CN205329216U - 一种制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置，包括气泡发生器，位于所述气泡发生器正前方的纤维接收装置，分别与气泡发生器连通的储液池及气泵，所述储液池通过导液管向气泡发生器内输入溶液，所述气泵通过导气管向气泡发生器内供气，所述气泡发生器周边还均匀分布有装载有纳米颗粒的喷涂枪，喷涂枪倾斜设置，喷出的颗粒流相交于气泡发生器出口位置处，与气泡发生器的射流相混合后喷射至纤维接收装置上，通过直接采用气泡发生器与气泵的配合实现气泡纺丝的目的，无需采用静电作用，避免了传统静电纺丝和气泡静电纺丝的高压静电引起的静电污染和潜在危险，实现安全生产。而且，通过使用喷涂枪匀速喷涂纳米颗粒，不仅可以促使气泡破裂，还能与射流充分混合制备纳米复合纤维，提高纳米复合纤维的质量。该装置结构简单、操作方便、工艺流程短，为纳米复合纤维的规模化生产奠定基础。

Description

一种制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置

技术领域

本实用新型涉及气泡纺丝技术领域，具体涉及一种制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置。

背景技术

气泡静电纺丝是通过外力作用将熔溶体或溶液产生的气泡或液膜纺成纳米材料的一种新工艺，生产的纳米材料主要包括光滑的纳米材料、珠纤维、纳米多孔材料、纳米颗粒、纳米卷取材料和纳米纱。

气泡静电纺丝是近几年被实用新型的一种纺丝新方法，该方法可以批量生产纳米纤维，然而却没有改变“静电”作为纺丝动力的基本特征，从而不可避免地引起静电污染。特别对于高粘性溶液，为了得到纳米纤维，必须加很高的静电电压才能完成纺丝。这不仅对实验室人员的生命安全造成威胁，还有可能因静电污染使空气中的静电放电，引起火灾或爆炸，对工业生产及生活造成较大影响。

现有技术在制备纳米复合纤维时，常用方法是先把纳米颗粒分散在高聚物溶液中，然后再进行纺丝。该方法的缺点是在进行混合时纳米颗粒很容易团聚，导致纳米颗粒在纳米纤维中的分布不均，降低了纳米纤维的质量，并且限制了它的应用领域。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种新型气泡纺丝装置，实现在无静电作用下完成纺丝的同时，使得纳米颗粒与溶液充分混合，保证纳米复合纤维的均匀度，实现安全生产。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置，通过直接采用气泡发生器与气泵的配合实现气泡纺丝的目的，无需采用静电作用，避免了高压静电引起的静电污染和潜在危险，实现安全生产，而且，通过使用喷涂枪匀速喷涂纳米颗粒，不仅可以促使气泡破裂，还能与射流充分混合制备纳米复合纤维，提高纳米复合纤维的质量。

根据本实用新型的目的提出的一种制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置，包括气泡发生器，位于所述气泡发生器正前方的纤维接收装置，分别与气泡发生器连通的储液池及气泵，所述储液池通过导液管向气泡发生器内输入溶液，所述气泵通过导气管向气泡发生器内供气，所述气泡发生器周边还均匀分布有装载有纳米颗粒的喷涂枪，喷涂枪倾斜设置，喷出的颗粒流相交于气泡发生器出口位置处，与气泡发生器的射流相混合后喷射至纤维接收装置上。

优选的，所述喷涂枪以气泡发生器为中心呈环形阵列分布。

优选的，所述喷涂枪为对称设置的偶数个。

优选的，所述喷涂枪倾斜设置，其与水平面夹角呈30-60度。

优选的，所述喷涂枪与水平面夹角呈45度。

优选的，所述喷涂枪的枪头口径为1mm-10mm。

优选的，所述喷涂枪内纳米颗粒粒径为1nm-50nm，且浓度均匀。

优选的，所述纤维接收装置为接收板或接收辊筒，所述接收辊筒匀速转动。

与现有技术相比，本实用新型公开的制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置的优点是：

通过直接采用气泡发生器与气泵的配合实现气泡纺丝的目的，无需采用静电作用，避免了传统静电纺丝和气泡静电纺丝的高压静电引起的静电污染和潜在危险，实现安全生产。

而且，通过使用喷涂枪匀速喷涂纳米颗粒，不仅可以促使气泡破裂，还能与射流充分混合制备纳米复合纤维，提高纳米复合纤维的质量。

该装置结构简单、操作方便、工艺流程短，为纳米复合纤维的规模化生产奠定了基础。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型公开的气泡纺丝装置实施例1的结构示意图。

图2为本实用新型公开的气泡纺丝装置实施例2的结构示意图。

图3为喷涂枪的俯视图。

图中的数字或字母所代表的相应部件的名称：

1、气泡发生器2、接收板3、储液池4、导液管5、气泵6、导气管7、喷涂枪8、接收辊筒9、支架

具体实施方式

气泡静电纺丝是近几年被实用新型的一种纺丝新方法，该方法可以批量生产纳米纤维，然而却没有改变“静电”作为纺丝动力的基本特征，从而不可避免地引起静电污染。特别对于高粘性溶液，为了得到纳米纤维，必须加很高的静电电压才能完成纺丝。这不仅对实验室人员的生命安全造成威胁，还有可能因静电污染使空气中的静电放电，引起火灾或爆炸，对工业生产及生活造成较大影响。而且现有技术在制备纳米复合纤维时，常用方法是先把纳米颗粒分散在高聚物溶液中，然后再进行纺丝。该方法的缺点是在进行混合时纳米颗粒很容易团聚，导致纳米颗粒在纳米纤维中的分布不均，降低了纳米纤维的质量，并且限制了它的应用领域。

本实用新型针对现有技术中的不足，提供了一种制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置，通过直接采用气泡发生器与气泵的配合实现气泡纺丝的目的，无需采用静电作用，避免了高压静电引起的静电污染和潜在危险，实现安全生产，而且，通过使用喷涂枪匀速喷涂纳米颗粒，不仅可以促使气泡破裂，还能与射流充分混合制备纳米复合纤维，提高纳米复合纤维的质量。

下面将通过具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置，包括气泡发生器1，位于气泡发生器1正前方的纤维接收装置，分别与气泡发生器1连通的储液池3及气泵5，储液池3通过导液管4向气泡发生器1内输入溶液，其中该溶液为用以形成纳米纤维的高聚物溶液。气泵5通过导气管6向气泡发生器1内供气，通过向气泡发生器内供气，在气泡发生器的作用下其内部液面出现有规律且稳定的单个气泡，随着气泡破裂产生射流射向纤维接收装置形成纳米纤维。

气泡发生器1周边还均匀分布有装载有纳米颗粒的喷涂枪7，喷涂枪倾斜设置，喷出的颗粒流相交于气泡发生器1出口位置处，与气泡发生器的射流相混合后喷射至纤维接收装置上。混合后的纤维束在纤维接收装置上形成纳米复合纤维。

喷涂枪以气泡发生器为中心呈环形阵列分布。喷涂枪为对称设置的偶数个。本申请中优选为4个，4个喷涂枪对称设置，相对喷射，防止喷出的纳米颗粒散落。其中喷涂枪的数量也可为奇数个，多个喷涂枪呈环形阵列分布，喷出的纳米颗粒流聚集于气泡发生器出口位置处，喷涂枪数量还可为3、5、6或多个，具体根据使用需要设定，在此不做限制。

喷涂枪倾斜设置，其与水平面夹角呈30-60度。本申请中喷涂枪与水平面夹角优选为呈45度。保证各个喷涂枪喷射束汇交于气泡发生器出口位置处即气泡发生器射流的底部，保证纳米颗粒均匀与溶液相混合。

喷涂枪的枪头口径为1mm-10mm。

喷涂枪内纳米颗粒粒径为1nm-50nm，且浓度均匀。

喷涂枪内的纳米颗粒为纳米氧化铁、纳米四氧化三铁、纳米氧化铒或碳纳米管等，具体材料根据需要设定。

一种制备纳米复合纤维的气泡纺丝方法，采用制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置，具体步骤如下：

S1：以气泡发生器为中心在气泡发生器周围均匀设置多个喷涂枪，所述喷涂枪内预填充有纳米颗粒，填充的纳米颗粒为纳米氧化铁、纳米四氧化三铁、纳米氧化铒或碳纳米管；

S2：工作时，首先将储液池中的溶液通过导液管注入到气泡发生器中，保证液面到达设定位置；

S3：打开气泵，通过导气管向气泡发生器中供气，开始气压较低，把导气管中的流入液体慢慢推动至气泡发生器内，再缓慢加大气压，使液面出现有规律且稳定的单个气泡，并伴随着气泡破裂，此时，旋开喷涂枪，枪头朝向气泡发生器的射流底部，调节喷涂速度，使纳米颗粒与破裂射流充分混合，依靠喷涂枪的喷射力，射流充分拉伸变细，射向纤维接收装置，沉积固化形成大量纳米复合纤维。

实施例1

请参见图1与图3，纤维接收装置为接收板2。

工作时，首先将储液池中的溶液通过导液管注入到气泡发生器中，保证液面到达设定位置(如图1中虚线位置)；打开气泵，通过导气管向气泡发生器中供气，开始气压较低，把导气管中的流入液体慢慢推动至气泡发生器内，再缓慢加大气压，使液面出现有规律且稳定的单个气泡，并伴随着气泡破裂，此时，旋开喷涂枪，枪头朝向气泡发生器的射流底部，调节喷涂速度，使纳米颗粒与破裂射流充分混合，依靠喷涂枪的喷射力，射流充分拉伸变细，射向纤维接收板，沉积固化形成大量纳米复合纤维。

实施例2

请参见图2与图3，纤维接收装置为接收辊筒8，接收辊筒匀速转动。

工作时，首先将储液池中的溶液注入到气泡发生器中(液面如图2中虚线位置)；打开气泵，开始气压较低，把导气管中的液体慢慢排出，再缓慢加大气压，使液面出现有规律且稳定的单个气泡，并伴随着气泡破裂，此时，打开接收辊筒，使其匀速旋转；再旋开喷涂枪，枪头朝向射流底部，调节喷涂速度，使纳米颗粒与破裂射流充分混合，依靠喷涂枪的喷射力，射流充分拉伸变细，射向接收辊筒，接收辊筒在转动过程中，不仅使纤维卷绕于接收辊筒上，还对纤维产生牵伸作用，与喷涂枪结合形成双重拉伸，有益于增强纳米复合纤维的机械性能。

实施例3

其余与实施例1或2相同，不同之处在于，喷涂枪内预填充有纳米颗粒，填充的纳米颗粒为纳米氧化铁。喷涂枪的枪头口径为1mm。喷涂枪内纳米颗粒粒径为1nm，且浓度均匀。

实施例4

其余与实施例1或2相同，不同之处在于，喷涂枪内预填充有纳米颗粒，填充的纳米颗粒纳米四氧化三铁。喷涂枪的枪头口径为3mm。喷涂枪内纳米颗粒粒径为10nm，且浓度均匀。

实施例5

其余与实施例1或2相同，不同之处在于，喷涂枪内预填充有纳米颗粒，填充的纳米颗粒为纳米氧化铒。喷涂枪的枪头口径为5mm。喷涂枪内纳米颗粒粒径为20nm，且浓度均匀。

实施例6

其余与实施例1或2相同，不同之处在于，喷涂枪内预填充有纳米颗粒，填充的纳米颗粒为碳纳米管。喷涂枪的枪头口径为7mm。喷涂枪内纳米颗粒粒径为30nm，且浓度均匀。

此外，喷涂枪7固定设置于支架9上，在使用时还可将固定喷涂枪的支架做成一体结构，或者多个支架相互连接固定，通过驱动机构带动支架及其上的喷涂枪圆周转动，实现在喷涂枪喷射纳米颗粒的同时以气泡发生器为中心公转，实现喷射均匀。

本实用新型公开了一种制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置及气泡纺丝方法，通过直接采用气泡发生器与气泵的配合实现气泡纺丝的目的，无需采用静电作用，避免了传统静电纺丝和气泡静电纺丝的高压静电引起的静电污染和潜在危险，实现安全生产。

而且，通过使用喷涂枪匀速喷涂纳米颗粒，不仅可以促使气泡破裂，还能与射流充分混合制备纳米复合纤维，提高纳米复合纤维质量。

该装置结构简单、操作方便、工艺流程短，为纳米复合纤维的规模化生产奠定基础。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置，其特征在于，包括气泡发生器，位于所述气泡发生器正前方的纤维接收装置，分别与气泡发生器连通的储液池及气泵，所述储液池通过导液管向气泡发生器内输入溶液，所述气泵通过导气管向气泡发生器内供气，所述气泡发生器周边还均匀分布有装载有纳米颗粒的喷涂枪，喷涂枪倾斜设置，喷出的颗粒流相交于气泡发生器出口位置处，与气泡发生器的射流相混合后喷射至纤维接收装置上。

2.如权利要求1所述的制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置，其特征在于，所述喷涂枪以气泡发生器为中心呈环形阵列分布。

3.如权利要求1所述的制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置，其特征在于，所述喷涂枪为对称设置的偶数个。

4.如权利要求1所述的制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置，其特征在于，所述喷涂枪倾斜设置，其与水平面夹角呈30-60度。

5.如权利要求4所述的制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置，其特征在于，所述喷涂枪与水平面夹角呈45度。

6.如权利要求1所述的制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置，其特征在于，所述喷涂枪的枪头口径为1mm-10mm。

7.如权利要求1所述的制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置，其特征在于，所述喷涂枪内纳米颗粒粒径为1nm-50nm，且浓度均匀。

8.如权利要求1所述的制备纳米复合纤维的气泡纺丝装置，其特征在于，所述纤维接收装置为接收板或接收辊筒，所述接收辊筒匀速转动。