氣輔式納米纖維傳輸裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及紡絲裝置，特別是涉及一種氣輔式納米纖維傳輸裝置。
【背景技術】
[0002]隨著近10年來納米技術應用的日益廣泛，對納米纖維的需求與日倶增，大批量制備納米纖維已經成為眾多研究者的研究重點。靜電紡絲技術是一種快速、穩定制備納米纖維的技術，吸引了眾多研究者，成為納米科技領域的一大亮點。隨著近年來對靜電紡絲技術的深入研究，聚合物納米纖維的應用已經從最初的增強復合材料發展到生物領域、光學及電子等更多的領域。值得關注的是大多數的靜電紡納米纖維的應用都沒有達到工業生產水平，僅僅停留在實驗室研究和發展階段。促進靜電紡絲裝置設計制造及多樣排列形式的纖維制備能力的提高，有利于實現納米纖維工業化的應用。目前已有的獲取規則排列納米纖維的方法主要有以四種:
[0003]1.高速旋轉滾筒收集器，噴頭往復式向下噴射納米纖維，纖維落入高速旋轉的滾筒上，由此得到的納米纖維線性度不高，高速旋轉對滾筒的穩定性要求也較高。
[0004]2.帶絕緣圖案的接地導電極板收集，噴頭螺旋式向下噴射納米纖維，纖維自由下落，通過狹窄間隙的接地導電極板，由此獲得線性排列的納米纖維，但產量受極板間隙寬度制約，很難大批量生產。
[0005]3.帶尖沿的導電圓盤收集，其缺點同樣在于產出的納米纖維寬度受圓盤厚度限制，產量不大。
[0006]4.導電模板法，以帶有規則圖案(如鐵絲網)的導電收集板收集納米纖維，收集到的納米纖維具有與收集板類似的圖案其不足在于規則排列的纖維的厚度有限。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供可克服現有批量生產規則排列納米纖維技術存在的產量小，纖維排列線性度不高，纖維直徑過大等缺點的一種氣輔式納米纖維傳輸裝置。
[0008]本發明設有機架、導軌、擋板、電源、射流裝置、供氣裝置、收集裝置；
[0009]所述機架由上板和下板組成，內部形成氣流傳輸通道;導軌固定在機架內腔底部，導軌兩側擋板置于導軌上并封閉機架，兩側擋板沿導軌移動以調節兩側擋板的間距;射流裝置設有注射器、液體導管、分流器和纖維噴頭;液體導管將注射器與分流器相連接，纖維噴頭固定在分流器上;供給裝置設有鼓風機、氣體導管和擴流器;擴流器安裝在機架進氣口上并通過氣體導管與鼓風機連接;收集裝置設有收集基帶、收集板、電機和2個滾筒；電機輸出軸與2個滾筒中的其中I個滾筒連接，收集基帶纏繞于2個滾筒上，收集基帶位于纖維噴頭下方，收集板設于收集基帶下方且接地；電源的正極施加于分流器，通過分流器作用于纖維噴頭，電源的負極接地。
[0010]所述機架可由上板和下板組成，上板為金屬板，加可調正電壓，下板為絕緣板，接地。
[0011]所述擋板可以沿導軌移動，用于調節所獲纖維無紡布的寬度，并與上板和下板一同形成密封腔結構，同時兩側壁面內部覆蓋有絕緣材料。
[0012]所述氣流傳輸通道為楔形漸縮結構。
[0013]所述收集基帶和滾筒構成連續傳送機構，包括但不限于卷到卷機構。
[0014]所述鼓風機可通過控制器改變轉速，用于提供速度可變的氣流。
[0015]所述電源的電壓可為10?50kV。
[0016]本發明的工作原理如下:
[0017]當批量制造線性排列的納米纖維時，開啟鼓風機，在進氣管、密封腔、出氣管通道形成穩定氣流，然后打開噴頭并對分流器加高壓從而產生射流。由于氣體對射流的沖擊及使得纖維方向統一，而氣流本身對纖維的拉伸作用以及對溶液蒸發的促進作用使得纖維細化。由于氣流傳輸通道的楔形漸縮結構，迫使氣流加速，對收集基帶的沖擊加大，使得纖維的吸附量增加。由于纖維向下表面運動，使得纖維盡可能多的吸附在收集基帶上。由于絕緣材料的電荷約束，在紡絲過程中產生感應電荷，約束纖維與氣流流向垂直方向的鞭動，且約束能力與出氣管上表面所加正電壓大小正相關。最后通過滾筒的傳動作用，通過對滾筒轉速的調節，可獲得疏密程度不同的納米纖維面。從而實現線性排列的納米纖維的連續生產。通過改變氣流速度，供液速度、電場強度、擋板間距、滾筒轉速等參數，可獲得不同質量和產量的納米纖維。
[0018]與現有技術比較，本發明具有以下突出特點:
[0019]通過改變氣流速度、供液速度、電場強度、擋板間距、滾筒轉速等參數，可大批量生產滿足不同要求的規則排列的納米纖維。氣體對射流的沖擊、氣流傳輸通道的楔形漸縮結構，迫使氣流加速，對收集基帶的沖擊加大，使得纖維的吸附量增加，有效解決了納米纖維直徑過大的缺點。上板所加正電壓的引導、絕緣材料產生的感應電荷對纖維的約束，保證纖維排列的規則程度。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明實施例的結構組成示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
[0022]參見圖1，本發明實施例設有機架、導軌、擋板1、電源12、射流裝置、供氣裝置、收集裝置;所述機架由上板3和下板4組成，內部形成氣流傳輸通道;導軌2固定在機架內腔底部，導軌2兩側擋板I置于導軌上并封閉機架，兩側擋板I沿導軌2移動以調節兩側擋板的間距；射流裝置設有注射器11、液體導管10、分流器9和纖維噴頭8;液體導管10將注射器11與分流器9相連接，纖維噴頭8固定在分流器9上;供給裝置設有鼓風機15、氣體導管14和擴流器13;擴流器13安裝在機架進氣口上并通過氣體導管14與鼓風機15連接;收集裝置設有收集基帶
5、收集板16、電機7和2個滾筒6;電機7輸出軸與2個滾筒6中的其中I個滾筒連接，收集基帶5纏繞于2個滾筒6上，收集基帶5位于纖維噴頭8下方，收集板16設于收集基帶5下方且接地；電源12的正極施加于分流器9，通過分流器9作用于纖維噴頭8，電源的負極接地。
[0023]外置的鼓風機15產生速度可調的穩定氣流通過氣流導管14，氣流導管14的另一端與密封腔相通，將氣流導入由擋板1、下板3、上板4構成的密封腔A內；纖維噴頭8設于密封腔A的開口上方，垂直向下噴射聚合物溶液。受導入氣流的沖擊影響，并隨著氣流運動。隨著氣流由進氣口到出氣口，上板3與下板4間距減小，橫截面積減小，氣流速度加快，溶液蒸發，纖維細化。纖維與氣流流向垂直方向上的鞭動受到密封腔上絕緣材料感應電荷的約束，使纖維只能在氣流方向上鞭動。隨氣流運動的納米纖維受楔形結構和內部電場的作用，吸附在收集基帶5上。由滾筒6帶動收集基帶5將纖維取出得到最終規則排列的納米纖維；
[0024]本實施例采用溶質為PMMA，溶劑為DMF/氯仿(質量比1:1)的溶液制備微納纖維:將26 %濃度的PMMA溶液存入注射器11，設定注射器11的供液速度為ΙΟΟΟμΙ/h，噴絲管口內徑大小為0.41mm;通過設于下板3前端的導軌2閉合兩側擋扳I，擋板I的間距為100?300mm,形成密封腔A;開啟鼓風機15，其輸出氣流速度為O?20m/s，使密封腔內形成穩定氣流;開啟電機7，滾筒6旋轉，結合滾筒6的直徑，設定滾筒6的轉速，使收集基帶5以0.1?0.5m/s穩定移動;待供液穩定后，設定電源的輸出電壓為10?50kV，此時纖維噴頭的噴絲管口的液滴與收集基帶之間產生強電場;在氣流沖擊、楔形結構、電場引導和感應電荷的約束共同作用下，噴絲管口的溶液在纖維噴頭8和收集基帶5之間形成有序、定向的微納纖維。實際應用時，氣流速度、供液速度、電場強度、擋板間距、滾筒轉速都可根據需要調整，以滿足不同的產量需求與技術要求。在圖1中，注射器11的PMMA溶液出口經液體導管10與分流器9的入口連接，纖維噴頭8固接于分流器9底部，分流器9與電源12的正極連接，電源12的負極接電。
【主權項】
1.氣輔式納米纖維傳輸裝置，其特征在于設有機架、導軌、擋板、電源、射流裝置、供氣裝置、收集裝置； 所述機架由上板和下板組成，內部形成氣流傳輸通道;導軌固定在機架內腔底部，導軌兩側擋板置于導軌上并封閉機架，兩側擋板沿導軌移動以調節兩側擋板的間距;射流裝置設有注射器、液體導管、分流器和纖維噴頭;液體導管將注射器與分流器相連接，纖維噴頭固定在分流器上;供給裝置設有鼓風機、氣體導管和擴流器;擴流器安裝在機架進氣口上并通過氣體導管與鼓風機連接;收集裝置設有收集基帶、收集板、電機和2個滾筒；電機輸出軸與2個滾筒中的其中I個滾筒連接，收集基帶纏繞于2個滾筒上，收集基帶位于纖維噴頭下方，收集板設于收集基帶下方且接地；電源的正極施加于分流器，通過分流器作用于纖維噴頭，電源的負極接地。2.如權利要求1所述氣輔式納米纖維傳輸裝置，其特征在于所述上板為金屬板，加可調正電壓，下板為絕緣板，接地。3.如權利要求1所述氣輔式納米纖維傳輸裝置，其特征在于所述擋板沿導軌移動，用于調節所獲纖維無紡布的寬度，并與上板和下板一同形成密封腔結構，同時兩側壁面內部覆蓋有絕緣材料。4.如權利要求1所述氣輔式納米纖維傳輸裝置，其特征在于所述氣流傳輸通道為楔形漸縮結構。5.如權利要求1所述氣輔式納米纖維傳輸裝置，其特征在于所述收集基帶和滾筒構成連續傳送機構，包括但不限于卷到卷機構。6.如權利要求1所述氣輔式納米纖維傳輸裝置，其特征在于所述鼓風機通過控制器改變轉速，用于提供速度可變的氣流。7.如權利要求1所述氣輔式納米纖維傳輸裝置，其特征在于所述電源的電壓為10?50kVo
【專利摘要】氣輔式納米纖維傳輸裝置，涉及紡絲裝置。設有機架、導軌、擋板、電源、射流裝置、供氣裝置、收集裝置；機架設上下板，內部形成氣流傳輸通道；導軌固定在機架內腔底部，導軌兩側擋板置于導軌上，射流裝置設有注射器、液體導管、分流器和纖維噴頭；液體導管將注射器與分流器相連接，纖維噴頭固定在分流器上；供給裝置設有鼓風機、氣體導管和擴流器；擴流器安裝在機架進氣口上與鼓風機連接；收集裝置設有收集基帶、收集板、電機和2個滾筒；電機輸出軸與2個滾筒中的其中1個滾筒連接，收集基帶纏繞于2個滾筒上，收集基帶位于纖維噴頭下方，收集板設于收集基帶下方且接地；電源正極施加于分流器，通過分流器作用于纖維噴頭，電源負極接地。
【IPC分類】D01D11/00, D01D5/00
【公開號】CN105568410
【申請號】CN201610075144
【發明人】鄭高峰, 杜紅波, 熊磊, 陳添天, 鄭躍焜
【申請人】廈門大學
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年2月3日