旋轉(zhuǎn)式雙針頭靜電紡絲裝置及其制備均勻納米纖維膜方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于紡織機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種靜電紡絲裝置，具體涉及一種旋轉(zhuǎn)式雙針頭靜電紡絲裝置，本發(fā)明還涉及利用該裝置制備均勻納米纖維膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米纖維廣泛應(yīng)用于電池隔膜、過(guò)濾器、再生醫(yī)療、創(chuàng)傷敷料、電解質(zhì)膜、納米膠囊、納米補(bǔ)強(qiáng)、傳感器等。靜電紡絲是一種簡(jiǎn)單有效而又經(jīng)濟(jì)的制備納米纖維的方法，可制備出直徑為幾十納米到數(shù)微米的微/納米纖維。
[0003]傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室級(jí)靜電紡絲技術(shù)一般都集中于單針頭靜電紡絲，但該工藝獲得纖維的效率較低，產(chǎn)量小，無(wú)法達(dá)到工業(yè)化要求。為了解決產(chǎn)量小這一問(wèn)題，研宄人員普遍采用多針頭紡絲裝置，期望通過(guò)這一方法實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，從而獲得大面積的纖維膜。但是當(dāng)紡絲針頭數(shù)量增加，使得間距減小到一定程度時(shí)，臨近針頭尖端的液滴和噴出的射流相互之間的電場(chǎng)排斥力增加，導(dǎo)致射流的不穩(wěn)定性增強(qiáng)，使得最終收集的納米纖維膜的厚度不一，均勻性較差。
[0004]有學(xué)者利用兩根帶有多針頭的水平噴管進(jìn)行平行錯(cuò)位排列，同一噴管上針頭的間距為100mm，噴頭內(nèi)徑為0.1?2mm，通過(guò)此方法可一定程度上減小噴頭間的電場(chǎng)干擾，并且紡絲效率也顯著提高。這種方法雖然將針頭進(jìn)行了錯(cuò)位配置，但是很難保證不同針頭紡出的纖維膜完全覆蓋整個(gè)接收屏，最后紡出的整張纖維膜在某些區(qū)域會(huì)收集不到纖維，或者稀密相間，因此造成了纖維膜的不均勻。另有學(xué)者利用多針頭的水平噴管橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最后基本能保證每一個(gè)區(qū)域都能收集到纖維，但是邊緣區(qū)域的纖維膜較其他區(qū)域要薄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種旋轉(zhuǎn)式雙針頭靜電紡絲裝置，以提高納米纖維的單位時(shí)間產(chǎn)量以及纖維膜的均勻性。
[0006]本發(fā)明的另一目的是提供利用上述裝置制備均勻納米纖維膜的方法。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種旋轉(zhuǎn)式雙針頭靜電紡絲裝置，包括旋轉(zhuǎn)噴絲裝置、收集裝置和調(diào)溫調(diào)濕裝置，旋轉(zhuǎn)噴絲裝置和調(diào)溫調(diào)濕裝置設(shè)置在由金屬板組裝而成的密封紡絲倉(cāng)內(nèi)；
[0008]旋轉(zhuǎn)噴絲裝置包括水平噴管，水平噴管通過(guò)升降架固定在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)與旋轉(zhuǎn)軸連接，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上還設(shè)置有微量注射泵和直流高壓發(fā)生器；
[0009]水平噴管頂部設(shè)置有一對(duì)金屬針頭，水平噴管底部通過(guò)導(dǎo)線與直流高壓發(fā)生器連接，水平噴管的進(jìn)液口通過(guò)導(dǎo)液管與注射器連接，注射器由微量注射泵驅(qū)動(dòng)注射。
[0010]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0011 ] 收集裝置包括導(dǎo)簾輥a、導(dǎo)簾輥b、卷簾輥a、卷簾輥b和收集簾，紡絲倉(cāng)兩側(cè)開(kāi)有供收集簾通過(guò)的條形口，導(dǎo)簾輥a和導(dǎo)簾輥b、卷簾輥a和卷簾輥b分別位于收集簾兩側(cè)，導(dǎo)簾輥a和導(dǎo)簾輥b使得收集簾保持水平，卷簾輥a和卷簾輥b驅(qū)動(dòng)收集簾運(yùn)動(dòng)，卷簾輥a接地。
[0012]收集簾的寬度為400mm?600mm。
[0013]調(diào)溫調(diào)濕裝置包括溫度調(diào)節(jié)器和濕度調(diào)節(jié)器。
[0014]水平噴管上兩金屬針頭間的距離為200mm?400mm。
[0015]本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種均勻納米纖維膜的制備方法，所采用的旋轉(zhuǎn)式雙針頭靜電紡絲裝置，包括旋轉(zhuǎn)噴絲裝置、收集裝置和調(diào)溫調(diào)濕裝置，旋轉(zhuǎn)噴絲裝置和調(diào)溫調(diào)濕裝置設(shè)置在由金屬板組裝而成的密封紡絲倉(cāng)內(nèi)；
[0016]旋轉(zhuǎn)噴絲裝置包括水平噴管，水平噴管通過(guò)升降架固定在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)與旋轉(zhuǎn)軸連接，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上還設(shè)置有微量注射泵和直流高壓發(fā)生器；
[0017]水平噴管頂部設(shè)置有一對(duì)金屬針頭，水平噴管底部通過(guò)導(dǎo)線與直流高壓發(fā)生器連接，水平噴管的進(jìn)液口通過(guò)導(dǎo)液管與注射器連接，注射器由微量注射泵驅(qū)動(dòng)注射；
[0018]收集裝置包括導(dǎo)簾輥a、導(dǎo)簾輥b、卷簾輥a、卷簾輥b和收集簾，紡絲倉(cāng)兩側(cè)開(kāi)有供收集簾通過(guò)的條形口，導(dǎo)簾輥a和導(dǎo)簾輥b、卷簾輥a和卷簾輥b分別位于收集簾兩側(cè)，導(dǎo)簾輥a和導(dǎo)簾輥b使得收集簾保持水平，卷簾輥a和卷簾輥b驅(qū)動(dòng)收集簾運(yùn)動(dòng)，卷簾輥a接地；
[0019]收集簾的寬度為400mm?600mm ;
[0020]調(diào)溫調(diào)濕裝置包括溫度調(diào)節(jié)器和濕度調(diào)節(jié)器；
[0021]水平噴管上兩金屬針頭間的距離為200mm?400mm ；
[0022]具體按照以下步驟實(shí)施:
[0023]通過(guò)注射器將紡絲液壓入水平噴管，并使其充滿(mǎn)水平噴管，通過(guò)溫度調(diào)節(jié)器和濕度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)紡絲倉(cāng)內(nèi)的環(huán)境溫度和相對(duì)濕度；開(kāi)啟微量注射泵，待溶液流速均勻之后，開(kāi)啟直流高壓發(fā)生器，調(diào)節(jié)外加電壓，以及金屬針頭與收集簾之間的距離，使得液滴和射流穩(wěn)定；啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)，開(kāi)啟卷簾棍a和卷簾棍b順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使金屬收集簾以一定速度水平移動(dòng)，纖維沉積在金屬收集簾上，直至金屬收集簾從卷簾輥b完全退繞，并纏繞到卷簾棍a上；然后驅(qū)動(dòng)卷簾棍a和卷簾棍b逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，金屬收集簾反向卷繞，直至從卷簾輥a完全退繞，并纏繞到卷簾輥b上，如此反復(fù)，直至沉積的纖維膜達(dá)到所要求的厚度為止。
[0024]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于:
[0025]環(huán)境溫度為25 °C，相對(duì)濕度范圍為40%?60%。
[0026]金屬針頭與收集簾之間的距離為10mm?200mm。
[0027]外加電壓為20kV?40kV，溶液流速為0.3mL/h?0.5mL/h。
[0028]收集簾的移動(dòng)速度為6m/min?60m/min。
[0029]本發(fā)明的有益效果是，
[0030]1.本發(fā)明設(shè)備簡(jiǎn)單，操作便利；
[0031]2.通過(guò)對(duì)紡絲區(qū)域密封，減少了外界環(huán)境對(duì)紡絲過(guò)程的影響；
[0032]3.通過(guò)金屬收集簾正反向卷繞，既可以實(shí)現(xiàn)收集纖維膜面積的顯著增加，又能將纖維膜中的電荷及時(shí)通過(guò)卷繞過(guò)程中與收集簾的接觸而導(dǎo)走；
[0033]4.通過(guò)雙針頭旋轉(zhuǎn)紡絲，可以保證整個(gè)沉積幅寬范圍內(nèi)纖維360°無(wú)死角覆蓋，從而使得收集到的纖維膜不同區(qū)域的厚度均勻性顯著提高；
[0034]5.雙針頭之間的距離可以有效放大，可很大程度上規(guī)避針頭之間的干擾。
【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1是本發(fā)明一種旋轉(zhuǎn)式雙針頭靜電紡絲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖中，1.金屬針頭，2.纖維，3.水平噴管，4.導(dǎo)線，5.導(dǎo)液管，6.注射器，7.微量注射泵，8.直流高壓發(fā)生器，9.升降架，10.旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，11.旋轉(zhuǎn)軸，12.驅(qū)動(dòng)電機(jī)，13.溫度調(diào)節(jié)器，14.濕度調(diào)節(jié)器，15.進(jìn)液口，16.導(dǎo)簾輥a，17.導(dǎo)簾輥b，18.卷簾輥a，19.卷簾輥b，20.紡絲倉(cāng)，21.收集簾。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0038]本發(fā)明一種旋轉(zhuǎn)式雙針頭靜電紡絲裝置其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括旋轉(zhuǎn)噴絲裝置、收集裝置和調(diào)溫調(diào)濕裝置，旋轉(zhuǎn)噴絲裝置和調(diào)溫調(diào)濕裝置設(shè)置在由金屬板組裝而成的密封紡絲倉(cāng)20內(nèi)。
[0039]旋轉(zhuǎn)噴絲裝置包括水平噴管3，水平噴管3通過(guò)升降架9固定在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)10上，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)10與旋轉(zhuǎn)軸11連接，通過(guò)電機(jī)12驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸11旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)10旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)10上還設(shè)置有微量注射泵7和直流高壓發(fā)生器8 ;
[0040]水平噴管3頂部設(shè)置有一對(duì)金屬針頭I，水平噴管3底部通過(guò)導(dǎo)線4與直流高壓發(fā)生器8連接，水平噴管3的進(jìn)液口 15通過(guò)導(dǎo)液管5與注射器6連接，注射器6與由微量注射泵7驅(qū)動(dòng)注射。
[0041]收集裝置包括導(dǎo)簾輥al6、導(dǎo)簾輥bl7、卷簾輥al8、卷簾輥bl9和收集簾21，紡絲倉(cāng)20兩側(cè)開(kāi)有供收集簾21通過(guò)的條形口，導(dǎo)簾輥al6和導(dǎo)簾輥bl7、卷簾輥al8和卷簾輥bl9分別位于收集簾21兩側(cè)，導(dǎo)簾輥al6和導(dǎo)簾輥bl7使得收集簾21保持水平，卷簾輥al8和卷簾輥bl9驅(qū)動(dòng)收集簾21運(yùn)動(dòng)，卷簾輥al8接地。
[0042]收集簾2I的寬度為400mm?6OOmm0
[0043]調(diào)溫調(diào)濕裝置包括溫度調(diào)節(jié)器13和濕度調(diào)節(jié)器14。
[0044]水平噴管3上兩金屬針頭I間的距離為200mm?400mm。
[0045]紡絲倉(cāng)20倉(cāng)體內(nèi)部金屬板表面包覆有絕緣材料，導(dǎo)液管5為聚四氟乙烯材質(zhì)。
[0046]利用上述旋轉(zhuǎn)式雙針頭靜電絲裝置制備均勻納米纖維膜的方法，具體按照以下步驟進(jìn)行:
[0047]通過(guò)注射器6將紡絲液壓入水平噴管3，并使其充滿(mǎn)水平噴管3，通過(guò)溫度調(diào)節(jié)器13和濕度調(diào)節(jié)器14調(diào)節(jié)紡絲倉(cāng)20內(nèi)的環(huán)境溫度為25°C，相對(duì)濕度為40%?60%。開(kāi)啟微量注射泵7，控制溶液流速為0.3mL/h?0.5mL/h，待金屬針頭I流速均勻之后，開(kāi)啟直流高壓發(fā)生器8，調(diào)節(jié)外加電壓為20kV?40kV，調(diào)節(jié)金屬針頭I與收集簾21之間的距離為10mm?200mm，使得液滴和射流穩(wěn)定。