離心式氣流納米纖維束的收集裝置的製作方法

2023-06-15 03:02:06 1

專利名稱：離心式氣流納米纖維束的收集裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於旋轉靜電紡絲收集裝置領域，特別是一種製備納米纖維束的離心式氣流納米纖維束的收集裝置。
背景技術：
靜電紡絲(電紡)是指聚合物溶液(或熔體)在高壓電場的作用下形成纖維的過程，其核心是使帶電荷的高分子溶液或熔體在靜電場中流動與變形，然後經溶劑蒸發或熔體冷卻而固化，於是得到纖維狀物質，最終以無紡布的形式收集在接收裝置上。它的一個重要特點就是製得的纖維直徑可以在數10 nm到數100 nm之間，電紡可以直接製成超細纖維，這些纖維的特點是具有很大的比表面積和很小的孔徑。電紡製備的聚合物納米纖維具有非常廣泛的應用前景，如用作無機納米纖維中間體、複合材料中的增強纖維、分離膜材料、化學和生化傳感器、藥物傳輸和醫藥複合物、傷口敷裹材料以及分子納米電子器件等。雖然納米纖維的應用領域非常巨大，但到目前為止，由於接收裝置的限制而導致能夠獲取的納米纖維絕大多數是無紡形式的，不能進行有效的收集和織造，使其應用領域受到了很大的限制，僅少量可以用在過濾材料、膜材料、醫藥藥物輔料和衛生支持材料等方面得到實際應用。現有的平板、轉鼓等接收裝置的接收面積有限，且所接收的納米纖維膜容易貼在接收裝置的壁面，容易出現接收的納米纖維厚度不均勻，乾燥不透徹等現象。雖然平板接收裝置可進一步採用移動或皮帶傳動裝置，但納米纖維仍出現粘連或不均勻現象。因此，只有納米纖維形成具有一定強力的連續性取向的乾燥的無粘連的納米纖維束，才可以實現真正的產業化應用，發揮出納米纖維在裝飾、服飾、衣料等紡織品和其它產業方面巨大的應用。近年來，很多不同的方法和技術的靜電紡絲收集裝置被不斷提出和報導，例如狹縫收集、輔助外場或磁場收集、框架收集、旋轉圓錐、圓盤、圓筒等現代收集裝置得以出現，但是納米纖維的如何從其收集裝置上如何取下、成絲及其如何應用於產業化又成為新的研究難題。如專利申請號為200620047769. X，申請日為2006-11-14，名稱為「一種新型電紡絲納米纖維束氣流加捻收集裝置」的實用新型專利，公開的一種新型電紡絲納米纖維束氣流加捻收集裝置，它包括渦流管、進風口、輸出羅拉、輸出膠輥、槽筒、筒子、金屬環、風機，該實用新型具有可以高速度大規模地收集電紡絲納米纖維絲束。但是上述專利文件存在的問題在於靜電紡絲中，難以避免溶劑揮發完畢，導致接收裝置所收集的納米纖維容易重新溶解，使納米纖維之間和納米纖維與接收器之間發生粘結。
發明內容為了克服現有的收集裝置存在的無法很好解決納米纖維從其上取下、成絲的問題，特提供一種高效率、低成本地收集到由納米纖維構成的高強度而且質量均勻的納米纖維束的旋轉收集裝置。其技術方案如下[0008]一種離心式氣流納米纖維束的收集裝置，包括接收漏鬥以及與其連通的輸送管，其特徵在所述接收漏鬥外設置有外漏鬥，外漏鬥與氣體或液體的進口嘴連通，外漏鬥下方設置有空心管，接收漏鬥外壁與外漏鬥內壁間構成的氣體或液體緩衝區，輸送管外壁與空心管內壁構成輸送快速納米纖維束動力的氣環或液環。所述進料嘴內徑為l-10mm。所述接收漏鬥開口角度α為0-60°。接收漏鬥寬口內徑為30-1000mm，接收漏鬥外壁和外漏鬥內壁間寬度為2_20mm。 所述輸送管內徑為I-IOmm,輸送管厚度為O. 01_5mm,高度為0-100mm。所述空心管內徑為2-20mm,高度為I-IOOmm,空心管厚度為O. l_5mm。所述紡絲接收漏鬥的旋轉速度介於0-100，OOOrpm之間。本實用新型的優點在於採用本實用新型可以得到無粘、均勻的納米纖維，克服現有技術上存在的缺陷，如平板收集裝置和旋轉收集裝置所得納米纖維的厚度不均勻，溶劑揮發不完全，出現沾板、帶靜電等現象，解決現有紡絲設備的收集裝置難以滿足超細纖維產業化生產的要求。採用本實用新型可以大規模地連續收集到電紡絲納米纖維絲束。所得納米纖維束具有一定的軸向取向，加工性能良好，可直接應用於紡織裝飾、醫藥保健、航空航天、衛生健康等領域。

圖I為本實用新型的結構示意圖。圖2為靜電紡絲結構原理圖。圖3為圖I收集裝置的上截面示意圖。圖4為圖I收集裝置的下截面示意圖。附件中的標號說明I-接收漏鬥，2-進口嘴，3-外漏鬥，4-輸送管，5-空心管，6-溶液，7-高壓電源，8-噴絲頭，9-壓縮氣源，10-流量調節裝置，11-溫度調節裝置，12-旋轉電機。
具體實施方式
離心式氣流納米纖維束的收集裝置，包括接收漏鬥以及與其連通的輸送管，其特徵在所述接收漏鬥外設置有外漏鬥，外漏鬥與氣體或液體的進口嘴連通，所用的氣體或液體是壓縮過的，那樣可以快速的流動，本處可以改為氣體或液體的進口嘴，外漏鬥下方設置有空心管，接收漏鬥外壁與外漏鬥內壁間構成的氣體或液體緩衝區，本區主要作用是作為流體的緩衝區，以便形成均勻的流速，以免影響納米纖維的接收，輸送管外壁與空心管內壁構成輸送快速納米纖維束動力的氣環或液環。進料嘴內徑為l-10mm。接收漏鬥開口角度α為0-60°。接收漏鬥寬口內徑為30-1000mm，接收漏鬥外壁和外漏鬥內壁間寬度為2-20mm。輸送管內徑為I-IOmm,輸送管厚度為O. 01-5mm,高度為0-100mm。空心管內徑為2-20mm,高度為I-IOOmm,空心管厚度為O. l_5mm。本裝置可以通過直接空心管套或螺紋鈕在旋轉的帶有空心固定件結構的旋轉電機上，本裝置可以旋轉，可以更好的收集到更均勻的納米纖維。輸送管和空心管長度可以變化。[0024]本裝置原理圖見圖2，聚合物溶液或熔體從聚合物溶液中流出，通過高壓電源施加高壓電的噴絲頭，噴射體在高壓電場中飛行，在飛行的同時進行溶劑的揮發和溶液的分裂，溶液中的聚合物的被拉伸成納米纖維沉積在離心式氣流納米纖維束的收集裝置的內壁上，內壁內的納米纖維通過施加在進口嘴的氣流產生向下的拉力，促使納米纖維從輸送管拉出成束，最後通過轉繞裝置成線。氣體從壓 縮氣源開始，逐步通過流量調節裝置、溫度調節裝置進入到離心式氣流納米纖維束的收集裝置中。上述液體含紡絲凝固浴，如無機溶劑水，乙酸溶液、硫酸溶液等，有機溶劑丙酮、二甲基亞碸、N, N- 二甲基乙醯胺、N, N- 二甲基甲醯胺、氯化-I-甲基-3-乙基咪唑、氯化-I-丁基-3-甲基咪唑、N-甲基嗎啉-N-氧化物、氯化-I-烯丙基-3-甲基咪唑、氯化1-(2-羥乙基)-3-甲基咪唑、3-甲基-N- 丁基氯代吡啶、苄基二甲基十四烷基氯化銨等。上述的氣體為空氣、氮氣、二氧化碳、氬氣或氦氣等中的一種或多種，且可被加熱或冷卻。上述接收裝置採用不鏽鋼、陶瓷、玻璃或塑料(如聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚酯、聚醚碸、聚碸、聚氯乙烯、聚丙烯)等防腐蝕、防磨損材料。實施例I
以下結合附圖和實施案例對本實用新型進一步說明，如圖I所示，採用本實施例收集裝置，先將丙烯腈-丙烯酸共聚物[P(AN-co-AA) ]10g於90gN N-二甲基甲醯胺(DMF)溶劑中，在室溫下用磁力攪拌器攪拌Ih成均勻溶液，靜置30min後，採用注射器吸取適量溶液在靜電紡絲裝置上進行靜電紡絲，所加電壓為20kV，噴頭與接收漏鬥I間的距離為15cm，接收裝置的進口嘴流速3. OL/min的60°C的氮氣，接收漏鬥I的寬口內徑為30mm，開口角度為30° ,接收漏鬥I和外漏鬥3間的寬度為5mm,輸送管4的內徑為IOmm,內壁厚度為5mm,高度為100mm，空心管5的內徑為2mm，高度為1mm，空心管厚度為5mm，旋轉速度為Ormp。將收集到的納米纖維置於真空袋中保存，採用掃描電鏡可觀察得到納米纖維束中的纖維直徑均一、乾燥，經測量所得納米纖維的平均直徑為180nm。實施例2 採用本實施例收集裝置，先將聚酯醯亞胺聚合物(PEI)20g於80g苯酚/ 二氯乙烷溶劑中，在室溫下用磁力攪拌器攪拌IOh成均勻溶液，靜置30min後，採用注射器吸取適量溶液在氣流-靜電紡絲裝置上進行靜電紡絲，所加電壓為20kV，噴頭與接收漏鬥I間的距離為20cm，接收裝置的進口嘴2採用60°C的氮氣，其流速為10. OL/min，接收漏鬥I的寬口內徑為1000mm，開口角度為60°，接收漏鬥I和外漏鬥3間的寬度為2mm，輸送管4的內徑為2mm，內壁厚度為O. 1mm，高度為Omm，空心管5的內徑為10mm，高度為100mm，空心管厚度為O. 1_，旋轉速度3000rmp。將收集到的納米纖維置於真空袋中保存，採用掃描電鏡可觀察得到納米纖維束中的纖維直徑均一、乾燥，經測量所得納米纖維的平均直徑為293nm。實施例3 採用本實施例收集裝置，先將聚丙烯腈(PVA) 8g於92g水溶劑中，在室溫下用磁力攪拌器攪拌Ih成均勻溶液，靜置30min後，採用注射器吸取適量溶液在靜電紡絲裝置上進行靜電絲，所加電壓為15kV，噴頭與接收漏鬥I間的距離為15cm，接收裝置的進口嘴用流速5. OL/min的60°C的空氣，接收漏鬥I的開口寬度為200mm，開口角度為0°，接收漏鬥I和外漏鬥3間的寬度為20mm,輸送管4的內徑為Imm,內壁厚度為O. Olmm,高度為50mm,空心管5的內徑為20mm，高度為50mm，空心管厚度為3mm，旋轉速度100，OOOrmp。將收集到的納米纖維置於真空袋 中保存，採用掃描電鏡可觀察得到納米纖維束中的纖維直徑均一、乾燥，經測量所得納米纖維的直徑為lOOnm。
權利要求1.一種離心式氣流納米纖維束的收集裝置，包括接收漏鬥(I)以及與其連通的輸送管(4)，其特徵在所述接收漏鬥(I)外設置有外漏鬥(3)，外漏鬥(3)與氣體或液體的進口嘴(2)連通，外漏鬥(3)下方設置有空心管(5)，接收漏鬥(I)外壁與外漏鬥(3)內壁間構成的氣體或液體緩衝區，輸送管(4)外壁與空心管(5)內壁構成輸送快速納米纖維束動力的氣環或液環。
2.根據權利要求I所述的離心式氣流納米纖維束的收集裝置，其特徵在於所述進料嘴內徑為l-10mm。
3.根據權利要求I所述的離心式氣流納米纖維束的收集裝置，其特徵在於所述接收漏鬥(I)開口角度a為0-60°。
4.根據權利要求I所述的離心式氣流納米纖維束的收集裝置，其特徵在於接收漏鬥(I)寬口內徑為30-1000mm，接收漏鬥(I)外壁和外漏鬥(3)內壁間寬度為2_20mm。
5.根據權利要求I所述的離心式氣流納米纖維束的收集裝置，其特徵在於所述輸送管(4)內徑為I-IOmm,輸送管(4)厚度為0. 01-5mm,高度為0-100mm。
6.根據權利要求I所述的離心式氣流納米纖維束的收集裝置，其特徵在於所述空心管(5)內徑為2_20mm，高度為I-IOOmm,空心管(5)厚度為0. l_5mm。
專利摘要本實用新型屬於旋轉靜電紡絲收集裝置領域，特別是一種製備納米纖維束的離心式氣流納米纖維束的收集裝置，包括接收漏鬥以及與其連通的輸送管，其特徵在所述接收漏鬥外設置有外漏鬥，外漏鬥與氣體或液體的進口嘴連通，外漏鬥下方設置有空心管，接收漏鬥外壁與外漏鬥內壁間構成的氣體或液體緩衝區，輸送管外壁與空心管內壁構成輸送快速納米纖維束動力的氣環或液環；採用本實用新型可以得到無粘、均勻的納米纖維，克服現有技術上存在的缺陷，採用本實用新型可以大規模地連續收集到電紡絲納米纖維絲束。所得納米纖維束具有一定的軸向取向，加工性能良好，可直接應用於紡織裝飾、醫藥保健、航空航天、衛生健康等領域。
文檔編號D01D7/00GK202369688SQ20112047511
公開日2012年8月8日 申請日期2011年11月25日 優先權日2011年11月25日
發明者尚書勇, 幹友華, 王兵, 趙紅霞 申請人:宜賓絲麗雅股份有限公司, 宜賓絲麗雅集團有限公司, 宜賓海絲特纖維有限責任公司