CN203096243U - 一种超声波辅助的静电纺丝纳米纤维制备装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型专利涉及静电纺丝纳米纤维制备设备，尤其涉及一种超声波辅助的静电纺丝纳米纤维制备装置。该制备装置包括用于发生超声波的超声波发生器、静电纺丝纺丝电极、静电纺丝接收电极、高压电源、排风系统、基材输送和收卷装置以及辊压装置等组成；其中静电纺丝电极和纺丝溶液放置在绝缘槽中，该绝缘槽放置于超声波发生器水浴中，接收电极位于纺丝电极上方，并与排风系统相连接，而且接收电极为多孔不锈钢板结构，在接收电极的表面通过基材输送和收卷装置提供静电纺丝接收基材，通过静电纺丝制备的纳米纤维无纺布与基材经辊压装置压轧，并经过收卷装置进行收卷。本实用新型的设备具有结构简单、使用方便的特点，可用于制备多种纳米纤维材料。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种纳米纤维制备装置，属无纺布纺织机械技术领域，具体涉及一种超声波辅助的静电纺丝纳米纤维制备装置，用于制备具有纳米纤维结构的无纺布材料。
背景技术
近些年来人们对纳米纤维的需求量不断增加，静电纺丝方法被认为是制备纳米纤维的简单有效的方法，1934年Formalas发明了用静电力制备聚合物纤维的实验装置并申请了专利，其专利公布了聚合物溶液如何在电极间形成射流，这是首次详细描述利用高压静电来制备纤维装置的专利，被公认为是静电纺丝技术制备纤维的开端。20世纪30年代到80年代期间，静电纺丝技术发展较为缓慢，科研人员大多集中在静电纺丝材料的研究上，发布了一系列的专利，但是尚未引起广泛的关注。进入90年代，美国阿克隆大学Reneker研究小组对静电纺丝工艺和应用展开了深入和广泛的研究。特别是近年来，随着纳米技术的发展，静电纺丝技术获得了快速发展，世界各国的科研界和工业界都对此技术表现出了极大的兴趣。目前已有近百种聚合物通过静电纺丝的方法成功制备纳米纤维材料，通过静电纺丝方法制备的纤维直径最小可以达到几十纳米，静电纺丝作为一种简便有效的可生产纳米纤维的新型加工技术，将在生物医用材料、过滤及防护、催化、能源、光电、食品工程、化妆品等领域发挥巨大作用。
静电纺丝技术在构筑一维纳米结构材料领域已发挥了非常重要的作用，应用静电纺丝技术已经成功的制备出了结构多样的纳米纤维材料。通过不同的制备方法，如改变喷头结构、控制实验条件等，可以获得实心、空心、核-壳结构的超细纤维或蜘蛛网状结构的二维纤维膜；通过设计不同的收集装置，可以获得单根纤维、纤维束、高度取向纤维或无规取向纤维膜等。但目前高通量的静电纺丝装备研究的较少，纺丝效率比较低，无法满足实际应用。
本发明基于静电纺丝的技术缺点，将超声波发生器和静电纺丝制备技术结合起来，发挥了聚合物溶液在超声波作用下形成微液滴的特点，克服了溶液的表面张力及液滴的重力，非常容易在高压电场作用下形成喷射液流，进而形成纳米纤维，提高了静电纺丝制备纳米纤维的效率。同时，本实用新型的设备具有结构简单、使用方便的特点，可用于制备多种纳米纤维材料。
发明内容
为了解决现有静电纺丝装置的技术缺点，将超声波发生器和静电纺丝制备技术结合起来，发挥了聚合物溶液在超声波作用下形成微液滴的特点，克服了溶液的表面张力及液滴的重力，非常容易在高压电场作用下形成喷射液流，进而形成纳米纤维，提高了静电纺丝制备纳米纤维的效率。
本实用新型通过以下技术方案来达到发明目的。
一种超声波辅助的静电纺丝纳米纤维制备装置，该制备装置由用于发生超声波的超声波发生器（1）、静电纺丝纺丝电极（4）、静电纺丝接收电极（7）、排风罩（8）、排风系统（9）、基材输送装置（6）和收卷装置（15）、高压电源（16）、以及辊压装置（14）组成；其中静电纺丝电极（4）和纺丝溶液（5）放置在绝缘槽（3）中，该绝缘槽（3）放置于超声波发生器水浴（2）中，接收电极（7）位于纺丝电极（4）上方，并与排风系统（9）相连接，在接收电极（7）的表面通过基材输送装置（6）和收卷装置（15）提供静电纺丝接收基材（10），通过静电纺丝制备的纳米纤维无纺布（12）与基材（10）经辊压装置压轧，形成纳米纤维层（13），并经过收卷装置（15）进行收卷。
其中，静电纺丝的纺丝溶液（5）在超声波发生器（1）产生的超声波作用下，在纺丝溶液表面形成微液滴，该微液滴在纺丝电极（4）和接收电极（7）高电场作用下，分散形成纳米纤维（11），并在排风系统作用下聚集到基材（10）上，进而形成纳米纤维无纺布（12）。静电纺丝的接收电极（7）为有利于气流通过的多孔不锈钢板结构，并与排风罩（8）一起连接在排风系统（9）上，该接收电极（7）及连接的排风罩（8）接地，而且超声波发生器（1）也接地。
附图说明
图1为本实用新型一种超声波辅助的静电纺丝装置示意图。
图2为超声波辅助静电纺丝装置接收电极示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。
实施例1：
如图1所示的一种超声波辅助的静电纺丝纳米纤维制备装置，该制备装置由用于发生超声波的超声波发生器（1）、静电纺丝纺丝电极（4）、静电纺丝接收电极（7）、排风罩（8）、排风系统（9）、基材输送装置（6）和收卷装置（15）、高压电源（16）、以及辊压装置（14）组成；其中静电纺丝电极（4）和纺丝溶液（5）放置在绝缘槽（3）中，该绝缘槽（3）放置于超声波发生器水浴（2）中，接收电极（7）位于纺丝电极（4）上方，并与排风系统（9）相连接，在接收电极（7）的表面通过基材输送装置（6）和收卷装置（15）提供静电纺丝接收基材（10），通过静电纺丝制备的纳米纤维无纺布（12）与基材（10）经辊压装置压轧，形成纳米纤维层（13），并经过收卷装置（15）进行收卷。
其中，静电纺丝的纺丝溶液（5）在超声波发生器（1）发生的超声波作用下，在纺丝溶液表面形成微液滴，该微液滴在纺丝电极（4）和接收电极（7）高电场作用下，分散形成纳米纤维（11），并在排风系统作用下聚集到基材（10）上，进而形成纳米纤维无纺布（12）。
用上述的超声波辅助的静电纺丝纳米纤维制备装置，超声波发生器的功率为500 W，超声波频率为60 kHz，静电纺丝溶液为聚偏氟乙烯溶解于N,N-二甲基甲酰胺：丙酮（质量比4:1）混合溶液，溶液的质量百分比浓度为7%，在电压为55 kV纺丝电压下进行静电纺丝，接收基材为聚丙烯纺粘无纺布，可以高效的制备聚偏氟乙烯纳米纤维。
Claims (2)
1.一种超声波辅助的静电纺丝纳米纤维制备装置，其特征在于：该装置由用于发生超声波的超声波发生器（1）、静电纺丝纺丝电极（4）、静电纺丝接收电极（7）、排风罩（8）、排风系统（9）、基材输送装置（6）和收卷装置（15）、高压电源（16）、以及辊压装置（14）组成；其中静电纺丝电极（4）和纺丝溶液（5）放置在绝缘槽（3）中，该绝缘槽（3）放置于超声波发生器水浴（2）中，接收电极（7）位于纺丝电极（4）上方，并与排风系统（9）相连接，在接收电极（7）的表面通过基材输送装置（6）和收卷装置（15）提供静电纺丝接收基材（10），通过静电纺丝制备的纳米纤维无纺布（12）与基材（10）经辊压装置压轧，形成纳米纤维层（13），并经过收卷装置（15）进行收卷。
2.根据权利要求1所述的一种超声波辅助的静电纺丝纳米纤维制备装置，其特征在于：静电纺丝的接收电极（7）为有利于气流通过的多孔不锈钢板结构，分布于不锈钢板的孔径尺寸为2-5毫米，并与排风罩（8）一起连接在排风系统（9）上，该接收电极（7）及连接的排风罩（8）接地，而且超声波发生器（1）也接地。
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