專利名稱：一種量產(chǎn)納米纖維電紡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紡絲裝置，特別是涉及一種可用于批量生產(chǎn)納米纖維的電紡裝置。
背景技術(shù)：
納米纖維由于其很高的比表面積和優(yōu)越的力學、光學和電學等性能，被廣泛應(yīng)用于國防、醫(yī)藥、化工和電子等諸多領(lǐng)域，靜電紡絲是目前制備納米纖維的最有效技術(shù)之一。 高壓靜電場作用下，聚合物溶液產(chǎn)生射流，隨著帶電射流被電場拉伸和溶劑的不斷揮發(fā)，最終在在收集裝置上得到固態(tài)納米纖維。但傳統(tǒng)的靜電紡絲產(chǎn)量很低，因此科研人員研究各種方法實現(xiàn)納米纖維的批量制造。目前，廣泛用于批量生產(chǎn)納米纖維的裝置大多是組合多針尖噴頭陣列電紡。中國專利CN200720076954. 6報道了一種朝上噴的多噴頭靜電紡絲裝置，該裝置是對傳統(tǒng)單噴頭的自然擴展，將多個噴頭以陣列方式排列進行噴射紡絲，但該裝置中各噴頭之間的電場相互影響，制備納米纖維的直徑差異性很大，甚至出現(xiàn)液滴和中間區(qū)域噴頭無法噴射的問題。中國專利CN200910072022. 8報道了一種多孔板式靜電紡絲裝置，但其須配有恒壓供液系統(tǒng)，裝置比較復雜，成本較高，多孔板也不易清洗。尼日利亞石if 究人員 0. 0. Dosunmu 等(0. 0. Dosunmu, G. G. Chase, W. Kataphinan, D. H. Reneker. Electrospinning of polymer nanofibres frommultiplejets on a porous tubular surface. Nanotechnology 2006,17 :1123_1127)通過多孔管狀批量電紡裝置，利用氣壓裝置將管內(nèi)聚合物溶液緩慢的擠出孔外，在高壓電場的作用下，產(chǎn)生多束射流噴射到外圍環(huán)繞的一層金屬圓柱形接收網(wǎng)上。此方法需要氣泵輔助供液，結(jié)構(gòu)較為復雜，且存在管孔易堵塞問題。中國專利CN200810153891.9報道了一種非織造布批量電紡裝置，該裝置采用浸入在聚合物溶液的圓周外表鑄有錐形螺紋的金屬滾筒為噴射頭，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)針尖噴頭進行紡絲，產(chǎn)量雖顯著提高，但其存在噴射電壓閾值高、殘余溶液不易清理以及不適合長時間生產(chǎn)等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可克服現(xiàn)有批量電紡技術(shù)存在的噴射電壓閾值高、針管易堵塞、溶液難以回收、不易清理等缺點的量產(chǎn)納米纖維電紡裝置。本發(fā)明設(shè)有收集板、溶液槽、直流高壓電源、驅(qū)動裝置和導液耙；收集板設(shè)于溶液槽上方，溶液槽內(nèi)設(shè)有導電層，驅(qū)動裝置設(shè)有電機和機械傳動機構(gòu)，電機輸出軸與機械傳動機構(gòu)動力輸入端連接，機械傳動機構(gòu)動力輸出端與導液耙聯(lián)動連接，直流高壓電源的正極與溶液槽內(nèi)的導電層電連接，直流高壓電源的負極與收集板電連接并接地。所述溶液槽最好為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為導電層，外層為絕緣層。所述機械傳動機構(gòu)可為曲柄搖桿機構(gòu)，凸輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)等。所述曲柄搖桿機構(gòu)設(shè)有曲柄、連桿和搖桿，所述連桿與搖桿鉸接，鉸接點與導液耙的耙桿鉸接。所述導液耙最好設(shè)有耙桿和陣列耙齒，陣列耙齒可為單列式陣列耙齒或多列式陣列耙齒。所述耙齒的端頭最好為尖端頭，尖端頭的耙齒可更好地引導液面形成類似泰勒錐的液體錐，且尖端頭的尺寸越小，引導形成的液體錐的幾何尺寸越小，制得的納米纖維的直徑也越小。本發(fā)明的工作原理如下當批量制造納米纖維時，首先開啟直流高壓電源產(chǎn)生高壓，隨即導液耙在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下按照所要求路徑做周期性的往復運動，耙齒端頭不斷與溶液槽中的液面蘸觸后移開，由于聚合物溶液的粘附力作用，耙齒可引導液面形成類似泰勒錐的液體錐，在高壓電場的作用下各液體錐克服液面表面張力作用產(chǎn)生射流，射流經(jīng)過電場拉伸和溶劑揮發(fā)，最終在收集板上得到納米纖維。通過改變耙齒尺寸的大小、臨界電壓、液面距收集板距離和耙齒尖端浸入液面的深度等參數(shù)，可以獲得不同直徑的納米纖維。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點1)耙齒尖端周期性蘸觸聚合物溶液后移開，由于聚合物溶液的粘附力作用，耙齒引導液面形成類似泰勒錐的液體錐，液體錐在高壓電場力作用下，克服液面表面張力，很容易在較低的電壓(< IOkv)下形成錐射流，通過施加更高電壓的方式可以達到射流連續(xù)噴射的效果；這樣可克服現(xiàn)有電紡技術(shù)存在的噴射電壓閾值高、針管易堵塞的缺點；2)由于僅采用耙齒端頭周期性蘸觸聚合物溶液，基本不需清洗，因此保證了納米纖維持續(xù)批量制造；3)本發(fā)明可以通過改變耙齒尺寸的大小、臨界電壓、液面距收集板距離和耙齒端頭浸入液面的深度等參數(shù)，獲得不同直徑的納米纖維。


圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖之一。圖2為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖之二。圖3為本發(fā)明實施例中的驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。參見圖1 3，本發(fā)明實施例設(shè)有收集板1、驅(qū)動裝置2、導液耙3、溶液槽4和直流高壓電源5。直流高壓電源5用于產(chǎn)生高壓，直流高壓電源5的正極與溶液槽4的導電層41電連接，直流高壓電源5的負極與收集板1電連接并接地。收集板1設(shè)于溶液槽4上方，用于收集納米纖維。驅(qū)動裝置2設(shè)有電機6和曲柄搖桿機構(gòu)，曲柄搖桿機構(gòu)由曲柄7、連桿8和搖桿9構(gòu)成，所述連桿8與搖桿9鉸接，鉸接點與導液耙3的耙桿鉸接。這樣，驅(qū)動裝置2 可驅(qū)動導液耙3按照一定的路徑和運動方式運動(導液耙3作往復擺動，如圖3中圓弧虛線所示)。導液耙3設(shè)有耙桿和單列耙齒，導液耙3的耙齒用于周期性蘸觸液面，引導液面產(chǎn)生類似泰勒錐的液體錐，在高壓電場的作用下各液體錐均可產(chǎn)生射流，射流經(jīng)過電場拉伸和溶劑揮發(fā)，最終在收集板1上得到納米纖維。導液耙3的耙齒為絕緣材料(也可為導電材料)制成。導液耙3的耙齒端頭為尖端頭(圖1和2中導液耙3的耙齒端頭畫成了平端頭)。 實際應(yīng)用時，驅(qū)動裝置2和導液耙3的數(shù)量可根據(jù)需要設(shè)置，最好在溶液槽4的四周均設(shè)有導液耙3，導液耙3的耙齒數(shù)量、形狀和排列方式均可根據(jù)需要變化。驅(qū)動裝置2 的結(jié)構(gòu)也可根據(jù)需要變換。
權(quán)利要求
1.一種量產(chǎn)納米纖維電紡裝置，其特征在于設(shè)有收集板、溶液槽、直流高壓電源、驅(qū)動裝置和導液耙；收集板設(shè)于溶液槽上方，溶液槽內(nèi)設(shè)有導電層，驅(qū)動裝置設(shè)有電機和機械傳動機構(gòu)，電機輸出軸與機械傳動機構(gòu)動力輸入端連接，機械傳動機構(gòu)動力輸出端與導液耙聯(lián)動連接， 直流高壓電源的正極與溶液槽內(nèi)的導電層電連接，直流高壓電源的負極與收集板電連接并接地。
2.如權(quán)利要求1所述的一種量產(chǎn)納米纖維電紡裝置，其特征在于所述溶液槽為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為導電層，外層為絕緣層。
3.如權(quán)利要求1所述的一種量產(chǎn)納米纖維電紡裝置，其特征在于所述機械傳動機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)，曲柄搖桿機構(gòu)設(shè)有曲柄、連桿和搖桿，所述連桿與搖桿鉸接，鉸接點與導液耙的耙桿鉸接。
4.如權(quán)利要求1所述的一種量產(chǎn)納米纖維電紡裝置，其特征在于所述導液耙設(shè)有耙桿和陣列耙齒，陣列耙齒為單列式陣列耙齒。
5.如權(quán)利要求4所述的一種量產(chǎn)納米纖維電紡裝置，其特征在于所述耙齒的端頭為尖端頭。
全文摘要
一種量產(chǎn)納米纖維電紡裝置，涉及一種紡絲裝置。提供一種可克服現(xiàn)有批量電紡技術(shù)存在的噴射電壓閾值高、針管易堵塞、溶液難以回收、不易清理等缺點的量產(chǎn)納米纖維電紡裝置。設(shè)有收集板、溶液槽、直流高壓電源、驅(qū)動裝置和導液耙；收集板設(shè)于溶液槽上方，溶液槽內(nèi)設(shè)有導電層，驅(qū)動裝置設(shè)有電機和機械傳動機構(gòu)，電機輸出軸與機械傳動機構(gòu)動力輸入端連接，機械傳動機構(gòu)動力輸出端與導液耙聯(lián)動連接，直流高壓電源的正極與溶液槽內(nèi)的導電層電連接，直流高壓電源的負極與收集板電連接并接地。
文檔編號D01D5/00GK102191573SQ20111013149
公開日2011年9月21日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者吳德志, 孫道恒, 胡興旺, 陶巍, 黃翔宇 申請人:廈門大學