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      一種基于磁場輔助制備有序纖維材料的氣流氣泡紡絲裝置的制作方法

      文檔序號:11836639閱讀:310來源:國知局
      一種基于磁場輔助制備有序纖維材料的氣流氣泡紡絲裝置的制作方法

      本實用新型屬于氣泡紡絲技術(shù)領域,具體涉及一種基于磁場輔助制備有序纖維材料的氣流氣泡紡絲裝置。



      背景技術(shù):

      微/納米纖維材料由于具備非常大的比表面積、優(yōu)良的機械性能、獨特的仿生特性和顯著的尺寸效應,因此在生物醫(yī)學、能源安全、復合材料模板等領域得到廣泛的應用。目前,制備微/納米纖維材料的方法主要有模板法、液相還原法、離心法、靜電紡絲法、氣流氣泡紡絲法等,然而,由于這些方法本身對射流運動的不可控,導致射流強烈的鞭動不穩(wěn)定,因此制備得到的微/納米纖維大都呈隨機排列的無紡布形式。

      氣流氣泡紡絲技術(shù)以氣流為動力,破裂的氣泡產(chǎn)生大量的微細液柱在高速氣流的作用下被拉伸細化,在一定程度上實現(xiàn)了微納米纖維的大量生產(chǎn)。在氣流氣泡紡絲過程中,噴射流自身所具有非穩(wěn)定擺動特性,導致噴射流之間會產(chǎn)生影響,每股噴射流之間互相交錯,導致了纖維在接收裝置上的落點具有隨機性,收集到的纖維分布具有任意性,同時也給纖維收集造成了一定的難度。

      但是,無序的纖維材料在組織工程、光電子器件、增加模板等方面的應用已經(jīng)無法滿足要求,而有序的和可控的微納米纖維賦予了纖維材料新的優(yōu)異性能,因此極大地推動微納米纖維在這類領域的應用。如纖維材料用于細胞支架材料、理想的超疏水材料、光電器件中導電性材料等,要求細胞延特定方向生長,這就必須要求纖維材料擁有很好的有序性須要求靜電紡納米纖 維具有很好的取向性,因此,制備出有序可控的納米纖維成為現(xiàn)在研究的熱點。

      磁場輔助技術(shù)是利用磁場這種具有特殊能量的場,與受控對象作用產(chǎn)生力,在宏觀上改變其運動狀態(tài),在微觀上改變其結(jié)構(gòu)。利用磁場控制噴射流的非穩(wěn)定運動,在紡絲過程中引入磁場,使傳統(tǒng)紡絲情況下的非穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)噴射流轉(zhuǎn)變成相對穩(wěn)定的的噴射流,同時改變纖維微觀結(jié)構(gòu),提高纖維的取向度。

      因此,為了有效的解決上述技術(shù)中存在的問題,有必要提供一種新型的氣流氣泡紡絲裝置,以克服上述缺陷。



      技術(shù)實現(xiàn)要素:

      有鑒于此,本實用新型提供了一種基于磁場輔助制備有序纖維材料的氣流氣泡紡絲裝置,通過在氣泡噴射管與接收裝置之間設置磁控裝置,在成型纖維材料時可實現(xiàn)對射流在縱向上的匯聚以及在橫向上的拉伸,實現(xiàn)射流軌跡的可控性,以解決現(xiàn)有氣流氣泡紡絲過程中射流角度過大,噴射流的非穩(wěn)定擺動導致纖維收集雜亂無序的技術(shù)問題,改變纖維微觀結(jié)構(gòu),提高纖維的取向度。

      根據(jù)本實用新型的目的提出的一種基于磁場輔助制備有序纖維材料的氣流氣泡紡絲裝置,包括氣泡噴射管與設置于所述氣泡噴射管周邊的高壓氣流噴射管,氣泡噴射管頂部成型氣泡并破碎形成射流,高壓氣流噴射管噴出氣流拉伸射流,射流沉積于氣泡噴射管上方的接收裝置上;所述氣流氣泡紡絲裝置還包括用以調(diào)控射流軌跡的磁控裝置,所述磁控裝置設置于氣泡噴射管的正上方,所述磁控裝置包括分別實現(xiàn)射流縱向匯聚的縱向磁控裝置與實現(xiàn)射流橫向拉伸的橫向磁控裝置,所述縱向磁控裝置與所述橫向磁控裝置依次設置于射流中心線上。

      優(yōu)選的,所述縱向磁控裝置設置于橫向磁控裝置的下方,所述橫向磁控裝置靠近接收裝置設置。

      優(yōu)選的,所述縱向磁控裝置為至少一組,每組包括縱向設置的兩個同軸平行的勵磁線圈與模擬磁場發(fā)生器,射流穿過所述勵磁線圈。

      優(yōu)選的,所述勵磁線圈的中心位于氣泡噴射管的軸線上,所述勵磁線圈的磁力線與氣泡噴射管軸線平行,所述勵磁線圈之間設置有高度調(diào)節(jié)器。

      優(yōu)選的,所述縱向磁控裝置的磁場強度由模擬磁場發(fā)生器調(diào)節(jié),磁場調(diào)節(jié)范圍為0-5T。

      優(yōu)選的,所述橫向磁控裝置為至少一組,每組包括電磁鐵與高壓電流發(fā)生器,所述電磁鐵為橫向平行設置的異名磁極磁鐵,所述電磁鐵的磁力線與氣泡噴射管軸線垂直,射流經(jīng)兩電磁鐵間通過噴射至接收裝置上。

      優(yōu)選的,所述電磁鐵對稱分布在氣泡噴射管軸線兩側(cè),所述電磁鐵之間設置有距離調(diào)節(jié)器。

      優(yōu)選的,所述橫向磁控裝置的磁場強度由高壓電流發(fā)生器調(diào)節(jié),磁場調(diào)節(jié)范圍為0-5T。

      優(yōu)選的,兩電磁鐵間的距離不小于勵磁線圈的直徑,且所述縱向磁控裝置與橫向磁控裝置之間設置有距離調(diào)節(jié)器。

      優(yōu)選的,所述氣流氣泡紡絲裝置還包括低壓直流靜電發(fā)生器,所述低壓直流靜電發(fā)生器與插入氣泡噴射管底部的金屬電極連接,且所述低壓直流靜電發(fā)生器的量程為0-100V。

      與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實用新型公開的基于磁場輔助制備有序纖維材料的氣流氣泡紡絲裝置的優(yōu)點是:

      通過在氣泡噴射管與接收裝置之間設置磁控裝置,在成型纖維材料時,縱向磁控裝置可實現(xiàn)對射流在縱向上的匯聚,橫向磁控裝置可實現(xiàn)射流在橫向上的拉伸,通過磁場的作用實現(xiàn)射流軌跡的可控性,以解決現(xiàn)有氣流氣泡 紡絲過程中射流角度過大,噴射流的非穩(wěn)定擺動導致纖維收集雜亂無序的技術(shù)問題,改變纖維微觀結(jié)構(gòu),提高纖維的取向度。

      采用同軸勵磁線圈產(chǎn)生的勻強磁場作為縱向磁場,確保磁力線與氣泡噴射管軸線平行,螺旋擺動的帶電荷射流在洛倫茲力的作用下運動軌跡向氣泡噴射管軸線靠攏,有效的減小了射流的擺動幅度,從而在一定程度上有效的解決了由于高速氣流作用下射流形成巨大擺動角度而導致纖維不易收集的技術(shù)問題。

      采用相互平行的電磁鐵產(chǎn)生的勻強磁場作為橫向磁場,確保磁力線與氣泡噴射管軸線垂直,螺旋擺動的帶電荷射流在洛倫茲力的作用下被拉伸,纖維的取向度得到大幅提升,從而使高速氣流作用下產(chǎn)生的大量無序纖維逐漸有序化。

      采用低壓直流靜電發(fā)生器使溶液帶一定量的電荷,有效的避免高壓靜電紡絲制備有序纖維時靜電過高導致的安全隱患。

      附圖說明

      為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例,對于本領域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

      圖1為本實用新型公開的氣流氣泡紡絲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

      圖2為縱向磁控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

      圖3為橫向磁控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

      圖4為接收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

      圖中的數(shù)字或字母所代表的相應部件的名稱:

      1、供液槽 2、供液導管 3、氣泡噴射管 4、高壓氣流噴射管 5、縱向磁控裝置 6、橫向磁控裝置 7、接收裝置 8、氣泡 9、起泡管 10、氣泵 11、金屬電極 12、低壓直流靜電發(fā)生器

      51、勵磁線圈 52、模擬磁場發(fā)生器

      61、電磁鐵 62、高壓電流發(fā)生器

      71、接收輥

      具體實施方式

      在氣流氣泡紡絲過程中,噴射流自身所具有非穩(wěn)定擺動特性,導致噴射流之間會產(chǎn)生影響,每股噴射流之間互相交錯,導致了纖維在接收裝置上的落點具有隨機性,收集到的纖維分布具有任意性,同時也給纖維收集造成了一定的難度。而現(xiàn)有技術(shù)中多個領域要求纖維材料擁有很好的有序性須要求靜電紡納米纖維具有很好的取向性,因此,制備出有序可控的納米纖維成為現(xiàn)在研究的熱點。

      本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足,提供了一種基于磁場輔助制備有序纖維材料的氣流氣泡紡絲裝置,通過在氣泡噴射管與接收裝置之間設置磁控裝置,在成型纖維材料時可實現(xiàn)對射流在縱向上的匯聚以及在橫向上的拉伸,實現(xiàn)射流軌跡的可控性,以解決現(xiàn)有氣流氣泡紡絲過程中射流角度過大,噴射流的非穩(wěn)定擺動導致纖維收集雜亂無序的技術(shù)問題,改變纖維微觀結(jié)構(gòu),提高纖維的取向度。

      下面將通過具體實施方式對本實用新型的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然,所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例,本領域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本實用新型保護的范圍。

      請參見圖1,如圖所示,一種基于磁場輔助制備有序纖維材料的氣流氣泡紡絲裝置,包括氣泡噴射管3與設置于氣泡噴射管3周邊的高壓氣流噴射管4,高壓氣流噴射管對稱設置于氣泡噴射管的兩側(cè)。

      供液槽1通過供液導管2向氣泡噴射管中提供溶液,氣泵10與插入氣泡噴射管3中的起泡管9連接,通過氣泵與起泡管作用在氣泡噴射管3頂部成型氣泡并破碎形成射流,高壓氣流噴射管噴出氣流拉伸射流,射流沉積于氣泡噴射管上方的接收裝置7上。

      氣流氣泡紡絲裝置還包括用以調(diào)控射流軌跡的磁控裝置,磁控裝置設置于氣泡噴射管3的正上方,磁控裝置包括分別實現(xiàn)射流縱向匯聚的縱向磁控裝置5與實現(xiàn)射流橫向拉伸的橫向磁控裝置6,縱向磁控裝置5與橫向磁控裝置6依次設置于射流中心線上。

      縱向磁控裝置5設置于橫向磁控裝置6的下方,橫向磁控裝置6靠近接收裝置設置。其中通過對兩個磁控裝置上下位置進行限定,保證射流先一步的匯聚之后再拉伸,有利于提高纖維收集的有效性及有序性。

      如圖2所示,縱向磁控裝置5為至少一組,每組包括縱向設置的勵磁線圈51與模擬磁場發(fā)生器52,射流穿過勵磁線圈進行匯聚。勵磁線圈為兩個同軸平行的線圈,確保兩平行線圈之間為勻強磁場B,有效的減小了射流的擺動角度,提高了射流擺動的穩(wěn)定性,使纖維更容易收集,同時兩個勵磁線圈之間的距離、磁場強度可以根據(jù)實際紡絲情況調(diào)整。而且縱向磁控裝置可為上下設置的一組或多組,具體設置方式可根據(jù)需要設定,在此不做限制。

      勵磁線圈51的中心位于氣泡噴射管3的軸線上,勵磁線圈51的磁力線與氣泡噴射管軸線平行,有效保證射流的擺動穩(wěn)定性及取向性。勵磁線圈之間還設置有高度調(diào)節(jié)器,可根據(jù)需要調(diào)節(jié)兩線圈間的距離。

      其中,縱向磁控裝置的磁場強度由模擬磁場發(fā)生器52進行調(diào)節(jié),磁場調(diào)節(jié)范圍為0-5T。一般可調(diào)節(jié)為1T、2T、3T、4T等,具體不做限制。

      如圖3所示,橫向磁控裝置為至少一組,每組包括電磁鐵61與高壓電流發(fā)生器62,電磁鐵61為橫向平行設置的異名磁極磁鐵,電磁鐵61的磁力線與氣泡噴射管3軸線垂直,射流經(jīng)兩電磁鐵間通過噴射至接收裝置7上。橫向磁控裝置可為上下設置的一組或多組,具體設置方式可根據(jù)需要設定,在此不做限制。

      通過將兩電磁鐵橫向平行設置,并且保證電磁鐵對稱分布在氣泡噴射管軸線兩側(cè),保證電磁鐵間為勻強磁場B,有效的提高了纖維的取向度,使雜亂無序的纖維被進一步拉伸形成大量的有序纖維。

      電磁鐵61之間設置有距離調(diào)節(jié)器,可根據(jù)具體需要進行調(diào)節(jié)。

      橫向磁控裝置6的磁場強度由高壓電流發(fā)生器62調(diào)節(jié),磁場調(diào)節(jié)范圍為0-5T。一般可調(diào)節(jié)為1T、2T、3T、4T等,具體不做限制。

      兩電磁鐵間的距離不小于勵磁線圈的直徑,保證射流能夠準確的穿過磁控裝置,且縱向磁控裝置與橫向磁控裝置之間設置有距離調(diào)節(jié)器,根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)二者之間的距離。

      此外,氣流氣泡紡絲裝置還包括低壓直流靜電發(fā)生器12,低壓直流靜電發(fā)生器12與插入氣泡噴射管底部的金屬電極11連接,且低壓直流靜電發(fā)生器的量程為0-100V。可為50V、60V、70V等,具體不做限制。通過采用低壓直流靜電發(fā)生器使溶液帶一定量的電荷,有效的避免高壓靜電紡絲制備有序纖維時靜電過高導致的安全隱患。

      接收裝置可采用接收板或接收輥,本實用新型中采用接收輥71,通過采用圓輥作為接收裝置,纖維落在接收輥上進一步受接收輥的轉(zhuǎn)動切向力作用而被拉伸,有利于進一步提高纖維的取向性,并得到單根纖維。

      本實用新型的工作原理如下:

      打開供液槽1開始通過供液導管2向氣泡噴射管3中輸送溶液,在氣泡噴射管3中裝滿溶液。再打開氣泵10,調(diào)節(jié)至適當?shù)臍饬魉俾?,同時將供液 槽1調(diào)節(jié)至適當?shù)墓┮核俾省馀?在起泡管9末端的高聚物溶液中產(chǎn)生,產(chǎn)生的氣泡8從氣泡噴射管3的底端逐漸上升到頂端破裂。同時,打開低壓直流靜電發(fā)生器12,調(diào)節(jié)至適當?shù)碾妷褐担蛪褐绷黛o電發(fā)生器12通過金屬電極11給氣泡噴射管中的溶液施加一定量電荷。打開高壓氣流發(fā)生裝置,調(diào)節(jié)至適當?shù)臍饬魉俾?,高速氣流?jīng)由高壓氣流噴射管4噴射而出。上升至氣泡噴射管3頂端的氣泡破裂后在噴射出的高速氣流的作用下被拉伸細化形成大量的微納米纖維材料。與此同時,打開磁控裝置,調(diào)節(jié)至適當?shù)拇艌鰪姸却笮 N⒓{米纖維材料經(jīng)過縱向磁控裝置5作用形成擺幅較穩(wěn)定的射流,再經(jīng)過橫向磁控裝置6作用拉伸形成高度取向的微納米纖維材料,最后收集在接收裝置7上。

      本實用新型公開了一種基于磁場輔助制備有序纖維材料的氣流氣泡紡絲裝置,通過在氣泡噴射管與接收裝置之間設置磁控裝置,在成型纖維材料時,縱向磁控裝置可實現(xiàn)對射流在縱向上的匯聚,橫向磁控裝置可實現(xiàn)射流在橫向上的拉伸,通過磁場的作用實現(xiàn)射流軌跡的可控性,以解決現(xiàn)有氣流氣泡紡絲過程中射流角度過大,噴射流的非穩(wěn)定擺動導致纖維收集雜亂無序的技術(shù)問題,改變纖維微觀結(jié)構(gòu),提高纖維的取向度。

      采用同軸勵磁線圈產(chǎn)生的勻強磁場作為縱向磁場,確保磁力線與氣泡噴射管軸線平行,螺旋擺動的帶電荷射流在洛倫茲力的作用下運動軌跡向氣泡噴射管軸線靠攏,有效的減小了射流的擺動幅度,從而在一定程度上有效的解決了由于高速氣流作用下射流形成巨大擺動角度而導致纖維不易收集的技術(shù)問題。

      采用相互平行的電磁鐵產(chǎn)生的勻強磁場作為橫向磁場,確保磁力線與氣泡噴射管軸線垂直,螺旋擺動的帶電荷射流在洛倫茲力的作用下被拉伸,纖維的取向度得到大幅提升,從而使高速氣流作用下產(chǎn)生的大量無序纖維逐漸有序化。

      采用低壓直流靜電發(fā)生器使溶液帶一定量的電荷,有效的避免高壓靜電紡絲制備有序纖維時靜電過高導致的安全隱患。

      對所公開的實施例的上述說明,使本領域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下,在其它實施例中實現(xiàn)。因此,本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例,而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。

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