納米纖維沉積裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種靜電紡絲裝置，特別是涉及一種具有多射流紡絲、多重氣流輔助沉積海綿狀靜電紡絲納米纖維沉積裝置。
【背景技術】
[0002]納米技術憑其優越的特性廣泛的應用到組織工程、微電子技術、生物傳感器、新型復合材料和自清潔表面等領域。靜電紡絲是一種生產納米纖維的簡單方便有效的主要技術，主要原理是帶有微細通道的噴嘴在定量供液栗的定量供液條件下在噴嘴出產生紡絲溶液懸滴，在高壓電場下產生流變并形成一定角度的錐形，業界稱為泰勒錐，錐形尖端出會噴射產生射流，射流在電場中運動和鞭動直至沉積到特定介質上。靜電紡絲制造的納米纖維相比傳統的纖維具有高的比表面積的優點，納米纖維在介質上的連續沉積可以形成一定厚度的膜，并且靜電紡絲纖維膜具有比表面積大、孔隙率高、通透性高等特性，利用這種特性應用到化學催化領域、處理水的重金屬污染、生物傷口用藥等領域，均可以大大介質之間的接觸面積從而提高工作的效率，并且連續的靜電紡絲中，納米纖維的沉積具有隨機性，這樣形成就是一種無序狀態的無紡布納米纖維膜，其優點是這種無序排列可以形成很多小于纖維直徑的微空隙，利用這些微空隙進行液體的過濾處理，能雜質的阻隔并大幅度提高液體的純度，但也正是這種無序的特點降低了納米纖維膜的強度等特性從而限制了在很多領域的應用。
【發明內容】
[0003]本發明的目的旨在提供一種通過多射流紡絲提高效率和產量，通過多重輔助氣流進行海綿狀的三維柱狀納米纖維引導沉積，改善納米纖維在吸附、過濾和化學催化等領域的作用和耐用性的納米纖維沉積裝置。
[0004]本發明設有供液裝置、蓋板、噴嘴板、熱氣環、熱風機、風刀陣列、第一氣栗、收集裝置、第二氣栗、球關節軸承、轉盤、聯軸器、直流電機和高壓電源；
[0005]所述收集裝置設有進氣板、微孔板、透氣網和針尖地極；
[0006]所述蓋板、熱氣環、風刀陣列、進氣板、微孔板、透氣網和轉盤均由絕緣材料制成，噴嘴板和針尖地極采用金屬材料制造。
[0007]所述蓋板與噴嘴板連接構成噴頭裝置，供液裝置通過導管與蓋板上的溶液輸入通道連接，實現溶液供給；噴嘴板上設有分液結構和噴嘴陣列，輸入的溶液通過噴嘴板分液并輸出至噴嘴陣列的各個噴嘴；高壓電源正極與噴嘴板連接實現高壓電源的供給；熱氣環安裝于噴嘴板下方，熱風機通過導管和減壓閥與熱氣環上的進氣口連接，熱氣環上設有微孔陣列，微孔陣列與噴嘴陣列對齊安裝，通過微孔陣列可以形成環繞射流的熱氣；風刀陣列傾斜安裝于熱氣環下方，風刀陣列分別通過導管和減壓閥與第一氣栗連接，風刀陣列為環繞收集裝置的環形陣列，通過風刀陣列的作用能形成環繞收集裝置的周密的引導氣流；進氣板與微孔板固定連接，并與垂直方向傾斜，進氣板與微孔板之間形成氣流夾層，第二氣栗通過減壓閥和導管與進氣板上的進氣通道連接，其產生的氣流通過氣流夾層進行緩沖，并通過遍布微孔板側面的矩形微孔陣列形成表面氣層；針尖地極與微孔板底部連接并且可靠接地，針尖地極的陣列方式和數量與噴嘴陣列一致，通過針尖地極可以有效聚焦紡絲電場，并且能及時導走納米纖維上的殘余電荷，避免納米纖維的相互排斥降低了納米纖維三維沉積的緊湊型和致密度；進氣板和微孔板中間掏空并與透氣網連接，透氣網的主要作用是及時排走殘余氣流；球關節軸承固定安裝于轉盤邊緣，轉盤上的凸出軸通過聯軸器與直流電機連接，直流電機驅動轉盤旋轉，帶動球關節軸承沿著導軌運動，使收集裝置產生周期性的上下振動，通過振動使納米纖維沉積更緊湊和致密。
[0008]所述噴嘴陣列可采用環形噴嘴陣列，環形噴嘴陣列的數量可為6?20個，相鄰噴嘴之間的直線間距可為8?20mm。
[0009]所述進氣板底部可設有弧形截面的圓形軌道，圓形軌道表面與球關節軸承接觸形成直線副。
[0010]進氣板和微孔板側面傾斜，與垂直方向所成角度可為10?30°。
[0011]所述風刀陣列可采用環形風刀陣列，風刀陣列圍繞收集裝置傾斜安裝，風刀陣列的出風口與微孔板側面平行，風刀陣列的數量可為4?12個。
[0012]所述噴嘴板的噴嘴陣列、熱氣環的微孔陣列和針尖地極的陣列的陣列方式一致且對齊安裝，其陣列數量相等。
[0013]熱氣環的微孔陣列的孔徑可為I?5mm，所形成的熱氣流溫度應控制于10?30。。。
[0014]微孔板上的微孔孔徑可為0.05?0.5mm，相鄰微孔的間距可為0.5?1mm。
[0015]轉盤上的凸出軸通過聯軸器與直流電機連接，直流電機驅動轉盤旋轉，帶動球關節軸承沿著導軌運動，使收集裝置產生周期性的上下振動，振動的振幅應限制于5?10mm，通過振動使納米纖維沉積更緊湊和致密。
[0016]本發明提供的熱氣環位于噴頭板的環形噴嘴陣列下方，距離由紡絲情況具體確定，安裝于納米纖維鞭動區下方；熱氣環為中空環狀管，內圈有微孔環形陣列，陣列方式與噴嘴陣列一致，微孔數量與噴嘴數量相對應，并且對齊安裝，直徑可為I?5_ ;熱氣環外圈設有氣流輸入口，通過導管與熱風機連接，通過熱風機產生一定溫度的熱氣流，經過減壓閥調節流速，在熱氣環的分流作用下，形成環繞各個紡絲射流的低壓熱氣流，對鞭動后的納米纖維起初步適度的烘干作用，所形成的熱氣流溫度控制于10?30°C，使經過適度烘干的納米纖維仍具有一定的粘度，沉積至收集裝置時可以相互粘結。
[0017]本發明提供的風刀陣列位于熱氣環下方，風刀以環形陣列分布，風刀傾斜安裝，與微孔板側面平行，與垂直方向成10?30°，數量可為4?12個，各個風刀分別通過導管和減壓閥與第一氣栗連接，通過第一氣栗輸出氣流經過減壓閥調節產生一定流速的氣流輸出至各個風刀，經過風刀的聚焦和分流，每個風刀形成斜向下的引導氣流，由于風刀呈環形陣列，故能形成環形的引導氣流，納米纖維在引導氣流的作用下，沉積至收集裝置；同時引導氣流能對納米纖維起一定的降溫和烘干作用，并且能對收集裝置中的柱狀納米纖維起一定的壓緊作用，使沉積的納米纖維能更好的粘結在一起，形成的柱狀納米纖維更加緊湊和致密。風刀陣列的數量越多，所形成圍繞收集裝置的引導氣流更周密，對納米纖維的引導、風干和壓緊作用會更好，同時氣流還能帶走納米纖維上的殘余電荷。
[0018]本發明提供的進氣板、微孔板、透氣網和針尖地極構成收集裝置；進氣板作為基座，與微孔板連接，進氣板為微孔板間構成氣流夾層；微孔板上有微孔矩形陣列，微孔直徑可為0.05?0.5mm,陣列間距可為0.5?1_，微孔矩形陣列布滿整個微孔板的側面，微孔板底部無微孔陣列；進氣板和微孔板側面傾斜，與垂直方向所成角度為10?30°，使納米纖維更易于沉積至收集裝置底部；進氣板上有進氣孔，通過導管和減壓閥與第二氣栗連接，通過第二氣栗輸出氣流，經過減壓閥調節形成一定流速的氣流輸出至進氣孔，并從進氣孔輸入氣流夾層緩沖，通過微孔板的微孔陣列輸出，所輸出的氣流為低壓氣流，在微孔板表面形成氣流層，對沉積至收集裝置的三維柱狀納米纖維進行持續烘干，以形成海綿狀。進氣板和微孔板均為圓形容器狀，中間掏空，與透氣網連接，透氣網為網狀結構，在裝置中主要起殘余氣流排出收集裝置的作用。針尖電極安裝于微孔板底部，也為環形陣列，數量與陣列方式與噴嘴陣列一致，并且對齊安裝；通過針尖地極可靠接地及時導走納米纖維上的殘余電荷，避免納米纖維的相互排斥降低沉積的密度，同時針尖地極還有聚焦靜電紡絲電場的作用。
[0019]本發明提供的直流電機通過聯軸器與轉盤的凸出軸連接，設有球關節軸承安裝于轉盤邊緣，進氣板底部設計有圓形導軌，導軌截面為弧形，與球關節軸承接觸，球關節軸承可以大幅度降低接觸表面的摩擦，使壽命更高；通過電機驅動轉盤旋轉，帶動球關節軸承沿著導軌移動，使收集裝置能以一定的頻率循環上下振動，通過振動納米纖維在振動中不斷緊湊提高三維柱狀納米纖維沉積的密度，振幅可為5?10mm。
[0020]本發明裝置工作時，通過供液裝置定量供液至噴頭裝置，經過噴嘴板分流至各個噴嘴，并在高壓電場作用下產生納米纖維，納米纖維經過鞭動后穿過熱氣環，在熱氣環的低壓熱氣流作用下適度的蒸發降低濕度，接著在風刀氣流的引導作用下，沉積至收集裝置，并進行一定程度的冷卻和風干，殘余電荷通過針尖地極導走。納米纖維帶有一定粘度相互粘結，持續沉積直至沉積出三維柱狀，并在微孔氣流的持續風干中形成海綿狀性質，引導氣流不斷的壓緊以及振動機構不斷的上下擺動收集裝置，從而不斷提高三維柱狀納米纖維的致密度。殘余氣流持續從透氣網處排出。通過形成海綿狀的三維柱體納米纖維，可以提高材料的強度，相比膜狀的納米纖維大大提高了材料的含量從而提高應用的持久性，針對過濾材料還能進一步提尚液體純度，提尚其應用范圍。
[0021]本發明提出了一種納米纖維膜的三維沉積，并通過輔助氣流對納米纖維進行一定量的風干，從而形成一種海綿狀的三維柱體納米纖維，可以提高材料的強度，相比膜狀的納米纖維大大提高了材料的含量從而提高應用的持久性，針對過濾材料還能進一步提高液體純度，提高其應用范圍。
[0022]本發明公開了一種海綿狀納米纖維沉積裝置，通過多噴嘴陣列產生多射流進行高效高產量納米纖維制造，引入多重氣流