的复合薄膜的工艺。
发明内容
为此，需要提供一种多重材料复合的薄膜一体成型方法及其设备，解决现有多重复合薄膜制备时纳米颗粒容易团聚，无法均匀分布的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种多重材料复合的薄膜一体成型设备，包括：
机架，所述机架上设有升降平台和支撑平台，所述支撑平台位于升降平台下方，所述升降平台的下表面设有转动结构和固定结构；
纳米喷雾装置，所述纳米喷雾装置包括超声雾化喷头，所述超声雾化喷头固定在固定结构上，所述超声雾化喷头用于对纳米材料进行气雾分散和气流分散以向下喷出纳米材料喷雾；
静电纺丝装置，所述静电纺丝装置包括静电纺丝喷头和收集基材，所述静电纺丝喷头固定在转动结构上，所述转动结构用于调节静电纺丝喷头的倾斜角度，以使得静电纺丝喷头静电纺丝得到的电纺纳米纤维与所述纳米材料喷雾在空中相交汇；所述收集基材位于支撑平台上，所述升降平台用于调节纳米喷雾装置和静电纺丝喷头的高度，以使得所述电纺纳米纤维与所述纳米材料喷雾的交汇点位于收集基材上方。
进一步，所述转动结构包括两个连接板和转动轴，两个所述连接板相对固定在升降平台两个侧边上，所述静电纺丝喷头的两端分别通过所述转动轴与连接板转动连接，所述转动轴上设有驱动装置。驱动装置用于驱动转动轴转动，从而调整静电纺丝喷头的倾斜角度。
进一步，所述驱动装置为套设固定在转动轴上的转动手轮，所述转动手轮上设有锁定孔，所述锁定孔内设有与连接板相锁定的自锁螺丝。静电纺丝喷头调节时，人工通过转动手轮带动转动轴，当角度调节完成后，可以通过自锁螺丝与连接板进行锁定，从而固定转动轴的位置。
进一步，所述静电纺丝喷头上设有电纺进液口和电压接口，所述电压接口连接高压电源，所述电纺进液口连接纺丝供液泵，所述静电纺丝喷头的内部由上至下包括进液腔和气液混合腔，所述电纺进液口和电压接口设置在进液腔上方，所述进液腔和气液混合腔之间设有分隔板，所述分隔板上设有多个连通口，所述气液混合腔的侧面设有纺丝气流接口，所述气液混合腔的底面设有纺丝孔，所述分隔板和气液混合腔的底面均为向下凸出的弧形面。
进液腔和气液混合腔的设置，使得纺丝溶液进入到静电纺丝喷头后，通过分隔板上的连通口进行二次分配，纺丝孔纺丝时，纺丝气流接口提供定压定速的气流，促进静电纺丝射流拉伸，抑制多针头电场干扰，提供静电纺丝喷头制备的纳米纤维质量，分隔板和气液混合腔的底面均为向下凸出的弧形面有效促进纺丝溶液均匀分布。
进一步，所述静电纺丝喷头包括盖板、所述分隔板、锁定环板和底壳，所述分隔板盖设在底壳上，所述分隔板和底壳之间形成所述气液混合腔，所述盖板盖设在分隔板上，所述盖板和分隔板之间形成所述进液腔，所述底壳的顶边周边相外凸出形成凸沿，所述锁定环板的内环侧面设有凸台，所述凸沿和凸台相卡合，所述锁定环板与盖板通过螺丝紧固件固定，所述电纺进液口和电压接口设置在盖板上，所述纺丝气流接口设置在底壳侧面。通过盖板、分隔板、锁定环板和底壳组成形成静电纺丝喷头。
进一步，所述静电纺丝喷头设有固定组件，所述固定组件包括上夹板和下夹板，所述上夹板和下夹板的两端相固定，所述上夹板和下夹板之间设有固定腔，所述上夹板和下夹板上分别设有第一固定口和第二固定口，所述底壳穿过第二固定口，所述固定腔夹紧盖板和锁定环板，所述电纺进液口和电压接口位于第一固定口内，所述上夹板和下夹板的两端与转动轴相固定。通过上夹板和下夹板方便静电纺丝喷头的快速固定。
进一步，所述超声雾化喷头包括溶剂超声仓、纳米材料分散罐、混合仓、连通流道和雾化喷头，所述溶剂超声仓和纳米材料分散罐均与混合仓连通，所述连通流道连通混合仓和雾化喷头，所述雾化喷头的侧面设有纳米气流接口，所述固定结构包括多个固定板，所述溶剂超声仓和纳米材料分散罐固定在固定板上。
超声雾化喷头中，溶剂超声仓对纳米材料的溶剂进行超声雾化，在混合仓内与纳米材料混合进行超声气雾分散，混合后的流体经过连通流道流到雾化喷头内，纳米气流接口进气对该流体进行进一步的气流分散，最后纳米材料以喷雾的形式向下喷出，超声气雾分散和气流分散保证纳米材料的充分分散，避免颗粒积聚，形成的纳米材料喷雾，负载在上述电纺纳米纤维上。并一同沉积在收集基材上。
进一步，还包括气泵，所述气泵通过供气软管与纺丝气流接口、纳米气流接口、溶剂超声仓和纳米材料分散罐连通，所述供气软管上设有电磁阀和调压阀，所述溶剂超声仓连接有超声供液泵。电磁阀用于控制气路的开关，调压阀用于保证气路提供定压定速的气流。
进一步，所述支撑平台为气垫平台，所述收集基材设置在气垫平台上，所述气垫平台上设有进气孔，所述进气孔与所述气泵连通，所述气垫平台的上表面设有阵列排布的出气孔，所述气垫平台内部设有加热线圈，所述出气孔出气用于吹动收集基材在气垫平台上移动。通过加热线圈能够可以产生高温气流，气流带动收集基材及其上沉积的复合薄膜移动，并通过高温气流加速溶剂挥发和凝固，使复合薄膜快速成型。
进一步，所述机架包括四根矩阵式排列的立柱，所述立柱的侧面上设有升降滑轨，所述升降滑轨沿竖直方向延伸设置，所述升降平台的侧边上设有与升降滑轨相匹配的滑板，所述滑板上设有与升降滑轨相锁定的锁定螺丝。升降平台沿升降滑轨进行上下滑动，当升降到设置的位置时，可以通过锁定螺丝对升降平台的位置进行锁定。
一种多重材料复合的薄膜一体成型方法，上述的多重材料复合的薄膜一体成型设备，包括如下步骤：
(1)准备纳米材料和静电纺丝溶液；
(2)通过升降平台设定纳米喷雾装置和静电纺丝喷头的高度，之后再通过静电纺丝装置设定静电纺丝喷头的角度；
(3)纳米材料经过纳米喷雾装置向下喷出纳米材料喷雾，静电纺丝溶液经过静电纺丝喷头得到电纺纳米纤维，电纺纳米纤维和纳米材料喷雾能够在空中相互交汇，以使得纳米材料均匀的负载到电纺纳米纤维上，
(4)负载了纳米材料的电纺纳米纤维而在收集基材上形成均匀沉积的复合纳米材料薄膜。
上述技术方案具有以下有益效果：
本发明中，静电纺丝和纳米材料雾化同时进行，升降平台和转动结构的设置，使得电纺纳米纤维和纳米材料喷雾能够在空中相互交汇，以使得纳米材料均匀的负载到电纺纳米纤维上，进而在收集基材上形成均匀沉积的复合纳米材料薄膜，电纺纳米纤维制备和纳米材料负载，一步成型，有效的提高了复合纳米材料薄膜的制备效率，同时本发明中，纳米材料在形成纳米材料喷雾时，经过气雾分散、气流分散的连续分散，纳米材料不易团聚，使得纳米材料能够均匀的分散到电纺纳米纤维上。
附图说明
图1为具体实施方式所述多重材料复合的薄膜一体成型设备的结构图。
图2为具体实施方式所述多重材料复合的薄膜一体成型设备的结构图。
图3为具体实施方式所述静电纺丝喷头的结构图。
图4为具体实施方式所述静电纺丝喷头的剖面结构图。
图5为具体实施方式所述纳米喷雾装置的结构图。
图6为具体实施方式所述多重材料复合的薄膜一体成型设备的侧面结构图。
图7为具体实施方式所述气垫平台的剖面结构图。
图8为具体实施方式所述一体成型设备的气路连接示意图。
附图标记说明：
1、机架；11、升降平台；111、滑板；112、锁定螺丝；12、支撑平台；121、进气孔；122、出气孔；123、加热线圈；13、转动结构；131、连接板；132、转动轴；133、动手轮；134、自锁螺丝；14、固定结构；141、固定板；15、立柱；16、升降滑轨；
2、纳米喷雾装置；21、超声雾化喷头；211、溶剂超声仓；212、纳米材料分散罐；213、混合仓；214、连通流道；215、雾化喷头；216、纳米气流接口；22、超声供液泵；
3、静电纺丝装置；31、静电纺丝喷头；311、电纺进液口；312、电压接口；313、进液腔；314、气液混合腔；3141、纺丝气流接口；3142、纺丝孔；315、分隔板；3151、连通口；316、盖板；3161、密封圈；317、锁定环板；3171、凸台；318、底壳；3181、凸沿；319、固定组件；3191、上夹板；3192、下夹板；3193、固定腔；3194、第一固定口；3195、第二固定口；
32、收集基材；33、高压电源；34、纺丝供液泵；
4、气泵。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1-8，本实施例公开了一种多重材料复合的薄膜一体成型设备，包括机架1、纳米喷雾装置2和静电纺丝装置3：机架1上设有升降平台11和支撑平台12，支撑平台12位于升降平台11下方，升降平台11的下表面设有转动结构13和固定结构14；纳米喷雾装置2包括超声雾化喷头21，超声雾化喷头21固定在固定结构14上，超声雾化喷头21用于对纳米材料进行气雾分散和气流分散以向下喷出纳米材料喷雾；静电纺丝装置3包括静电纺丝喷头31和收集基材32，静电纺丝喷头31固定在转动结构13上，转动结构13用于调节静电纺丝喷头31的倾斜角度，以使得静电纺丝喷头31静电纺丝得到的电纺纳米纤维与纳米材料喷雾在空中相交汇；收集基材32位于支撑平台12上，升降平台11用于调节纳米喷雾装置2和静电纺丝喷头31的高度，以使得电纺纳米纤维与纳米材料喷雾的交汇点位于收集基材32上方。
本实施例中，机架1包括四根矩阵式排列的立柱15，立柱15的侧面上设有升降滑轨16，升降滑轨16沿竖直方向延伸设置，升降平台11的侧边上设有与升降滑轨16相匹配的滑板111，滑板111上设有与升降滑轨16相锁定的锁定螺丝112。
升降平台11沿升降滑轨16进行上下滑动，当升降到设置的位置时，可以通过锁定螺丝112对升降平台11的位置进行锁定。
本实施例中，可以在机架1上设置升降电机，升降平台11通过升降电机进行自动升降。
支撑平台12为气垫平台，收集基材32设置在气垫平台上，气垫平台上设有进气孔121，进气孔121与气泵4连通，气垫平台的上表面设有阵列排布的出气孔122，气垫平台内部设有加热线圈123，出气孔122出气用于吹动收集基材32在气垫平台上移动。
通过加热线圈123能够可以产生高温气流，气流带动收集基材32及其上沉积的复合薄膜移动，并通过高温气流加速溶剂挥发和凝固，使复合薄膜快速成型。
转动结构13包括两个连接板131和转动轴132，两个连接板131相对固定在升降平台11两个侧边上，静电纺丝喷头31的两端分别通过转动轴132与连接板131转动连接，转动轴132上设有驱动装置。驱动装置用于驱动转动轴132转动，从而调整静电纺丝喷头31的倾斜角度。
驱动装置可以为电动驱动电机也可以为人工转动手柄，根据实际需求进行安装，本实施例中，连接板131上固定有转动轴132承，转动轴132的一端与电纺丝喷头，另一端与转动轴132承的内圈套固定，从而完成转动轴132的固定。
本实施例中，驱动装置为套设固定在转动轴132上的转动手轮133，转动手轮133上设有锁定孔，锁定孔内设有与连接板131相锁定的自锁螺丝134。
静电纺丝喷头31调节时，人工通过转动手轮133带动转动轴132，当角度调节完成后，可以通过自锁螺丝134与连接板131进行锁定，从而固定转动轴132的位置。
静电纺丝喷头31上设有电纺进液口311和电压接口312，电压接口312连接高压电源33，电纺进液口311连接纺丝供液泵34，静电纺丝喷头31的内部由上至下包括进液腔313和气液混合腔314，电纺进液口311和电压接口312设置在进液腔313上方，进液腔313和气液混合腔314之间设有分隔板315，分隔板315上设有多个连通口3151，气液混合腔314的侧面设有纺丝气流接口3141，气液混合腔314的底面设有纺丝孔3142，分隔板315和气液混合腔314的底面均为向下凸出的弧形面。
进液腔313和气液混合腔314的设置，使得纺丝溶液进入到静电纺丝喷头31后，通过分隔板315上的连通口3151进行二次分配，纺丝孔3142纺丝时，纺丝气流接口3141提供定压定速的气流，促进静电纺丝射流拉伸，抑制多针头电场干扰，提供静电纺丝喷头31制备的纳米纤维质量，分隔板315和气液混合腔314的底面均为向下凸出的弧形面有效促进纺丝溶液均匀分布。
本实施例中，机架1的底部设置多个放置仓，用于放置高压电源33和纺丝供液泵34。
具体的，静电纺丝喷头31包括盖板316、分隔板315、锁定环板317和底壳318，分隔板315盖设在底壳318上，分隔板315和底壳318之间形成气液混合腔314，盖板316盖设在分隔板315上，盖板316和分隔板315之间形成进液腔313，底壳318的顶边周边相外凸出形成凸沿3181，锁定环板317的内环侧面设有凸台3171，凸沿3181和凸台3171相卡合，锁定环板317与盖板316通过螺丝紧固件固定，电纺进液口311和电压接口312设置在盖板316上，纺丝气流接口3141设置在底壳318侧面。
通过盖板316、分隔板315、锁定环板317和底壳318组成形成静电纺丝喷头31。
本实施例中，盖板316的下表面上还可以设置密封圈3161，保证静电纺丝喷头31内部腔体的密封性。
静电纺丝喷头31设有固定组件319，固定组件319包括上夹板3191和下夹板3192，上夹板3191和下夹板3192的两端相固定，上夹板3191和下夹板3192之间设有固定腔3193，上夹板3191和下夹板3192上分别设有第一固定口3194和第二固定口3195，底壳318穿过第二固定口3195，固定腔3193夹紧盖板316和锁定环板317，电纺进液口311和电压接口312位于第一固定口3194内，上夹板3191和下夹板3192的两端与转动轴132相固定。通过上夹板3191和下夹板3192方便静电纺丝喷头31的快速固定。
超声雾化喷头21包括溶剂超声仓211、纳米材料分散罐212、混合仓213、连通流道214和雾化喷头，溶剂超声仓211和纳米材料分散罐212均与混合仓213连通，连通流道214连通混合仓213和雾化喷头，雾化喷头的侧面设有纳米气流接口216，固定结构14包括多个固定板141，溶剂超声仓211和纳米材料分散罐212固定在固定板141上。
超声雾化喷头21中，溶剂超声仓211对纳米材料的溶剂进行超声雾化，在混合仓213内与纳米材料混合进行超声气雾分散，混合后的流体经过连通流道214流到雾化喷头内，纳米气流接口216进气对该流体进行进一步的气流分散，最后纳米材料以喷雾的形式向下喷出，超声气雾分散和气流分散保证纳米材料的充分分散，避免颗粒积聚，形成的纳米材料喷雾，负载在上述电纺纳米纤维上。并一同沉积在收集基材32上。
本实施例中，溶剂超声仓211上连接外部溶剂输送管。
还包括气泵4，气泵4通过供气软管与纺丝气流接口3141、纳米气流接口216、溶剂超声仓211和纳米材料分散罐212连通，供气软管上设有电磁阀和调压阀，溶剂超声仓211连接有超声供液泵22。电磁阀用于控制气路的开关，调压阀用于保证气路提供定压定速的气流。
一种多重材料复合的薄膜一体成型方法，上述的多重材料复合的薄膜一体成型设备，包括如下步骤：
(1)准备纳米材料和静电纺丝溶液；
(2)通过升降平台设定纳米喷雾装置和静电纺丝喷头的高度，之后再通过静电纺丝装置设定静电纺丝喷头的角度；
(3)纳米材料经过纳米喷雾装置向下喷出纳米材料喷雾，静电纺丝溶液经过静电纺丝喷头得到电纺纳米纤维，电纺纳米纤维和纳米材料喷雾能够在空中相互交汇，以使得纳米材料均匀的负载到电纺纳米纤维上，
(4)负载了纳米材料的电纺纳米纤维而在收集基材上形成均匀沉积的复合纳米材料薄膜。
本发明中，静电纺丝和纳米材料雾化同时进行，升降平台11和转动结构13的设置，使得电纺纳米纤维和纳米材料喷雾能够在空中相互交汇，以使得纳米材料均匀的负载到电纺纳米纤维上，进而在收集基材32上形成均匀沉积的复合纳米材料薄膜，电纺纳米纤维制备和纳米材料负载，一步成型，有效的提高了复合纳米材料薄膜的制备效率，同时本发明中，纳米材料在形成纳米材料喷雾时，经过气雾分散、气流分散的连续分散，纳米材料不易团聚，使得纳米材料能够均匀的分散到电纺纳米纤维上。
下面以氧化石墨烯(GO)改性聚偏氟乙烯(PVDF)复合膜的制备为例进行具体说明：
配制6％wtPVDF溶液，放置于纺丝供液泵中；准备纯水，放置于超声供液泵中；准备氧化石墨烯粉末，放置于纳米材料分散罐中。设置升降平台的高度和转动结构的角度，使静电纺丝装置处于理想位置。溶剂超声仓内设置超声波发生器，打开超声波发生器的电源开关，设置超声频率为50kHz。打开气泵，通过调压阀为静电纺丝喷头提供气压为0.2Mpa的气流；为溶剂超声仓提供气压为0.1Mpa的气流；为纳米材料分散罐提供气压为0.1Mpa的气流；为雾化喷头提供气压为0.2Mpa的气流。打开高压电源的电源开关，为静电纺丝喷头提供电压为30kV的高压静电。将收集基材离型纸设置在气垫平台上，打开气垫平台的电源开关，生成温度为80摄氏度的气流，使离型纸在气垫平台上以0.05m/min的速度在静电纺丝装置和纳米喷雾装置下运输。打开静电纺丝供液泵和超声供液泵的电源开关，开始供液并生PVDF纤维和氧化石墨烯溶液喷雾，通过上述高度和角度调整，使其均匀负载并沉积在离型纸上，通过上述高温气流烘干溶剂加速复合膜成型。可以一体化批量制备氧化石墨烯改性PVDF薄膜，使其具有更好的力学性能、耐热性、亲水性等，并增加抑菌性能。
上述一体成型方法和设备适应于各种多类材料复合的薄膜制备，通过物理方法解决纳米材料团聚问题，提高了纳米材料复合膜的成膜质量和应用范围。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (11)
1.一种多重材料复合的薄膜一体成型设备，其特征在于，包括：
机架，所述机架上设有升降平台和支撑平台，所述支撑平台位于升降平台下方，所述升降平台的下表面设有转动结构和固定结构；
纳米喷雾装置，所述纳米喷雾装置包括超声雾化喷头，所述超声雾化喷头固定在固定结构上，所述超声雾化喷头用于对纳米材料进行气雾分散和气流分散以向下喷出纳米材料喷雾；
静电纺丝装置，所述静电纺丝装置包括静电纺丝喷头和收集基材，所述静电纺丝喷头固定在转动结构上，所述转动结构用于调节静电纺丝喷头的倾斜角度，以使得静电纺丝喷头静电纺丝得到的电纺纳米纤维与所述纳米材料喷雾在空中相交汇；所述收集基材位于支撑平台上，所述升降平台用于调节纳米喷雾装置和静电纺丝喷头的高度，以使得所述电纺纳米纤维与所述纳米材料喷雾的交汇点位于收集基材上方。
2.如权利要求1所述的多重材料复合的薄膜一体成型设备，其特征在于，所述转动结构包括两个连接板和转动轴，两个所述连接板相对固定在升降平台两个侧边上，所述静电纺丝喷头的两端分别通过所述转动轴与连接板转动连接，所述转动轴上设有驱动装置。
3.如权利要求2所述的多重材料复合的薄膜一体成型设备，其特征在于，所述驱动装置为套设固定在转动轴上的转动手轮，所述转动手轮上设有锁定孔，所述锁定孔内设有与连接板相锁定的自锁螺丝。
4.如权利要求2所述的多重材料复合的薄膜一体成型设备，其特征在于，所述静电纺丝喷头上设有电纺进液口和电压接口，所述电压接口连接高压电源，所述电纺进液口连接纺丝供液泵，所述静电纺丝喷头的内部由上至下包括进液腔和气液混合腔，所述电纺进液口和电压接口设置在进液腔上方，所述进液腔和气液混合腔之间设有分隔板，所述分隔板上设有多个连通口，所述气液混合腔的侧面设有纺丝气流接口，所述气液混合腔的底面设有纺丝孔，所述分隔板和气液混合腔的底面均为向下凸出的弧形面。
5.如权利要求4所述的多重材料复合的薄膜一体成型设备，其特征在于，所述静电纺丝喷头包括盖板、所述分隔板、锁定环板和底壳，所述分隔板盖设在底壳上，所述分隔板和底壳之间形成所述气液混合腔，所述盖板盖设在分隔板上，所述盖板和分隔板之间形成所述进液腔，所述底壳的顶边周边相外凸出形成凸沿，所述锁定环板的内环侧面设有凸台，所述凸沿和凸台相卡合，所述锁定环板与盖板通过螺丝紧固件固定，所述电纺进液口和电压接口设置在盖板上，所述纺丝气流接口设置在底壳侧面。
6.如权利要求5所述的多重材料复合的薄膜一体成型设备，其特征在于，所述静电纺丝喷头设有固定组件，所述固定组件包括上夹板和下夹板，所述上夹板和下夹板的两端相固定，所述上夹板和下夹板之间设有固定腔，所述上夹板和下夹板上分别设有第一固定口和第二固定口，所述底壳穿过第二固定口，所述固定腔夹紧盖板和锁定环板，所述电纺进液口和电压接口位于第一固定口内，所述上夹板和下夹板的两端与转动轴相固定。
7.如权利要求4所述的多重材料复合的薄膜一体成型设备，其特征在于，所述超声雾化喷头包括溶剂超声仓、纳米材料分散罐、混合仓、连通流道和雾化喷头，所述溶剂超声仓和纳米材料分散罐均与混合仓连通，所述连通流道连通混合仓和雾化喷头，所述雾化喷头的侧面设有纳米气流接口，所述固定结构包括多个固定板，所述溶剂超声仓和纳米材料分散罐固定在固定板上。
8.如权利要求7所述的多重材料复合的薄膜一体成型设备，其特征在于，还包括气泵，所述气泵通过供气软管与纺丝气流接口、纳米气流接口、溶剂超声仓和纳米材料分散罐连通，所述供气软管上设有电磁阀和调压阀，所述溶剂超声仓连接有超声供液泵。
9.如权利要求8所述的多重材料复合的薄膜一体成型设备，其特征在于，所述支撑平台为气垫平台，所述收集基材设置在气垫平台上，所述气垫平台上设有进气孔，所述进气孔与所述气泵连通，所述气垫平台的上表面设有阵列排布的出气孔，所述气垫平台内部设有加热线圈，所述出气孔出气用于吹动收集基材在气垫平台上移动。
10.如权利要求1所述的多重材料复合的薄膜一体成型设备，其特征在于，所述机架包括四根矩阵式排列的立柱，所述立柱的侧面上设有升降滑轨，所述升降滑轨沿竖直方向延伸设置，所述升降平台的侧边上设有与升降滑轨相匹配的滑板，所述滑板上设有与升降滑轨相锁定的锁定螺丝。
11.一种多重材料复合的薄膜一体成型方法，其特征在于，应用权利要求1-10任一所述的多重材料复合的薄膜一体成型设备，包括如下步骤：
(1)准备纳米材料和静电纺丝溶液；
(2)通过升降平台设定纳米喷雾装置和静电纺丝喷头的高度，之后再通过静电纺丝装置设定静电纺丝喷头的角度；
(3)纳米材料经过纳米喷雾装置向下喷出纳米材料喷雾，静电纺丝溶液经过静电纺丝喷头得到电纺纳米纤维，电纺纳米纤维和纳米材料喷雾能够在空中相互交汇，以使得纳米材料均匀的负载到电纺纳米纤维上，
(4)负载了纳米材料的电纺纳米纤维而在收集基材上形成均匀沉积的复合纳米材料薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310074761.0A CN116219559A (zh) | 2023-01-16 | 2023-01-16 | 一种多重材料复合的薄膜一体成型方法及其设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310074761.0A CN116219559A (zh) | 2023-01-16 | 2023-01-16 | 一种多重材料复合的薄膜一体成型方法及其设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116219559A true CN116219559A (zh) | 2023-06-06 |
Family
ID=86588497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310074761.0A Pending CN116219559A (zh) | 2023-01-16 | 2023-01-16 | 一种多重材料复合的薄膜一体成型方法及其设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116219559A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120112389A1 (en) * | 2009-06-24 | 2012-05-10 | Technical Institute of Physics and Chemistry of the Chinese Academy of Sciences | Electrospinning membrane machine in warp and weft directions and application process thereof |
| CN104480546A (zh) * | 2015-01-19 | 2015-04-01 | 上海理工大学 | 一种具有角度对射的电纺并列轴纺丝头及应用 |
| CN105568401A (zh) * | 2015-12-12 | 2016-05-11 | 大连理工大学 | 一种超声雾化辅助静电纺丝技术 |
| CN110499535A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-11-26 | 武汉纺织大学 | 导电复合纤维纱及其连续制备方法和应用 |
| CN211570842U (zh) * | 2019-11-08 | 2020-09-25 | 青岛诺康环保科技有限公司 | 一种静电纺丝同嘴喷头 |
| KR20210147768A (ko) * | 2020-05-29 | 2021-12-07 | (주)티디엠 | 나노섬유시트 제조용 전기방사장치 |
| CN114071343A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-02-18 | 苏州华兴源创科技股份有限公司 | 音频设备的测试方法、测试装置及计算机设备 |
-
2023
- 2023-01-16 CN CN202310074761.0A patent/CN116219559A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120112389A1 (en) * | 2009-06-24 | 2012-05-10 | Technical Institute of Physics and Chemistry of the Chinese Academy of Sciences | Electrospinning membrane machine in warp and weft directions and application process thereof |
| CN104480546A (zh) * | 2015-01-19 | 2015-04-01 | 上海理工大学 | 一种具有角度对射的电纺并列轴纺丝头及应用 |
| CN105568401A (zh) * | 2015-12-12 | 2016-05-11 | 大连理工大学 | 一种超声雾化辅助静电纺丝技术 |
| CN110499535A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-11-26 | 武汉纺织大学 | 导电复合纤维纱及其连续制备方法和应用 |
| CN211570842U (zh) * | 2019-11-08 | 2020-09-25 | 青岛诺康环保科技有限公司 | 一种静电纺丝同嘴喷头 |
| KR20210147768A (ko) * | 2020-05-29 | 2021-12-07 | (주)티디엠 | 나노섬유시트 제조용 전기방사장치 |
| CN114071343A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-02-18 | 苏州华兴源创科技股份有限公司 | 音频设备的测试方法、测试装置及计算机设备 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 秦晓;赵磊;姚桂香;李桂付;姜为青;杨贺;刘华;何吉欢;祁宁;: "一种新型纳米纤维膜制备装置及系统的设计与开发", 产业用纺织品, no. 07, 25 July 2020 (2020-07-25) * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11014028B2 (en) | Method for preparation and activation of super-hydrophobic electret fiber material for cleaning PM2.5 | |
| US11331724B2 (en) | Apparatus and method for efficiently preparing ultrafine spherical metal powder by one-by-one droplets centrifugal atomization method | |
| JP4402695B2 (ja) | 上向式エレクトロスピニング装置及びこれを用いて製造されたナノ繊維 | |
| EP0952893B1 (en) | Device for manufacture of composite filtering material and method of its manufacture | |
| US8241537B2 (en) | Method for manufacturing polymeric fibrils | |
| CN106835304B (zh) | 一种静电纺丝-电动喷涂装置及其应用 | |
| CN102828260B (zh) | 一种离心式无针头静电纺丝装置 | |
| US20090102100A1 (en) | Fiber formation by electrical-mechanical spinning | |
| CN103846171B (zh) | 一种静电喷雾装置 | |
| CN109537073B (zh) | 一种利用溶液吹纺技术制备定向排列纤维的装置和方法 | |
| CN105369367B (zh) | 一种精密供液的无针喷头静电纺丝设备 | |
| Wang et al. | Electrospun poly (methyl methacrylate) nanofibers and microparticles | |
| CN104818537B (zh) | 旋转式双针头静电纺丝装置及其制备均匀纳米纤维膜方法 | |
| CN1219588C (zh) | 采用气溶胶法对纳米和微米颗粒材料进行分散与表面改性处理工艺 | |
| CN103451750A (zh) | 静电纺丝设备及制备中空纳米纤维的方法 | |
| CN116219559A (zh) | 一种多重材料复合的薄膜一体成型方法及其设备 | |
| CN109322061A (zh) | 一种纤维过滤膜制备装置及其制备方法 | |
| CN106048749B (zh) | 一种直线形槽状无针式静电纺丝装置及纺丝方法 | |
| CN110396770A (zh) | 一种溶喷式热固成型静电纺复合膜及其制备方法和应用 | |
| CN110344127A (zh) | 一种多孔聚偏氟乙烯/聚氧化乙烯微/纳米纤维的离心纺丝制备方法 | |
| CN105019054B (zh) | TiO2中空全介孔纳米纤维 | |
| CN217677772U (zh) | 一种纳米核壳结构材料制备装置 | |
| CN113737306B (zh) | 一种利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维及其应用 | |
| CN207811274U (zh) | 一种制备石墨烯颗粒的设备 | |
| CN106082334A (zh) | 一种BiVO4纳米带材料的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |