新型多功能納米纖維靜電紡絲的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種新型多功能納米纖維靜電紡絲機(jī)，包括高壓發(fā)生裝置，紡絲裝置，支架本體以及設(shè)于所述支架本體上并用于放置所述紡絲裝置的支撐平臺(tái)，其特征在于，還包括可拆卸式接收裝置組，以及設(shè)于所述支架本體底部并位于所述支撐平臺(tái)正下方的接收裝置固定板，所述可拆卸式接收裝置組包括可拆卸式浴液盤(pán)和可拆卸式接收滾筒，且所述可拆卸式浴液盤(pán)和所述可拆卸式接收滾筒以擇一方式固定于所述接收裝置固定板上；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，既可以紡制連續(xù)卷繞的納米纖維紗，也可以紡制納米纖維膜，適用范圍廣。
【專(zhuān)利說(shuō)明】新型多功能納米纖維靜電紡絲機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種靜電紡絲裝置，尤其是一種新型多功能納米纖維靜電紡絲機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電紡絲法是制備納米纖維的一種有效方法，裝置簡(jiǎn)單，成本低廉，以高聚物溶液等為紡絲液可以制備得到直徑從幾納米到數(shù)百納米的纖維。由于該方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究人員采用該紡絲方法制備的各種靜電紡納米纖維材料已有100多種。靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維膜由于具有很高的比表面積，獨(dú)特的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和孔隙等，在紡織服裝、環(huán)境工程、生物科技、醫(yī)療與衛(wèi)生健康、能源、化工等領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]過(guò)去的十多年中，研究人員更多的關(guān)注無(wú)規(guī)排列的納米纖維膜的研究與開(kāi)發(fā)，產(chǎn)品形式相對(duì)單一，并不能適用所有場(chǎng)合。因此，近幾年來(lái)學(xué)者開(kāi)始投入精力研制纖維呈定向排列的產(chǎn)品，通常他們通過(guò)改進(jìn)接收裝置獲得定向排列的纖維網(wǎng)或者長(zhǎng)度為數(shù)厘米的纖維束，卻很難獲得能夠連續(xù)卷繞的納米纖維紗。
[0004]目前現(xiàn)有的電紡絲裝置主要由高壓發(fā)生裝置、流量控制裝置和收集裝置組成，通常高壓發(fā)生裝置為一臺(tái)輸出電壓可調(diào)節(jié)的高壓電源，流量控制裝置為一臺(tái)可調(diào)節(jié)輸出流量的流量泵，收集裝置為金屬平板、網(wǎng)格或金屬滾筒。紡絲過(guò)程中主要會(huì)涉及到溶液性能、電壓、紡絲距離、流量等可調(diào)節(jié)參數(shù)。目前常用的靜電紡絲裝置多為實(shí)驗(yàn)室自主搭建，裝置整體性不強(qiáng)、零部件較分散、功能性不全面，一定程度上影響了納米纖維材料的可紡性、批次穩(wěn)定性以及最終的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外也有多噴頭靜電紡絲裝置的報(bào)道，如=Taylor錐多噴頭靜電紡絲機(jī)(CN200710172744.1)、朝上噴的靜電紡絲機(jī)(CN200720076954.6)，一般都只可紡制纖維呈無(wú)規(guī)排列的膜狀材料并且產(chǎn)量有限，雖然也有少量關(guān)于靜電紡納米纖維管狀材料的報(bào)道，但是未曾有類(lèi)似于本發(fā)明:同一臺(tái)紡絲機(jī)具有紡制連續(xù)納米纖維紗、納米纖維膜和多種管徑的管狀材料的功能，并既可進(jìn)行立式紡絲又可進(jìn)行臥式紡絲的相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是:提供一種新型多功能納米纖維靜電紡絲機(jī)，不僅可以紡制連續(xù)卷繞的納米纖維紗，也可以紡制纖維呈無(wú)規(guī)排列的納米纖維膜。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種新型多功能納米纖維靜電紡絲機(jī)，包括高壓發(fā)生裝置，紡絲裝置，支架本體以及設(shè)于所述支架本體上并用于放置所述紡絲裝置的支撐平臺(tái)，其特征在于，還包括可拆卸式接收裝置組，以及設(shè)于所述支架本體底部并位于所述支撐平臺(tái)正下方的接收裝置固定板，所述可拆卸式接收裝置組包括可拆卸式浴液盤(pán)和可拆卸式接收滾筒，且所述可拆卸式浴液盤(pán)和所述可拆卸式接收滾筒以擇一方式固定于所述接收裝置固定板上。
[0007]優(yōu)選地，在紡納米纖維紗時(shí)，所述可拆卸式浴液盤(pán)固定于所述接收裝置固定板上，在所述接收裝置固定板一側(cè)依次設(shè)有烘干裝置和卷繞成型滾筒，且所述可拆卸式浴液盤(pán)、所述烘干裝置以及所述卷繞成型滾筒位于同一條水平直線(xiàn)上，同時(shí)所述卷繞成型滾筒連接有一橫向擺動(dòng)裝置，其擺動(dòng)頻率為每分鐘往復(fù)O?30次。
[0008]優(yōu)選地，所述紡絲裝置包括用于控制紡絲液流量的流量泵，與所述流量泵連接的儲(chǔ)液針筒，設(shè)有多排等間距噴絲頭安裝口的紡絲液分配板，以及安裝于所述噴絲頭安裝口的噴絲頭，所述儲(chǔ)液針筒通過(guò)輸送管與所述紡絲液分配板連接。
[0009]優(yōu)選地，還包括設(shè)于所述支撐平臺(tái)上的橫向移動(dòng)裝置，所述橫向移動(dòng)裝置通過(guò)連接桿與以噴絲頭朝下方向放置的紡絲液分配板連接，且所述支撐平臺(tái)上設(shè)有供所述連接桿做橫向運(yùn)動(dòng)的平移滑道。
[0010]優(yōu)選地，所述高壓發(fā)生裝置為高壓直流靜電發(fā)生器，且其正極與所述紡絲液分配板內(nèi)的銅板相連，同時(shí)在紡納米纖維紗時(shí)，其負(fù)極連接在所述可拆卸式浴液盤(pán)底部；在紡納米纖維膜時(shí)，其負(fù)極與所述可拆卸式接收滾筒上的接收纖維用導(dǎo)電膜相連。
[0011]優(yōu)選地，所述支架本體上設(shè)有紡絲間距調(diào)節(jié)滑道，所述支撐平臺(tái)活動(dòng)安裝于所述紡絲間距調(diào)節(jié)滑道上。
[0012]優(yōu)選地，所述可拆卸式浴液盤(pán)的直徑為5?30cm ;所述可拆卸式接收滾筒的卷繞線(xiàn)速度為O?100m/min。
[0013]更優(yōu)選地，所述支架本體為立臥一體式支架。
[0014]本發(fā)明的工作原理如下:
(I)紡納米纖維紗時(shí):首先將紡絲溶液密閉儲(chǔ)存在所述儲(chǔ)液針筒內(nèi)，通過(guò)輸送管從背面輸入所述紡絲液分配板內(nèi)，并通過(guò)流量泵控制不同紡絲參數(shù)對(duì)應(yīng)的流量，所述紡絲液分配板將紡絲溶液均勻地分配到各紡絲管中，將所述高壓直流靜電發(fā)生器的正極與所述紡絲液分配板內(nèi)的銅板相連，其負(fù)極埋在可拆卸式浴液盤(pán)的中央底部，然后手動(dòng)調(diào)節(jié)噴絲頭到可拆卸式浴液盤(pán)的垂直距離及水平距離，并調(diào)節(jié)烘干溫度、擺動(dòng)頻率以及卷繞成型滾筒轉(zhuǎn)速，上述參數(shù)設(shè)定后，打開(kāi)高壓直流靜電發(fā)生器并調(diào)節(jié)至需要的紡絲電壓，然后從浴液表面拉出納米纖維紗，經(jīng)烘干裝置高溫烘干紗線(xiàn)表面殘留的液體，再經(jīng)卷繞成型滾筒后即可得到連續(xù)卷繞的納米纖維紗。
[0015](2)紡納米纖維膜:為滿(mǎn)足不同的產(chǎn)品形式要求，本裝置可以快速、方便地實(shí)現(xiàn)靜電紡納米纖維膜的紡絲要求。將可拆卸式浴液盤(pán)、烘干裝置、卷繞成型滾筒及橫向擺動(dòng)裝置移開(kāi)，直接將可拆卸式接收滾筒固定在所述接收裝置固定板上，此處可拆卸式接收滾筒可以直接采用上述卷繞成型滾筒代替，然后在可拆卸式接收滾筒表面設(shè)置金屬接收網(wǎng)作為接收纖維用導(dǎo)電膜，并通過(guò)電極引出觸頭連接高壓直流靜電發(fā)生器的負(fù)極，金屬接收網(wǎng)的目數(shù)根據(jù)紡絲液的種類(lèi)確定，上述結(jié)構(gòu)變動(dòng)后，根據(jù)溶液性能設(shè)置紡絲電壓、紡絲距離等參數(shù)，打開(kāi)高壓直流靜電發(fā)生器，在可拆卸式接收滾筒表面即可得到纖維呈無(wú)規(guī)排列狀的納米纖維膜，同時(shí)還能夠根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)接收滾筒的直徑，紡制多種管徑的納米纖維管狀材料。
[0016]上述為立式紡絲，如需臥式紡絲，只需將支架本體旋轉(zhuǎn)+90°或-90°，并相應(yīng)調(diào)整可拆卸式接收滾筒的位置即可很簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
1.適用范圍廣，本發(fā)明既可以紡制連續(xù)卷繞的納米纖維紗，也可以紡制納米纖維膜；
2.使用方便，本發(fā)明重要的工藝參數(shù)均可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)和控制，并且根據(jù)具體溶液性能和紡絲要求，可以選擇立式或臥式紡絲方式；
3.產(chǎn)量高，本發(fā)明的紡絲液分配板上可安裝3~10排噴絲頭，每排可放置5~10個(gè)噴絲頭，大大地提高了紡絲產(chǎn)量，并且可根據(jù)需要進(jìn)一步增加噴頭數(shù)量。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例1紡納米纖維紗電鏡圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例2紡納米纖維膜電鏡圖；
圖5為本發(fā)明的紡絲液分配板與噴絲頭排列示意圖；
其中:I立臥一體 式支架，2支撐平臺(tái)，3接收裝置固定板，4可拆卸式浴液盤(pán)，5烘干裝置，6卷繞成型滾筒，7橫向擺動(dòng)裝置，8橫向移動(dòng)裝置，9連接桿，10紡絲液分配板，10-1噴絲頭安裝口，10-2輸送管，10-3銅板，11平移滑道，12紡絲間距調(diào)節(jié)滑道，13可拆卸式接收滾筒。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
[0020]實(shí)施例1:靜電紡PA6/SWNTs納米纖維紗 紡絲溶液與接收浴液的配制:
稱(chēng)取一定量的碳納米管，加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為88%~98%甲酸中，用超聲波處理3(T90 min后將一定量的PA6顆粒加入到上述SWNTs/甲酸分散液中，配制成聚酰胺6 (PA6)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15~30%的混合液，經(jīng)磁力攪拌至PA6顆粒完全溶解，再將所得溶液繼續(xù)用超聲波處理3(Tl20 min，獲得碳納米管均勻分散且穩(wěn)定的PA6/CNTs紡絲溶液。
[0021]稱(chēng)一定量的平平加O勻染劑加入去離子水中并在磁力攪拌器上充分?jǐn)嚢?，配?wt%。的接收浴液，以減小浴液的表面張力。
[0022]參照?qǐng)D1所示，一種新型多功能納米纖維靜電紡絲機(jī)，包括高壓發(fā)生裝置，紡絲裝置,立臥一體式支架I (該立臥一體式支架I的高度調(diào)節(jié)范圍O~100cm),設(shè)于立臥一體式支架I上并用于放置紡絲裝置的支撐平臺(tái)2，可拆卸式浴液盤(pán)4，以及設(shè)于立臥一體式支架I底部并位于支撐平臺(tái)2正下方的接收裝置固定板3，可拆卸式浴液盤(pán)4固定于接收裝置固定板3上，在接收裝置固定板3 —側(cè)依次設(shè)有烘干裝置5 (該烘干裝置5的溫度范圍在常溫~200°C，加溫區(qū)長(zhǎng)度及深度均可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍分別為5-15cm和
0.5-2cm)和卷繞成型滾筒6，且可拆卸式浴液盤(pán)4、烘干裝置5以及卷繞成型滾筒6位于同一條水平直線(xiàn)上，同時(shí)卷繞成型滾筒6連接有一橫向擺動(dòng)裝置7。
[0023]參照?qǐng)D1、5所示，在支撐平臺(tái)2上還設(shè)有橫向移動(dòng)裝置8，橫向移動(dòng)裝置8通過(guò)連接桿9與以噴絲頭朝下方向放置的紡絲液分配板10連接，該紡絲液分配板10上設(shè)有多排等間距噴絲頭安裝口 10-1，并通過(guò)輸送管10-2與儲(chǔ)液針筒連接；在支撐平臺(tái)2上設(shè)有供連接桿9做橫向運(yùn)動(dòng)的平移滑道11，同時(shí)立臥一體式支架I上設(shè)有紡絲間距調(diào)節(jié)滑道12，該支撐平臺(tái)2活動(dòng)安裝于紡絲間距調(diào)節(jié)滑道12上。
[0024]在紡納米纖維紗時(shí):首先將紡絲溶液密閉儲(chǔ)存在所述儲(chǔ)液針筒內(nèi)，通過(guò)輸送管10-2從背面輸入所述紡絲液分配板10內(nèi)(該輸送管10-2為聚四氟乙烯管)，通過(guò)流量泵控制不同紡絲參數(shù)要求的流量，紡絲液分配板10負(fù)責(zé)將紡絲溶液均勻地分配到各紡絲管中，將高壓供電裝置的正極與所述紡絲液分配板10內(nèi)的銅板10-3相連，其負(fù)極埋在可拆卸式浴液盤(pán)4的中央底部，在噴絲頭與可拆卸式浴液盤(pán)4之間即形成一定電場(chǎng)強(qiáng)度的高壓電場(chǎng)，在烘干溫度、擺動(dòng)頻率和滾筒轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)界面上設(shè)定烘干溫度140°C，擺動(dòng)頻率為每分鐘往復(fù)10次，卷繞成型滾筒6轉(zhuǎn)速為50?300r/min，噴絲頭的尖端到浴液表面的垂直距離為8cm，噴絲頭內(nèi)徑為0.85mm,紡絲液流量為2ml/h，然后打開(kāi)高壓直流靜電發(fā)生器并調(diào)節(jié)紡絲電壓至20KV，然后從浴液表面拉出納米纖維紗，經(jīng)烘干裝置高溫烘干紗線(xiàn)表面殘留的液體，再經(jīng)卷繞成型滾筒6后即可制備得到PA6/SWNTs納米纖維紗，圖3為該P(yáng)A6/SWNTs納米纖維紗的電鏡圖。
[0025]本發(fā)明的紡絲液分配板10上的每個(gè)噴絲頭安裝口 10-1均可根據(jù)實(shí)際需要安裝上常規(guī)醫(yī)用針頭，作為紡絲時(shí)的噴絲頭，針頭直徑可根據(jù)需要選配。
[0026]本實(shí)施例中采用的高壓供電裝置至少包括從正負(fù)極引出的高壓輸出導(dǎo)線(xiàn)，而該高壓供電裝置也可以是本發(fā)明中高壓發(fā)生裝置的一部分。
[0027]實(shí)施例2:靜電紡PA6/SWNTs納米纖維膜 該實(shí)施例的紡絲溶液配制方法同實(shí)施例1。
[0028]參照?qǐng)D2所示，將可拆卸式浴液盤(pán)4、烘干裝置、卷繞成型滾筒6及橫向擺動(dòng)裝置7移開(kāi)，直接將可拆卸式接收滾筒13固定在所述接收裝置固定板3上，此處可拆卸式接收滾筒13直接采用實(shí)施例1中的卷繞成型滾筒6，然后在可拆卸式接收滾筒13表面設(shè)置金屬接收網(wǎng)作為接收纖維用導(dǎo)電膜，并通過(guò)電極引出觸頭連接高壓直流靜電發(fā)生器的負(fù)極，金屬接收網(wǎng)的目數(shù)根據(jù)紡絲液的種類(lèi)確定，上述結(jié)構(gòu)變動(dòng)后，在烘干溫度、擺動(dòng)頻率和滾筒轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)界面上關(guān)閉烘干功能，擺動(dòng)頻率為每分鐘往復(fù)10次，可拆卸式接收滾筒13轉(zhuǎn)速10?50r/min，在噴絲頭的尖端到可拆卸式接收滾筒13表面的垂直距離為15cm，噴絲頭為內(nèi)徑0.85mm,紡絲液流量2ml/h的條件下，打開(kāi)高壓直流靜電發(fā)生器調(diào)整紡絲電壓至20KV，在可拆卸式接收滾筒13表面即可得到PA6/SWNTs納米纖維膜，圖4為該P(yáng)A6/SWNTs納米纖維膜的電鏡圖。
[0029]當(dāng)然上述實(shí)施例只是為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)所作的例舉而非窮舉，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種新型多功能納米纖維靜電紡絲機(jī)，包括高壓發(fā)生裝置，紡絲裝置，支架本體以及設(shè)于所述支架本體上并用于放置所述紡絲裝置的支撐平臺(tái)，其特征在于，還包括可拆卸式接收裝置組，以及設(shè)于所述支架本體底部并位于所述支撐平臺(tái)正下方的接收裝置固定板，所述可拆卸式接收裝置組包括可拆卸式浴液盤(pán)和可拆卸式接收滾筒，且所述可拆卸式浴液盤(pán)和所述可拆卸式接收滾筒以擇一方式固定于所述接收裝置固定板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型多功能納米纖維靜電紡絲機(jī)，其特征在于，在紡納米纖維紗時(shí)，所述可拆卸式浴液盤(pán)固定于所述接收裝置固定板上，在所述接收裝置固定板一側(cè)依次設(shè)有烘干裝置和卷繞成型滾筒，且所述可拆卸式浴液盤(pán)、所述烘干裝置以及所述卷繞成型滾筒位于同一條水平直線(xiàn)上，同時(shí)所述卷繞成型滾筒連接有一橫向擺動(dòng)裝置，其擺動(dòng)頻率為每分鐘往復(fù)O?30次。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型多功能納米纖維靜電紡絲機(jī)，其特征在于，所述紡絲裝置包括用于控制紡絲液流量的流量泵，與所述流量泵連接的儲(chǔ)液針筒，設(shè)有多排等間距噴絲頭安裝口的紡絲液分配板，以及安裝于所述噴絲頭安裝口的噴絲頭，所述儲(chǔ)液針筒通過(guò)輸送管與所述紡絲液分配板連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型多功能納米纖維靜電紡絲機(jī)，其特征在于，還包括設(shè)于所述支撐平臺(tái)上的橫向移動(dòng)裝置，所述橫向移動(dòng)裝置通過(guò)連接桿與以噴絲頭朝下方向放置的紡絲液分配板連接，且所述支撐平臺(tái)上設(shè)有供所述連接桿做橫向運(yùn)動(dòng)的平移滑道。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型多功能納米纖維靜電紡絲機(jī)，其特征在于，所述高壓發(fā)生裝置為高壓直流靜電發(fā)生器，且其正極與所述紡絲液分配板內(nèi)的銅板相連，同時(shí)在紡納米纖維紗時(shí)，其負(fù)極連接在所述可拆卸式浴液盤(pán)底部；在紡納米纖維膜或管狀材料時(shí)，其負(fù)極與所述可拆卸式接收滾筒上的接收纖維用導(dǎo)電膜相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型多功能納米纖維靜電紡絲機(jī)，其特征在于，所述支架本體上設(shè)有紡絲間距調(diào)節(jié)滑道，所述支撐平臺(tái)活動(dòng)安裝于所述紡絲間距調(diào)節(jié)滑道上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型多功能納米纖維靜電紡絲機(jī)，其特征在于，所述可拆卸式浴液盤(pán)的直徑為5?30cm ； 所述可拆卸式接收滾筒的卷繞線(xiàn)速度為O?100m/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的新型多功能納米纖維靜電紡絲機(jī)，其特征在于，所述支架本體為立臥一體式支架。
【文檔編號(hào)】D01D4/02GK103952777SQ201410124491
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】潘志娟, 李 杰, 田龍, 劉洋 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)