專利名稱：一種靜電紡絲裝置及紡絲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靜電紡絲技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種從聚合物溶液中獲得納米纖維的靜電紡絲裝置及紡絲方法。
背景技術(shù)：
靜電紡絲技術(shù)應(yīng)用于制備高分子一維納米材料，可以獲得直徑在10 IOOOnm左右的超細(xì)纖維。相比常規(guī)纖維，納米纖維的直徑顯著下降所帶來的高孔隙率和高比表面積等新特性，使得靜電紡絲技術(shù)在過濾、敷料、催化、傳感及組織工程支架等領(lǐng)域得到更廣泛的研究與應(yīng)用。常見的單針頭靜電紡絲設(shè)備主要由高電壓源、紡絲泵、噴絲頭和收集器等組件構(gòu)成。在噴絲頭和收集器之間的高壓電場(chǎng)作用下，聚集在噴絲頭口的聚合物溶液液滴的形狀會(huì)變成錐形——“泰勒錐”，電場(chǎng)力的著力點(diǎn)在錐頂。隨著電場(chǎng)力的增加，“泰勒錐”逐漸變尖，當(dāng)錐頂角達(dá)到一個(gè)臨界值后，液滴的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)被破壞，錐頂溶液表面分子受到足夠大的電場(chǎng)力來克服表面張力，聚合物溶液從錐頂噴射出來，形成噴射流。電場(chǎng)力使射流拉伸數(shù)千倍至數(shù)百萬倍，射流的直徑隨之減小到幾個(gè)微米到十幾個(gè)納米。隨著溶劑揮發(fā)，所得的纖維最終以無紡布的形式收集在與地線連接的金屬板、纏繞器或其他收集器上。從施加靜電場(chǎng)，到形成納米纖維，最難發(fā)生的也是最慢的一步是形成“泰勒錐”，這是紡絲過程的決速
止/J/ O在單針頭的靜電紡絲中，紡絲效率很低(一般紡絲液的流速為0.1 10mL/h)，無法滿足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)生產(chǎn)效率的要求。靜電紡絲技術(shù)能獲得工業(yè)化應(yīng)用的前提是應(yīng)用新的靜電紡絲技術(shù)提高單位時(shí)間紡絲產(chǎn)量。CN101210352A、CN102776582A等公開了多針頭靜電紡絲方法，可以較單針頭有效地提高紡絲效率。多針頭靜電紡絲技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于原理簡(jiǎn)單，只是對(duì)單針頭靜電紡絲技術(shù)的簡(jiǎn)單放大。但在提高紡絲效率的同時(shí)也帶來了很多更為復(fù)雜的問題，如:由于針頭之間電場(chǎng)相互干擾，紡絲電場(chǎng)分布不勻，中心附近針頭的電場(chǎng)會(huì)受到嚴(yán)重削弱，各針頭納米纖維產(chǎn)率和纖維直徑差別很大；多針頭射流因鄰近射流表面電荷的干擾而偏斜，致使收集極獲得纖維量分布不均；另外，針頭直徑小易堵塞，且不容易清理，多針頭系統(tǒng)維護(hù)成本高，維護(hù)時(shí)間長(zhǎng)，影響工業(yè)生產(chǎn)。W02005/024101A1公開了一種圓柱形的軸對(duì)稱紡絲電極，其一部分浸入紡絲液，紡絲電極與對(duì)電極形成靜電場(chǎng)，通過該電極繞其對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)，將紡絲液連續(xù)地供應(yīng)到靜電場(chǎng)中，達(dá)到連續(xù)紡絲的目的。這一發(fā)明，很好地解決了針頭紡絲量小、且多針頭之間互相電場(chǎng)互相影響的問題。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中，無法避免的新問題主要有3個(gè):1、圓柱形的電極與對(duì)電極之間需要高達(dá)SOkV以上的電勢(shì)差才能產(chǎn)生足夠的電場(chǎng)強(qiáng)度，這對(duì)高壓電源性能要求、紡絲設(shè)備的絕緣設(shè)計(jì)加工的要求是苛刻的；2、圓柱形的電極需要一個(gè)開口的盛裝足夠量溶液的槽子，使得電極的一部分可以浸入溶液并且電極旋轉(zhuǎn)不被干涉，這種設(shè)置會(huì)使得溶劑大量揮發(fā)、溶液濃度變化，而溶液濃度決定了納米纖維的形貌、結(jié)構(gòu)、性能，影響連續(xù)生產(chǎn)中產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定；3、圓柱形的電極在旋轉(zhuǎn)過程中，裸露在空氣中的表面積很大，而紡絲時(shí)，這部分電極表面附著的薄層液膜，參與形成泰勒錐的溶液只占液膜的很少一部分，大量的溶液在電場(chǎng)中極化并與空氣接觸后混入槽內(nèi)溶液中，我們經(jīng)過大量研究查明，溶液和電極接觸而被極化以及空氣中水的侵蝕，會(huì)造成溶液的老化。這在實(shí)際生產(chǎn)中大大地降低了原材料的利用率，提高生產(chǎn)成本。W02006/131081公布了幾種帶有外凸的尖端的圓柱形電極，在一定程度上解決了圓柱形電極應(yīng)用的第一個(gè)問題，即外凸的尖端可以降低產(chǎn)生足夠靜電場(chǎng)所需的電勢(shì)差。但是，新型電極不但沒有解決溶劑容易揮發(fā)帶來的溶液濃度變化的問題，也沒有解決溶液老化被加速的問題；而且電極加工成本高、清洗困難。W02009/010020公布了一種全新的紡絲電極，其選用直徑較小的金屬絲作為紡絲電極，克服了之前的發(fā)明對(duì)設(shè)備提供高電勢(shì)差的依賴，降低了設(shè)備的絕緣設(shè)計(jì)加工要求。其采用向電極上噴灑聚合物基液的方式，可以解決圓柱形電極遇到的導(dǎo)致基液老化的問題。然而，有兩方面問題比較突出:一方面，原材料利用效率存在問題，即噴灑的溶液不能被完全用于紡絲，這是該供液方式的必然。另一方面，W02009/010020所公布的供液方式無法在同一時(shí)間使某一根電極的所有位置同時(shí)紡絲，這是因?yàn)?在從溶液進(jìn)入電場(chǎng)到紡絲完成的過程中，泰勒錐的形成到開始紡絲是整個(gè)過程中耗時(shí)最長(zhǎng)的一步。而所述供液方式是用噴嘴把基液沿著金屬絲電極的一端噴灑到另一端，亦或?qū)?dǎo)線沿長(zhǎng)度方向從溶液中逐步拉出。顯而易見，無論哪種供液方式，都存在紡絲金屬絲電極上的不同位置不能同時(shí)發(fā)生紡絲的問題。該方案實(shí)際的工藝過程是:電極上某一位置獲得了新溶液；經(jīng)過一個(gè)小的時(shí)間間隔，在該位置產(chǎn)生了泰勒錐；而后該位置才開始紡絲，再經(jīng)歷一個(gè)時(shí)間間隔該位置紡絲不穩(wěn)定需要再次獲得新溶液。顯然，這種供液方式的問題是整根金屬絲電極的開始紡絲、正常紡絲、結(jié)束紡絲三個(gè)過程不能夠同一時(shí)間在整根電極上發(fā)生，這種工藝的不連續(xù)和不穩(wěn)定在生產(chǎn)中是很大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)從聚合物溶液中穩(wěn)定、連續(xù)紡絲的裝置和利用所述裝置紡絲的方法，以解決現(xiàn)有紡絲裝置及方法的操作電壓過高、工藝不夠穩(wěn)定以及原材料利用率低等工藝實(shí)質(zhì)問題。本發(fā)明利用靜電紡絲的原理，提供一種從聚合物溶液中獲得納米纖維的裝置，所述裝置以噴絲頭和溶液池組合機(jī)構(gòu)為核心部件，噴絲頭接高壓電源的正極，對(duì)電極接地或接高壓電源的負(fù)極，在噴絲頭與對(duì)電極之間形成了高壓靜電場(chǎng)，引發(fā)噴絲頭所附著的聚合物溶液發(fā)生靜電紡絲，并將獲得的納米纖維收集于納米纖維貯存部件上。為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:本發(fā)明的目的之一在于提供一種靜電紡絲裝置，所述裝置包括噴絲頭和位于噴絲頭下方的溶液池；所述噴絲頭包括依次連接的帶有高壓觸點(diǎn)的支撐機(jī)構(gòu)、導(dǎo)體金屬絲電極、絕緣連桿、向?qū)w金屬絲電極輸出升降運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)。本發(fā)明所述的導(dǎo)體金屬絲電極，一端與帶有高壓觸點(diǎn)的支撐機(jī)構(gòu)相連，另一端與絕緣連桿的一端相連；絕緣連桿的另一端則與凸輪機(jī)構(gòu)相連；凸輪機(jī)構(gòu)連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，凸輪機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)矩變成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)絕緣連桿做升降運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)導(dǎo)體金屬絲電極做升降運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明采用導(dǎo)體金屬絲作為電極可以較直徑大于30mm的圓柱形電極在紡絲時(shí)，所需要的電壓降低20kV以上，降低了對(duì)設(shè)備絕緣等級(jí)的要求，從而降低了設(shè)備的制造成本。所述導(dǎo)體金屬絲電極材料為導(dǎo)電的金屬或合金，具有一定的剛度，使導(dǎo)體金屬絲電極在支撐機(jī)構(gòu)和絕緣連桿之間保持平直。優(yōu)選地，所述導(dǎo)體金屬絲電極的長(zhǎng)度為10 2500mm,進(jìn)一步優(yōu)選為100 2000mm ;優(yōu)選地,所述導(dǎo)體金屬絲電極的直徑為0.5 20mm,進(jìn)一步優(yōu)選為0.5 10mm。進(jìn)一步地，所述導(dǎo)體金屬絲電極為單根金屬絲或由多根金屬絲絞擰構(gòu)成。本發(fā)明所述支撐機(jī)構(gòu)對(duì)導(dǎo)體金屬絲電極起到支撐和約束運(yùn)動(dòng)軌跡的作用。所述支撐機(jī)構(gòu)內(nèi)側(cè)頂端嵌有與高壓電源相連的高壓觸點(diǎn)，當(dāng)導(dǎo)體金屬絲電極上升到噴絲頭的頂端，與高壓觸點(diǎn)接觸使導(dǎo)體金屬絲電極帶有高壓電勢(shì)。在本發(fā)明中，當(dāng)導(dǎo)體金屬絲電極上升到預(yù)定的紡絲位置時(shí)，才能接觸到高壓觸點(diǎn)而通電。這樣，由于噴絲頭與對(duì)電極的位置是固定的，相互之間的距離保持恒定，只要固定輸入高壓，噴絲頭與對(duì)電極之間的電場(chǎng)強(qiáng)度是恒定的。恒定的電場(chǎng)強(qiáng)度將使生產(chǎn)的納米纖維直徑分布變窄，這對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量是有利的。本發(fā)明所述溶液池上方設(shè)有帶有狹縫的蓋板，所述狹縫允許導(dǎo)體金屬絲電極在升降運(yùn)動(dòng)時(shí)自由通過；優(yōu)選地，所述蓋板為可拆裝形式。本發(fā)明所述帶有狹縫蓋板的溶液池，減少了溶劑揮發(fā)，延緩了溶液濃度變化，削弱了水汽帶來的溶液老化，在提高溶液利用率的同時(shí)，保證了紡絲的質(zhì)量穩(wěn)定。本發(fā)明所述溶液池的材料為不導(dǎo)電的塑料或者無機(jī)非金屬材料，優(yōu)選為聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯醚、聚醚砜、聚醚醚酮、聚酰亞胺、陶瓷或玻璃中的一種或至少兩種的混合物。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠獲知，無論采用哪種材料，均應(yīng)該不被其盛裝的聚合物溶液的溶劑所溶解。本發(fā)明所述噴絲頭和溶液池組成組合機(jī)構(gòu)；所述組合機(jī)構(gòu)由一個(gè)溶液池和多個(gè)噴絲頭配套構(gòu)成，或由噴絲頭和溶液池一一對(duì)應(yīng)配套而成。所述噴絲頭上方設(shè)置接收單元，所述接收單元與噴絲頭之間形成紡絲區(qū)域；所述接收單元包括納米纖維貯存部件及位于納米纖維貯存部件上方的一個(gè)或多個(gè)對(duì)電極。所述高壓觸點(diǎn)與所述對(duì)電極分別連接高壓電源的兩極；優(yōu)選地，所述的高壓觸點(diǎn)與高壓電源的正極相連，所述的對(duì)電極接地。本發(fā)明的目的之二在于提供一種利用如上所述靜電紡絲裝置進(jìn)行紡絲的方法，所述噴絲頭的導(dǎo)體金屬絲電極在絕緣連桿的帶動(dòng)和支撐機(jī)構(gòu)的約束下，向下運(yùn)動(dòng)通過溶液池蓋板的狹縫浸沒在聚合物溶液中；然后向上運(yùn)動(dòng)到設(shè)定的紡絲區(qū)域時(shí)接觸到高壓觸點(diǎn)，在給定的電壓下，在紡絲區(qū)域形成高壓靜電場(chǎng)，引發(fā)噴絲頭紡絲，達(dá)到預(yù)定的紡絲時(shí)間后再重復(fù)上述過程。當(dāng)導(dǎo)體金屬絲電極下降到溶液池中蘸取溶液時(shí)，由于導(dǎo)體金屬絲電極已脫離高壓觸點(diǎn)，在浸入溶液中時(shí)，所述電極已不帶電，避免了溶液因極化而老化的問題。這種工藝方法的優(yōu)點(diǎn)是明顯的:延長(zhǎng)溶液的老化時(shí)間，從而減少溶液的更換頻率，提高溶液的利用率，同時(shí)也保證了穩(wěn)定的紡絲質(zhì)量。當(dāng)導(dǎo)體金屬絲電極下降時(shí)，可以通過溶液池蓋板的狹縫，而浸入到溶液池中所盛裝的聚合物溶液中，使導(dǎo)體金屬絲電極表面沾有聚合物溶液。當(dāng)沾有導(dǎo)體金屬絲電極向上運(yùn)動(dòng)，接觸到支撐機(jī)構(gòu)頂端的高壓觸點(diǎn)時(shí)，由于高壓觸點(diǎn)與高壓電源相連，使得導(dǎo)體金屬絲電極帶有高壓電勢(shì)。所述導(dǎo)體金屬絲電極以分組或整體形式做規(guī)律的升降運(yùn)動(dòng)；所述規(guī)律為函數(shù)規(guī)律。所述的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是根據(jù)工藝設(shè)計(jì)和要求而控制的。在紡絲過程中，所述接收單元為動(dòng)態(tài)接收，所述納米纖維貯存部件以一定的速度通過紡絲區(qū)域。所述“一定的速度”可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況進(jìn)行選擇，本發(fā)明并無特殊限制，該術(shù)語在本領(lǐng)域是清楚的。本發(fā)明通過控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制不同導(dǎo)體金屬絲電極遵從不同的升降運(yùn)動(dòng)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)不同導(dǎo)體金屬絲電極交替紡絲，可以使納米纖維均勻、連續(xù)、穩(wěn)定的沉積在以一定速度通過紡絲區(qū)域的納米纖維貯存部件上。與已有技術(shù)方案相比，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明所述的裝置和方法具有高效、穩(wěn)定、紡絲狀態(tài)可控的優(yōu)點(diǎn)，有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的紡絲效率低、操作電壓過高、工藝不穩(wěn)定、紡絲溶液老化快以及原材料利用率低等工藝實(shí)質(zhì)問題。


圖1是本發(fā)明所述靜電紡絲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述的噴絲頭和溶液池組合機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1所示裝置的A向視圖；圖4是圖3的B-B截面視圖；圖5是本發(fā)明所述靜電紡絲裝置的具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1-納米纖維；2-組合機(jī)構(gòu)；3-噴絲頭；31_導(dǎo)體金屬絲電極；32_高壓觸點(diǎn)；33-支撐機(jī)構(gòu)；34_絕緣連桿；35_凸輪機(jī)構(gòu)；36_驅(qū)動(dòng)電機(jī)；4_溶液池；41_蓋板；42_狹縫；
5-對(duì)電極；6_聚合物溶液；7_納米纖維貯存部件。下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。但下述的實(shí)例僅僅是本發(fā)明的簡(jiǎn)易例子，并不代表或限制本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
具體實(shí)施例方式為更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制性的實(shí)施例如下:如圖1、圖2所示，一種靜電紡絲裝置，所述裝置包括噴絲頭3和位于噴絲頭3下方的溶液池4 ;所述噴絲頭3包括依次連接的帶有高壓觸點(diǎn)32的支撐機(jī)構(gòu)33、導(dǎo)體金屬絲電極31、絕緣連桿34、向?qū)w金屬絲電極31輸出升降運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)35以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)36。所述導(dǎo)體金屬絲電極31材料為導(dǎo)電的金屬或合金。所述導(dǎo)體金屬絲電極31的長(zhǎng)度為10 2500mm，進(jìn)一步優(yōu)選為100 2000mm。所述導(dǎo)體金屬絲電極31的直徑為0.5 20mm，進(jìn)一步優(yōu)選為0.5 10mm。所述導(dǎo)體金屬絲電極31為單根金屬絲或由多根金屬絲絞擰構(gòu)成。所述溶液池4上方設(shè)有帶有狹縫42的蓋板41，所述狹縫42允許導(dǎo)體金屬絲電極31在升降運(yùn)動(dòng)時(shí)自由通過。所述蓋板41為可拆裝形式。所述溶液池4的材料為不導(dǎo)電的塑料或者無機(jī)非金屬材料，優(yōu)選為聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯醚、聚醚砜、聚醚醚酮、聚酰亞胺、陶瓷或玻璃中的一種或至少兩種的混合物。所述噴絲頭3和溶液池4組成組合機(jī)構(gòu)2 ;所述組合機(jī)構(gòu)2由一個(gè)溶液池4和多個(gè)噴絲頭3配套構(gòu)成，或由噴絲頭3和溶液池4 一一對(duì)應(yīng)配套而成。所述噴絲頭3上方設(shè)置接收單元，所述接收單元與噴絲頭3之間形成紡絲區(qū)域；所述接收單元包括納米纖維貯存部件7及位于納米纖維貯存部件7上方的一個(gè)或多個(gè)對(duì)電極5。所述高壓觸點(diǎn)32與所述對(duì)電極5分別連接高壓電源的兩極；優(yōu)選地，所述高壓觸點(diǎn)32與高壓電源的正極相連，所述的對(duì)電極5接地。一種利用如上所述靜電紡絲裝置進(jìn)行紡絲的方法，所述噴絲頭3的導(dǎo)體金屬絲電極31在絕緣連桿34的帶動(dòng)和支撐機(jī)構(gòu)33的約束下，向下運(yùn)動(dòng)通過溶液池4蓋板41的狹縫42浸沒在聚合物溶液6中；然后向上運(yùn)動(dòng)到設(shè)定的紡絲區(qū)域時(shí)接觸到高壓觸點(diǎn)32，在給定的電壓下，在紡絲區(qū)域形成高壓靜電場(chǎng)，引發(fā)噴絲頭3紡絲，達(dá)到預(yù)定的紡絲時(shí)間后再重復(fù)上述過程。所述導(dǎo)體金屬絲電極31以分組或整體形式做規(guī)律的升降運(yùn)動(dòng)；所述規(guī)律為函數(shù)規(guī)律。在紡絲過程中，所述接收單元為動(dòng)態(tài)接收，所述納米纖維貯存部件7以一定的速度通過紡絲區(qū)域。圖4作為一個(gè)示例很清楚的顯示出本發(fā)明所涉及的靜電紡絲裝置的工作方式。在這一示例中，幾個(gè)噴絲頭是平行排列的，噴絲頭的排列方向與納米纖維貯存部件7的運(yùn)動(dòng)方向垂直。一部分噴絲頭3位于紡絲位置，帶有高壓電勢(shì)與對(duì)電極5形成高壓電場(chǎng)引發(fā)聚合物溶液6紡絲，形成納米纖維1，而另一部分浸沒在溶液池4的聚合物溶液6中的噴絲頭3則因脫離的高壓觸點(diǎn)而不帶電，這種設(shè)置可以有效避免極化帶來的溶液老化。圖5所示的靜電紡絲裝置包括6個(gè)噴絲頭301、302、303、304、305、306，相應(yīng)的導(dǎo)體金屬絲電極311、312、313、314、315、316相互平行，在這組噴絲頭對(duì)側(cè)有6個(gè)平行布置的對(duì)電極51、52、53、54、55、56，并與納米纖維貯存部件7的運(yùn)動(dòng)方向垂直。6個(gè)噴絲頭的高壓觸點(diǎn)均接高壓電源的正極，6個(gè)對(duì)電極均接地。納米纖維貯存部件7為空氣過濾濾紙，其以3/min的速度通過紡絲區(qū)域，收集納米纖維I,納米纖維復(fù)合濾紙的制備效率為3m/min。設(shè)備工作前，首先在溶液池4中注入聚合物溶液6，液面不高于蓋板41下緣即可。設(shè)定高壓電源的輸出電源、電流。采用確定的但未示出的控制程序控制6個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)體金屬絲電極做有周期規(guī)律的升降運(yùn)動(dòng)，其從上升到頂端與高壓觸點(diǎn)接觸開始到下降再上升回到頂端的時(shí)間記為一個(gè)紡絲周期。根據(jù)本發(fā)明的原理，導(dǎo)體金屬絲電極位于頂端時(shí)處于紡絲狀態(tài)，下降時(shí)處于不通電狀態(tài)，具體實(shí)施方式
中，設(shè)定導(dǎo)體金屬絲電極的紡絲狀態(tài)和不通電狀態(tài)的時(shí)間相等，為紡絲周期的一半，成為電極紡絲半周期。
在電極紡絲半周期中，在頂端的電極通電而處于紡絲狀態(tài)，在底端的電極浸入聚合物溶液中沾取溶液。在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，設(shè)定3個(gè)導(dǎo)體金屬絲電極311、313、315為一組，另外3個(gè)導(dǎo)體金屬絲電極312、314、316為一組,在工作時(shí),這兩組導(dǎo)體金屬絲電極分別處于不同的電極紡絲半周期，即當(dāng)導(dǎo)體金屬絲電極311、313、315處于紡絲狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體金屬絲電極312、314、316浸沒在聚合物溶液中沾取溶液，反之亦然。這樣，在整個(gè)紡絲周期中總能保證有3個(gè)金屬絲電極在同時(shí)紡絲，確保了所述靜電紡絲裝置運(yùn)行過程中紡絲是連續(xù)的。在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，可以采用不同長(zhǎng)度、直徑、材質(zhì)的導(dǎo)體金屬絲電極，并通過調(diào)整高壓電源的輸出電壓、電流，以及設(shè)定具體的電極紡絲半周期達(dá)到具體的紡絲工藝要求。表I示例性地給出了依據(jù)本發(fā)明的6種具體實(shí)施方式
的前述參數(shù)。表I六種具體實(shí)施方式
的不同參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種靜電紡絲裝置，其特征在于，所述裝置包括噴絲頭(3)和位于噴絲頭(3)下方的溶液池(4 );所述噴絲頭(3 )包括依次連接的帶有高壓觸點(diǎn)(32 )的支撐機(jī)構(gòu)(33 )、導(dǎo)體金屬絲電極(31)、絕緣連桿(34)、向?qū)w金屬絲電極(31)輸出升降運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)(35)以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)(36 )。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)體金屬絲電極(31)材料為導(dǎo)電的金屬或合金；優(yōu)選地，所述導(dǎo)體金屬絲電極(31)的長(zhǎng)度為10 2500mm,進(jìn)一步優(yōu)選為100 2000mm ;優(yōu)選地，所述導(dǎo)體金屬絲電極(31)的直徑為0.5 20mm，進(jìn)一步優(yōu)選為0.5 10mm ； 優(yōu)選地，所述導(dǎo)體金屬絲電極(31)為單根金屬絲或由多根金屬絲絞擰構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述溶液池(4)上方設(shè)有帶有狹縫(42 )的蓋板(41)，所述狹縫(42)允許導(dǎo)體金屬絲電極(31)在升降運(yùn)動(dòng)時(shí)自由通過；優(yōu)選地，所述蓋板(41)為可拆裝形式。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的裝置，其特征在于，所述溶液池(4)的材料為不導(dǎo)電的塑料或者無機(jī)非金屬材料，優(yōu)選為聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯醚、聚醚砜、聚醚醚酮、聚酰亞胺、陶瓷或玻璃中的一種或至少兩種的混合物。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的裝置，其特征在于，所述噴絲頭(3)和溶液池(4)組成組合機(jī)構(gòu)(2);所述組合機(jī)構(gòu)(2)由一個(gè)溶液池(4)和多個(gè)噴絲頭(3)配套構(gòu)成，或由噴絲頭(3)和溶液池(4)--對(duì)應(yīng)配套而成。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的裝置，其特征在于，所述噴絲頭(3)上方設(shè)置接收單元，所述接收單元與噴絲頭(3)之間形成紡絲區(qū)域；所述接收單元包括納米纖維貯存部件(7)及位于納米纖維貯存部件(7)上方的一個(gè)或多個(gè)對(duì)電極(5)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述高壓觸點(diǎn)(32)與所述對(duì)電極(5)分別連接高壓電源的兩極；優(yōu)選地，所述高壓觸點(diǎn)(32)與高壓電源的正極相連，所述對(duì)電極(5)接地。
8.一種利用如權(quán)利要求1-7之一所述靜電紡絲裝置進(jìn)行紡絲的方法，其特征在于，所述噴絲頭(3)的導(dǎo)體金屬絲電極(31)在絕緣連桿(34)的帶動(dòng)和支撐機(jī)構(gòu)(33)的約束下，向下運(yùn)動(dòng)通過溶液池(4)蓋板(41)的狹縫(42)浸沒在聚合物溶液(6)中；然后向上運(yùn)動(dòng)到設(shè)定的紡絲區(qū)域時(shí)接觸到高壓觸點(diǎn)(32)，在給定的電壓下，在紡絲區(qū)域形成高壓靜電場(chǎng)，弓丨發(fā)噴絲頭(3)紡絲，達(dá)到預(yù)定的紡絲時(shí)間后再重復(fù)上述過程。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)體金屬絲電極(31)以分組或整體形式做規(guī)律的升降運(yùn)動(dòng)；所述規(guī)律為函數(shù)規(guī)律。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，在紡絲過程中，所述接收單元為動(dòng)態(tài)接收，所述納米纖維貯存部件(7)以一定的速度通過紡絲區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以噴絲頭和溶液池組合機(jī)構(gòu)為核心部件的靜電紡絲裝置，以及利用所述裝置從聚合物溶液中高效穩(wěn)定地獲得納米纖維的方法。所述裝置包括噴絲頭和位于噴絲頭下方的溶液池；所述噴絲頭包括依次連接的帶有高壓觸點(diǎn)的支撐機(jī)構(gòu)、導(dǎo)體金屬絲電極、絕緣連桿、向?qū)w金屬絲電極輸出升降運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)。當(dāng)所述噴絲頭的導(dǎo)體金屬絲電極下降通過溶液池蓋板的狹縫浸入聚合物溶液中蘸取溶液，再上升到于高壓觸點(diǎn)接觸后，導(dǎo)體金屬絲電極所附著的聚合物溶液被供入噴絲頭與對(duì)電極之間形成的高壓靜電場(chǎng)，借此獲得了良好的紡絲狀態(tài)。
文檔編號(hào)D01D5/00GK103215661SQ20131011729
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者高小歌 申請(qǐng)人:高小歌