一種制備復合纖維材料的氣泡靜電紡絲系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于紡絲技術領域，具體涉及一種制備復合纖維材料的氣泡靜電紡絲系統。
【背景技術】
[0002]微納米纖維材料具有尺寸微小，比表面積大，纖維連續性好，理化性能優異等一系列的優點，因而在環境衛生、信息科技、能源安全、生物醫學、國防軍事等領域具有廣闊的應用前景。目前，制備微納米纖維材料的方法多種多樣、層出不窮，而靜電紡絲技術由于具備工藝簡單可控、成本低廉，可快速的獲得不同直徑、不同形貌、不同功能的微納米纖維等優勢，因而被公認為是制備微納米纖維最有效的方法之一。
[0003]隨著社會發展對微納米纖維材料需求的急劇增加，微納米纖維材料的批量化生產就成了一個必須面臨并亟待解決的難題。然而，對于傳統的單針頭或多針頭靜電紡絲技術來說，由于其存在針頭易堵塞，難清洗，產量低等缺陷，因此很難滿足微納米纖維的批量化生產。為了盡可能克服這類缺陷，研究者在對其不斷改進的過程中提出了一些新的靜電紡絲技術，如:滾筒靜電紡絲技術，圓盤靜電紡絲技術，離心紡技術，氣泡靜電紡絲技術等，這些紡絲技術都在一定程度上實現了微納米纖維的批量化生產。
[0004]其中，氣泡靜電紡絲技術擁有低電壓，可紡聚合物種類多等優勢。其原理是通過氣流在溶液表面形成單個或多個有規律且均勻的氣泡，在氣泡破裂后通過高壓靜電場的作用形成無數個紡絲泰勒錐，從而產生無數條微納米纖維，這種方法在很大程度上提高了微納米纖維的產量。但是，目前的氣泡靜電紡絲技術在制備復合纖維材料時存在紡絲液暴露在空氣中導致溶液性質發生改變從而降低紡絲效率，多氣泡相互影響導致氣泡破裂產生的泰勒錐互相作用，不同性質、不同功能的溶液不能完全均勻的混合等問題，因而導致無法實現更大規模的批量化生產微納米復合纖維材料。
[0005]針對上述技術問題，有必要提供一種有效的制備復合纖維材料的氣泡靜電紡絲裝置，用以解決氣泡靜電紡絲過程中氣泡間相互影響以及不同紡絲液不能完全均勻混合的問題，實現微納米復合纖維材料的批量化生產。
【發明內容】
[0006]有鑒于此，本發明提供了一種制備復合纖維材料的氣泡靜電紡絲系統，通過采用內外嵌套式的紡絲筒與儲氣筒作為紡絲裝置，不同的溶液分離設置并通過單一輸液導管輸送至密閉的紡絲筒與儲氣筒間，通過儲氣筒的轉動使溶液混合均勻，實現微納米復合纖維材料的批量化生產。
[0007]根據本發明的目的提出的一種制備復合纖維材料的氣泡靜電紡絲系統，包括供液裝置、供氣裝置、紡絲裝置、接收裝置以及高壓直流供電裝置，所述供液裝置包括儲液槽，至少一個設置于所述儲液槽內的分液板，所述分液板將所述儲液槽分隔形成至少兩個儲液單元，不同儲液單元內輸入不同的高聚物溶液，每個儲液單元通過一輸液導管與紡絲裝置相連通；
[0008]所述紡絲裝置包括紡絲筒與轉動設置于所述紡絲筒內部的儲氣筒，所述紡絲筒上成型有紡絲孔，所述儲氣筒上成型有出氣孔，所述供氣裝置通過導氣管向所述儲氣筒內供氣，所述紡絲筒與儲氣筒間存在間隙，形成高聚物溶液的儲液空間，所述輸液導管的輸出端與該儲液空間連通；
[0009]紡絲時，兩種或兩種以上的高聚物溶液通過輸液導管分別進入儲液空間內，在儲氣筒的轉動作用下混合形成均勻的液膜，并在氣流作用下在紡絲孔處形成氣泡，氣泡破裂產生大量的微納米纖維，收集在接收裝置上。
[0010]優選的，紡絲筒上不同水平面上的紡絲孔數量相同或不同，同一水平面上的紡絲孔為等距離排列，儲氣筒上不同水平面上的出氣孔數量相同或不同，同一水平面上的出氣孔為等距離排列。
[0011 ]優選的，出氣孔的單孔面積在0.l-2cm2o
[0012]優選的，任意相鄰兩個紡絲孔的中心距比任意紡絲孔的最大直徑至少大5mm。
[0013]優選的，所述紡絲筒的壁厚l-5mm，紡絲孔的單孔面積在0.5-3cm2范圍內。
[0014]優選的，至少有一個出氣孔與紡絲孔處于同一水平面上。
[0015]優選的，所述紡絲筒與所述儲氣筒間間距為0.1-lcm。
[0016]優選的，所述接收裝置包括接收板與驅動滾筒，所述接收板環繞所述紡絲筒一周，所述驅動滾筒設置于所述接收板內側，且外部與所述紡絲筒相切，所述接收板在所述驅動滾筒的驅動下繞紡絲筒一周轉動。
[0017]優選的，所述氣泡靜電紡絲系統還包括用于調節接收裝置與紡絲筒之間距離的調節器。
[0018]優選的，所述輸液導管上設置有用以調節輸液速率的計量栗，所述輸液速率的計量范圍為l-60ml/min。
[0019]與現有技術相比，本發明公開的制備復合纖維材料的氣泡靜電紡絲系統的優點是:
[0020]通過采用內外嵌套式的紡絲筒與儲氣筒作為紡絲裝置，不同的溶液分離設置并通過單一輸液導管輸送至密閉的紡絲筒與儲氣筒間，通過儲氣筒的轉動使溶液混合均勻，實現微納米復合纖維材料的批量化生產。
[0021]供液裝置為密閉設置，避免出現紡絲溶液性質的改變，保證紡絲質量，減少環境污染。
[0022]將紡絲筒上的紡絲孔設計為等間距垂直軸向排列，有效的避免了任意相鄰的紡絲孔處產生的氣泡相互影響；同時使紡絲孔至少有一個出氣孔與其處于同一水平面上，這保證每個紡絲孔都能正常紡絲，從而提高制備微納米復合纖維材料的產量。
[0023]將接收裝置設置為滾筒式并環繞紡絲筒一周，這有效的增大了纖維的接收面積，并為持續化、批量化生產提供了可能。
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為氣泡靜電紡絲系統的結構示意圖；
[0026]圖2為儲氣筒的結構示意圖；
[0027]圖3為紡絲筒的結構示意圖；
[0028]圖4為供液裝置的結構示意圖；
[0029]圖5為接收裝置的結構示意圖。
[0030]1、電動機;2、轉軸；
[0031]3、儲氣筒;31、進氣口 ；32、出氣孔;33、轉軸接口 ；
[0032]4、紡絲筒;41、導氣管通道;42、進液口 ；43、紡絲孔;44、轉軸通道；
[0033 ] 5、供液裝置;51、進液輸液閥；52、儲液槽;53、計量栗;54、輸液導管;55、分液板；
[0034]6、供氣裝置;7、導氣管;8、聚合物氣泡；
[0035]9、接收裝置;91、傳入滾筒;92、第一傳動滾筒；92、第二傳動滾筒;94、傳出滾筒；95、接收板;10、高壓直流供電裝置。
【具體實施方式】
[0036]目前的氣泡靜電紡絲技術在制備復合纖維材料時存在紡絲液暴露在空氣中導致溶液性質發生改變從而降低紡絲效率，多氣泡相互影響導致氣泡破裂產生的泰勒錐互相作用，不同性質、不同功能的溶液不能完全均勻的混合等問題，因而導致無法實現更大規模的批量化生產微納米復合纖維材料。
[0037]本發明針對現有技術中的不足，提供了一種制備復合纖維材料的氣泡靜電紡絲系統，通過采用內外嵌套式的紡絲筒與儲氣筒作為紡絲裝置，不同的溶液分離設置并通過單一輸液管道輸送至密閉的紡絲筒與儲氣筒間，通過儲氣筒的轉動使溶液混合均勻，實現微納米復合纖維材料的批量化生產。
[0038]下面將通過【具體實施方式】對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0039]請一并參見圖1至圖5，如圖所示，一種制備復合纖維材料的氣泡靜電紡絲系統，包括供液裝置5、供氣裝置6、紡絲裝置、接收裝置9以及高壓直流供電裝置10，供液裝置5包括儲液槽52，至少一個設置于儲液槽內的分液板55，分液板55將儲液槽52分隔形成至少兩個儲液單元，不同儲液單元內輸入不同的高聚物溶液，每個儲液單元通過一輸液導管54與紡絲裝置相連通。每個儲液單元互不干涉，不同性質、功能的溶液可以分開放在獨立儲液單元中，因此可以用來制備多功能復合纖維材料。
[0040]本發明中的供液裝置設計為基本密閉的空間結構，有效的避免了溶劑揮發改變紡絲溶液的性質(如:粘度，濃度，表面張力等)，從而引起紡絲過程不穩定及對環境的污染等問題。
[0041]同時，供液裝置設計為互相隔離的多單元空間結構，能有效的解決不同性質紡絲溶液(如:含有納米顆粒的溶液，粘度相差較大的溶液，具有不同功能的溶液等)不完全混合的缺點，有利于制備更加均勻、多功能化的微納米復合纖維材料。
[0042]供液裝置上還設置有用以調節輸液速率的計量栗53，計量栗的輸液速率的計量范圍為l-60ml/min，計量栗位于輸液導管54上，計量栗能有效的控制進液量，使各種不同性質、不同功能的溶液能按適當的配比充分混合。此外，供液裝置上還設置進液輸液閥51，通過設置進液輸液閥能有效保證溶液的連續供給，并