CN207244137U - 一种制备蓬松弹性三维微纳米纤维材料的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制备蓬松弹性三维微纳米纤维材料的装置，包括梳理机、空气放大器、空压机、负压箱、负压发生器、负压成网帘以及静电纺丝机；负压发生器与负压箱连通，负压成网帘设于负压箱上；空压机与空气放大器相连，用于产生压缩气流；空气放大器与梳理机连通；静电纺丝机包括输液装置、高压电源、接收装置以及纺丝喷头；纺丝喷头设于负压成网帘的上方，接收装置为带孔接收板，带孔接收板位于负压成网帘的下方，高压电源的正极与纺丝喷头电连接，负极与带孔接收板电连接。本实用新型的制备蓬松弹性三维微纳米纤维材料的装置，能在干态条件下制备得到具有高孔隙率、低密度、高比表面积的蓬松弹性三维微纳米纤维材料。

Description

一种制备蓬松弹性三维微纳米纤维材料的装置

技术领域

本实用新型涉及制备纤维材料的设备领域，具体涉及一种制备蓬松弹性三维微纳米纤维材料的装置。

背景技术

静电纺丝又称电纺，早在1930年美国专利US1975504就已报道过静电纺丝法，于1993年这一技术才被定义为静电纺丝技术。近年来，随着纳米科技的升温，静电纺丝技术已经成为当今最热门的研究领域之一，目前已有50多种聚合物成功通过静电纺丝法制得超细纤维，制得的纤维直径一般在几十纳米至1μm之间，最小直径可达1nm。静电纺丝的原理可以简述为，在高压静电场中，聚合物溶液或熔体在电场力的作用下，从毛细管末端形成细流飞向接收装置，细流在达到接收装置前产生高度拉伸，溶液中的溶剂蒸发或熔体固化，最后在接收装置上形成超细纤维。静电纺丝制备的纳米纤维直径小，比表面积大，在很多领域有着很大的应用潜力。

高孔隙率、低密度、大比表面积的蓬松纳米纤维材料是当前纳米纤维技术发展的一个方向，该材料在隔热保温、吸音、减震、过滤、吸附、储能、航空航天、电子、催化及生物工程等领域具有极大的应用价值。然而，受限于纤维的收集方法，由静电纺丝制备的纳米纤维结构通常为随机堆积而成的致密纳米纤维膜，很难形成蓬松的三维结构。

制备具有弹性的蓬松纤维结构，必须满足多个条件。首先，纤维结构必须蓬松，有较高的孔隙率。其次，纤维材料自身要有一定弹性，在受力情况下不会断裂。再次，纤维之间必须有固结点，保证纤维在受力状态下不会产生相互之间的滑移，从而保障宏观结构的弹性，在外力作用下不会坍塌。

目前，关于制备具有弹性的蓬松纤维结构，已有相关的文献报导。如申请号为CN102206883A的中国专利公开了通过改进静电纺丝接收器的方式，得到了为蓬松度为10^-4～10^-1g/cm的纳米纤维材料；申请号为CN104372422A的中国专利公开了通过改变纺丝方法和接收方法，制备出了蓬松絮片状聚合物超细纳米纤维。以上方法制备的纳米纤维结构在蓬松性上都有了很大的改进，但纤维之间的接触处没有牢固黏合点，材料在外力作用的情况下会产生滑移导致宏观结构坍塌。申请号为CN106757528A的中国专利制备了密度为几十毫克每立方厘米的蓬松二氧化硅纳米纤维结构，并通过高温钙化将其交联固结，但该方法不具有普适性，而且经高温固结后的二氧化硅纳米纤维缺乏弹性。

Si等人[Si Y.,Yu J.Y.,Tang X.M.et al.Ultralight nanofibre-assembledcellular aerogels with superelasticity and multifunktionality.Nat Commun,2014,5:5802]将静电纺丝制备的纳米纤维分散在溶剂中，经冻干和交联后制得纳米纤维材料，该材料具有良好的蓬松性和弹性。Huang等人[Huang Y.,Lai F.,Zhang L.,Liu H.,Miao Y.and Liu T.Elastic Carbon Aerogels Reconstructed from ElectrospunNanofibers and Graphene as Three-Dimensional Networked Matrix for EfficientEnergy Storage/Conversion，Scientific Reports|6:31541]采用类似方法制备了碳纳米纤维与石墨烯混合的纤维材料，并将其用在能源转换和储存领域。以上方法均属于湿法成型的范畴，需要先将纤维分散在溶液里，再将溶液冷冻干燥，无论是纤维分散还是冷冻干燥都是耗能耗时的工艺，而且不易规模化量产。有鉴如此，虽然上述方法可以制备具有良好蓬松性和弹性的纳米纤维材料，但制备工序复杂，不易进行批量化生产。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种制备蓬松弹性三维微纳米纤维材料的装置，该制备装置能在干法气态条件下制备得到具有高孔隙率、低密度、高比表面积的蓬松弹性三维微纳米纤维材料，且制备得到的纤维材料具有良好的蓬松性能、弹性和宏观力学性能。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种制备蓬松弹性三维微纳米纤维材料的装置，包括梳理机、空气放大器、空压机、负压箱、负压发生器、负压成网帘以及静电纺丝机；

所述负压发生器与负压箱连通，所述负压成网帘设于负压箱上；所述梳理机用于对纤维进行开松梳理；所述空压机与空气放大器相连，用于产生压缩气流；所述空气放大器与所述梳理机连通，用于将经开松梳理后的纤维输送到负压成网帘上成网；

所述静电纺丝机包括输液装置、高压电源、接收装置以及连接于输液装置上的纺丝喷头；所述纺丝喷头设于负压成网帘的上方，所述接收装置为带孔接收板，所述带孔接收板位于负压成网帘的下方，所述高压电源的正极与纺丝喷头电连接，负极与带孔接收板电连接。

进一步的，上述制备蓬松弹性三维微纳米纤维材料的装置还设有传送装置、热处理设备和收卷装置，所述传送装置用于传送纤维网；所述热处理设备设于收卷装置之前，用于对纤维网进行热处理；所述收卷装置用于收卷热处理后的纤维网。

进一步的，所述热处理设备为超声波压纹设备、热压设备、热轧设备或热风设备。

进一步的，所述传送装置上还设有对辊，所述对辊用于将纤维网辊压至一定的厚度。

进一步的，所述负压发生器为离心风机。

本实用新型的有益效果是:

本实用新型的制备蓬松弹性三维微纳米纤维材料的装置，能将新兴的纳米纤维静电纺丝技术与传统的纤维开送输送技术相结合，以在线混合的方式将较粗的微米纤维和静电纺丝产生的纳米纤维在气态条件下实现均匀混合，得到具有高孔隙率、低密度、高比表面积的蓬松弹性三维微纳米纤维材料，并且更加节能、快捷，生产成本低，易于批量化生产。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术中的技术方案，下面将对实施例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是根据本实用新型的蓬松弹性三维微纳米纤维材料制备装置一种实施方式的结构示意图；

图2-图4是采用本实用新型的制备装置制备得到的三维微纳米纤维材料的光学显微镜图片；

其中：1、梳理机；2、空气放大器；3、空压机；4、输液装置；5、纺丝喷头；6、高压电源；7、负压成网帘；8、带孔接收板；9、负压箱；10、对辊；11、热处理设备；12、收卷机；13、离心风机；14、传送装置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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。

图1为本实用新型蓬松弹性三维微纳米纤维材料制备装置的一种实施方式的结构示意图。从图1中可以看出，该制备装置包括梳理机1、空气放大器2、空压机3、负压箱9、负压发生器、负压成网帘7以及静电纺丝机；

具体的，负压发生器与负压箱9连通，使得负压箱9中产生负压，在本实施例中，负压发生器为离心风机13。负压成网帘7设于负压箱9上，其用于收集微米纤维和纳米纤维。空压机3与空气放大器2相连，用于产生压缩气流。梳理机1用于对微米纤维进行开松梳理，空气放大器2与梳理机1连通，空气放大器2由压缩气流驱动，能将开松梳理后的微米纤维吸入并输送到负压成网帘7上成网。由于负压箱9的存在，使得负压成网帘7上下形成压差，从而驱动微米纤维飞向并沉积到负压成网帘7上。

静电纺丝机包括输液装置4、高压电源6、接收装置以及连接于输液装置4上的纺丝喷头5。本实施例中，纺丝喷头5设于负压成网帘7的正上方，在有些实施方式中，纺丝喷头5不限于设于负压成网帘7的正上方。接收装置为带孔接收板8，该带孔接收板8位于负压成网帘7的下方，高压电源6的正极与纺丝喷头5电连接，负极与带孔接收板8电连接，在纺丝喷头5与带孔接收板8之间形成高压电场，在高压电场的作用下，带电的纳米纤维飞向位于带孔接收板8上的负压成网帘7。在此过程中，纳米纤维与经空气放大器2导出的微米纤维在负压成网帘7上实现混合成网，形成结构均匀的纤维层。

进一步的，该制备装置还设有传送装置14和收卷装置，其中传送装置14用于传送制备好的纤维网；收卷装置用于收卷得到的纤维网，本实施例中，该收卷装置为收卷机12。

进一步的，该制备装置还设有热处理设备11，热处理设备11设于收卷装置之前。当纤维网中含有低熔点热熔纤维时，通过热处理设备11对纤维材料进行热处理，使得热熔纤维表面熔化，冷却固化后在纤维搭接处形成粘结点，保证了纤维之间的相互粘合，使得纤维材料加固定型。在可选的实施方式中，热处理设备11可为超声波压纹设备、热压设备、热轧设备、热风设备等。

进一步的，在传送装置14上还设有对辊10，该对辊10用于将纤维网辊压至限定的厚度。

本实用新型的制备蓬松弹性三维微纳米纤维材料的装置，能将新兴的纳米纤维静电纺丝技术与传统的纤维开送输送技术相结合，以在线混合的方式将较粗的微米纤维和静电纺丝产生的纳米纤维在气态条件下实现均匀混合，得到具有高孔隙率、低密度、高比表面积的蓬松弹性三维微纳米纤维材料(见图2-图4)。

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 (5)

1.一种制备蓬松弹性三维微纳米纤维材料的装置，其特征在于，包括梳理机、空气放大器、空压机、负压箱、负压发生器、负压成网帘以及静电纺丝机；

所述负压发生器与负压箱连通，所述负压成网帘设于负压箱上；所述梳理机用于对纤维进行开松梳理；所述空压机与空气放大器相连，用于产生压缩气流；所述空气放大器与所述梳理机连通，用于将经开松梳理后的纤维输送到负压成网帘上成网；

所述静电纺丝机包括输液装置、高压电源、接收装置以及连接于输液装置上的纺丝喷头；所述纺丝喷头设于负压成网帘的上方，所述接收装置为带孔接收板，所述带孔接收板位于负压成网帘的下方，所述高压电源的正极与纺丝喷头电连接，负极与带孔接收板电连接。

2.如权利要求1所述的制备蓬松弹性三维微纳米纤维材料的装置，其特征在于，还设有传送装置、热处理设备和收卷装置，所述传送装置用于传送纤维网；所述热处理设备设于收卷装置之前，用于对纤维网进行热处理；所述收卷装置用于收卷热处理后的纤维网。

3.如权利要求2所述的制备蓬松弹性三维微纳米纤维材料的装置，其特征在于，所述热处理设备为超声波压纹设备、热压设备、热轧设备或热风设备。

4.如权利要求2所述的制备蓬松弹性三维微纳米纤维材料的装置，其特征在于，所述传送装置上还设有对辊，所述对辊用于将纤维网辊压至一定的厚度。

5.如权利要求1所述的制备蓬松弹性三维微纳米纤维材料的装置，其特征在于，所述负压发生器为离心风机。