專利名稱：一種溶劑環(huán)流靜電紡絲裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及聚合物超細纖維的制備領域，特別是涉及一種溶劑環(huán)流靜電紡絲裝置。
背景技術：
高壓靜電紡絲技術是一種自上而下(top-down)的納米制造技術，通過外加電場 力克服噴頭尖端液滴的液體表面張力和粘彈力而形成射流，在靜電斥力、庫侖力和表面張 力共同作用下，被霧化后的液體射流被高頻彎曲、拉延、分裂，在幾十毫秒內(nèi)被牽伸千萬倍， 經(jīng)溶劑揮發(fā)或熔體冷卻在接收端得到納米級纖維。該技術工藝過程簡單、操控方便、選擇材 料范圍廣泛、可控性強、并且可以通過噴頭設計制備具有微觀結構特征的納米纖維，被認為 是最有可能實現(xiàn)連續(xù)納米纖維工業(yè)化生產(chǎn)的一種方法，應用該技術制備功能納米纖維具有 良好的前景。但是到目前為止，幾乎所有的文獻報道的紡絲工藝都是在大氣環(huán)境下進行納米纖 維制備。如在制備25%聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的單紡時，通常采用削平的針頭(1號不銹鋼 注射針頭，內(nèi)徑1.0mm)作為噴射細流的毛細管，高壓發(fā)生器(ZGF2000型，上海蘇特電器有 限公司)，用以控制紡絲液流量的微量注射泵(美國Cole-Parmer 公司)，和用以接收纖維鋁 箔平板。紡絲液是將25. 0g PVP K60粉末在常溫下分散于100毫升無水乙醇中，然后在搖 床中振搖成淡黃色均勻透明液體，在大氣中進行高壓靜電紡絲，制備納米纖維膜。在以下工 藝條件參數(shù)下進行紡織微量注射泵的流速為1.0mL/h，鋁箔平板離紡絲頭距離為15cm，高 壓發(fā)生器的電壓為12kV，環(huán)境溫度為(23士 1)°C，環(huán)境濕度為62士4%，制備時由于聚合物 紡絲液的溶劑在大氣中的快速揮發(fā)，常常會造成紡絲頭堵塞，中斷紡絲過程、影響聚合物納 米纖維的質量。對于該問題的解決，目前還未發(fā)現(xiàn)相關報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種溶劑環(huán)流靜電紡絲裝置，解決電紡過程中 紡絲頭堵塞問題，制備聚合物超細纖維，并提高電紡工藝產(chǎn)率。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種溶劑環(huán)流靜電紡絲裝置， 包括雙通道軸流注射泵、導管、金屬紡絲頭、高壓發(fā)生器和纖維收集板，所述的雙通道軸流 注射泵中的一個軸流注射器內(nèi)放有聚合物紡絲液，另一個軸流注射器內(nèi)放有環(huán)流溶劑；所 述的放有環(huán)流溶劑的軸流注射器與導管相連；所述的放有聚合物紡絲液的軸流注射器與金 屬紡絲頭相連；所述的金屬紡絲頭穿過所述的導管側壁，并與導管形成同軸紡絲頭結構； 所述的同軸紡絲頭結構下方設有所述的纖維收集板；所述的高壓發(fā)生器一端通過高壓接頭 與所述的金屬紡絲頭相連，另一端與所述的纖維收集板相連并接地。所述的導管為硅膠管。所述的金屬紡絲頭通過鱷魚鉗與所述的高壓接頭相連。所述的纖維收集板為鋁箔平板。
所述的聚合物紡絲液是聚乙烯吡咯烷酮粉末在常溫下分散在無水乙醇中用搖床 振搖而成；所述的環(huán)流溶劑為N，N- 二甲基乙酰胺。有益效果由于采用了上述的技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下的優(yōu)點和積極效 果(1)采用本發(fā)明制備聚合物纖維，工藝簡單，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。(2)因為環(huán)流溶劑能夠 潤滑紡絲頭，阻止聚合物的析出與粘連，還能夠有效阻止聚合物紡絲液溶劑的過早揮發(fā)而 引起的射流表面固化效應，因此本發(fā)明解決紡絲頭易堵塞和電紡產(chǎn)率低等問題，能夠對高 濃度聚合物紡絲液進行紡絲。(3)本發(fā)明所制得超細纖維結構均勻表面光滑。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖；圖2是本發(fā)明的同軸紡絲頭結構示意圖；圖3是采用本發(fā)明制備的纖維的掃描電鏡圖；圖4是采用本發(fā)明制備的纖維的直徑分布圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定 的范圍。如圖1所示，一種溶劑環(huán)流靜電紡絲裝置，包括雙通道軸流注射泵1、導管2、金屬 紡絲頭3、高壓發(fā)生器4和纖維收集板5。所述的雙通道軸流注射泵1中的一個軸流注射器 內(nèi)放有聚合物紡絲液，另一個軸流注射器內(nèi)放有環(huán)流溶劑，可通過兩個選擇不同體積的軸 流注射器來控制環(huán)流溶劑與聚合物紡絲液的流量比。其中，放有環(huán)流溶劑的軸流注射器與 導管2相連，所述的放有聚合物紡絲液的軸流注射器與金屬紡絲頭3相連。如圖2所示，所 述的金屬紡絲頭3穿過所述的導管2側壁，并與導管2形成同軸紡絲頭結構。所述的同軸 紡絲頭結構下方設有所述的纖維收集板5。所述的高壓發(fā)生器4 一端通過高壓接頭與所述 的金屬紡絲頭3相連，另一端與所述的纖維收集板5相連并接地。在該裝置中，導管2采用 高彈性的硅膠管；纖維收集板為鋁箔平板；高壓接頭通過鱷魚鉗直接與金屬紡絲頭3相連 接。需要說明的是，在本發(fā)明中可以采用兩個單通道軸流注射泵代替雙通道軸流注射泵，在 使用時只需對裝有環(huán)流溶劑和聚合物紡絲液的兩個單通道軸流注射泵的流量分別進行調 控即可。下面簡單介紹采用本發(fā)明從30% PVP中制備纖維的過程。首先，將30. 0g PVP K60 粉末在常溫下分散于100毫升無水乙醇中，之后在搖床中振搖成30%淡黃色均勻透明紡絲 液。接著，將該30%淡黃色均勻透明紡絲液裝入雙通道軸流注射泵中的一個軸流注射器內(nèi) 作為聚合物紡絲液，再將N，N-二甲基乙酰胺裝入雙通道軸流注射泵中的另一個軸流注射 器內(nèi)作為環(huán)流溶劑。然后，將鋁箔平板放置在噴絲口(即由金屬紡絲頭與導管形成的同軸 紡絲頭結構)下方15cm處，連接高壓發(fā)生器，并將其電壓設為12kV。最后，打開電源制備超 細PVP纖維，此時的環(huán)境溫度為(23士 1)°C，環(huán)境濕度為62士4%。在制備過程中，雙通道軸流注射泵推進速率為lcm/h，并可采用兩個不同體積的注射器來調控聚合物紡絲液和環(huán)流 溶劑的相對流量。如裝有聚合物紡絲液的注射器體積為10ml，裝有環(huán)流溶劑的注射器體積 為1、2、5和10ml，也就是說，環(huán)流溶劑和聚合物紡絲液的流量比分別為0. 1 1 0.2 1、 0.5 1 和 1 1。 在上述條件下，應用溶劑環(huán)流高壓靜電紡絲工藝制備得到的纖維進行表面噴金后 采用掃描電鏡觀察，結果如圖4所示，圖4中A表示環(huán)流溶劑和聚合物紡絲液的流量比為 0.1 1、B表示環(huán)流溶劑和聚合物紡絲液的流量比為0.2 1、C表示環(huán)流溶劑和聚合物紡 絲液的流量比為0.5 1、D表示環(huán)流溶劑和聚合物紡絲液的流量比為1 1。采用Image J軟件對纖維直徑分布進行統(tǒng)計分析，結果如圖5所示，同樣A表示環(huán)流溶劑和聚合物紡絲 液的流量比為0.1 1、B表示環(huán)流溶劑和聚合物紡絲液的流量比為0.2 1、C表示環(huán)流溶 劑和聚合物紡絲液的流量比為0.5 1、D表示環(huán)流溶劑和聚合物紡絲液的流量比為1 1。 從圖中可知，在合適的溶劑流量范圍內(nèi)(環(huán)流溶劑和聚合物紡絲液的流量比為0.1 1、 0.2 1,0.5 1)，不僅所制備的纖維表面光滑、結構均勻，而且隨著環(huán)流溶劑流速的增大， 纖維直徑逐漸縮小。
權利要求
一種溶劑環(huán)流靜電紡絲裝置，包括雙通道軸流注射泵(1)、導管(2)、金屬紡絲頭(3)、高壓發(fā)生器(4)和纖維收集板(5)，其特征在于，所述的雙通道軸流注射泵(1)中的一個軸流注射器內(nèi)放有聚合物紡絲液，另一個軸流注射器內(nèi)放有環(huán)流溶劑；所述的放有環(huán)流溶劑的軸流注射器與所述的導管(2)相連；所述的放有聚合物紡絲液的軸流注射器與所述的金屬紡絲頭(3)相連；所述的金屬紡絲頭(3)穿過所述的導管(2)側壁，并與導管(2)形成同軸紡絲頭結構；所述的同軸紡絲頭結構下方設有所述的纖維收集板(5)；所述的高壓發(fā)生器(4)一端通過高壓接頭與所述的金屬紡絲頭(3)相連，另一端與所述的纖維收集板(5)相連并接地。
2.根據(jù)權利要求1所述的溶劑環(huán)流靜電紡絲裝置，其特征在于，所述的導管(2)為硅膠管。
3.根據(jù)權利要求1所述的溶劑環(huán)流靜電紡絲裝置，其特征在于，所述的金屬紡絲頭(3) 通過鱷魚鉗與所述的高壓接頭相連。
4.根據(jù)權利要求1所述的溶劑環(huán)流靜電紡絲裝置，其特征在于，所述的纖維收集板(5) 為鋁箔平板。
5.根據(jù)權利要求1所述的溶劑環(huán)流靜電紡絲裝置，其特征在于，所述的聚合物紡絲液 是聚乙烯吡咯烷酮粉末在常溫下分散在無水乙醇中用搖床振搖而成；所述的環(huán)流溶劑為N，N-二甲基乙酰胺。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種溶劑環(huán)流靜電紡絲裝置，包括雙通道軸流注射泵、導管、金屬紡絲頭、高壓發(fā)生器和纖維收集板。雙通道軸流注射泵中的一個軸流注射器內(nèi)放有聚合物紡絲液，另一個軸流注射器內(nèi)放有環(huán)流溶劑，其中，放有環(huán)流溶劑的軸流注射器與導管相連，放有聚合物紡絲液的軸流注射器與金屬紡絲頭相連，金屬紡絲頭穿過導管側壁，并與導管形成同軸紡絲頭結構。同軸紡絲頭結構下方設有纖維收集板，高壓發(fā)生器一端通過高壓接頭與金屬紡絲頭相連，另一端與纖維收集板相連并接地。
文檔編號D01D13/00GK101979726SQ20101053483
公開日2011年2月23日 申請日期2010年11月8日 優(yōu)先權日2010年11月8日
發(fā)明者余燈廣, 朱利民, 王斌, 黃麗婭 申請人:東華大學