一種功能納米線的製備裝置的製作方法

2023-07-27 06:24:32

本發明涉及一種運用氣流輔助裝置快速製備功能納米線的熔體微分靜電紡絲裝置，屬於靜電紡絲領域。

背景技術：

納米纖維由於其獨特的結構和優越的性能，在生化防護、高效過濾、負載材料和生物醫藥等領域均有著廣闊的應用前景，賦予納米纖維功能化顯得尤為重要。應用靜電紡絲工藝設計和製備的功能納米纖維材料為當前納米材料領域的研究熱點之一。

目前運用靜電紡絲方法製備功能納米纖維主要是通過溶液的共混進行紡絲。中國發明專利(申請號：201510216599.7)一種聚冠醚複合納米纖維材料及其製備方法與應用利用聚冠醚與基底材料溶解後混合，形成混合溶液，運用靜電紡絲法將所述混合溶液紡製成聚冠醚功能化納米纖維。該方法雖然能夠製備出功能纖維，但是其使用有毒溶劑進行溶液電紡，汙染環境，生產效率低。而本發明利用熔體微分靜電紡絲裝置製備功能納米線，產量高，製備迅速，安全高效，裝置簡單，易於操作。

技術實現要素：

本發明一種功能納米線的製備裝置，提出利用氣流輔助外錐面型靜電紡絲噴頭，其對纖維有軸向牽伸效果。同時，接通在氣泵上的旋風氣流輔助裝置置於帶孔電極板中央，產生旋風，纖維被吸入旋風氣流輔助裝置中產生二次拉伸，纖維達到牽伸和集束的效果。上下兩個裝有功能粒子的噴氣裝置分別將功能粒子噴入氣流管路，實現功能粒子對納米纖維的內外包覆。噴氣裝置可裝有不同的功能粒子，如金屬納米顆粒、相轉變材料納米顆粒、氧化物納米顆粒、抗菌納米顆粒、防紫外線納米顆粒等，最終製得功能粒子內外裹附的納米纖維，實現納米纖維的多功能化。接收輥對纖維進行收集，輥子的自轉能夠對下落的纖維取向，使纖維直徑更加均勻。

實現上述目的的技術方案是：一種功能納米線的製備裝置，主要包括：料筒、固定板、螺栓、分流板、加熱圈、流道、增粘環、氣流輔助外錐面型靜電紡絲噴頭、霧化器、高壓靜電發生器、帶孔亞克力板、電極板、接收輥、旋風氣流輔助裝置、氣流導管、混合器、調節閥、法蘭、噴氣裝置、功能粒子A、氣泵、功能粒子B等。料筒與分流板之間通過固定板採用螺栓連接，外錐面氣流導管外圓柱面和分流板內圓柱孔形成間隙，熔體在間隙內流動，使其在周向分布均勻。氣流輔助外錐面型靜電紡絲噴頭與旋風氣流輔助裝置同軸布置，外層包覆加熱圈，且通過螺紋連接增粘環，增粘環可根據聚合物的粘度在軸向上下調節，確保纖維在固化前裹附上功能粒子。在噴氣裝置內裝有功能粒子(功能粒子A和B可以為同種物質，也可以不同物質)，分裝在氣流導管的上下兩個部分。噴氣裝置將功能粒子A噴入混合器混合均勻後，進入氣流管路，均勻附著到纖維束內部，功能粒子B通過氣流噴在纖維束外部。氣泵產生高速氣流，通過調節閥接到旋風氣流輔助裝置和噴頭中部氣流導管。旋風氣流輔助裝置置於帶孔電極板中間，通過帶孔亞克力板固定，產生旋風，將功能粒子均勻裹附到纖維束外表面。電極板與高壓靜電發生器相連，接收輥置於電極板正下方，在電動機的帶動做旋轉運動。

本發明一種功能納米線的製備裝置，氣流輔助外錐面型靜電紡絲噴頭中心通入高速氣流，纖維在高速氣流作用下拉伸細化，同時高速氣流在纖維束間形成的局部負壓實現纖維的聚攏作用。

本發明一種功能納米線的製備裝置，兩個噴氣裝置可以裝有相同或不同的功能粒子，供給量由氣閥控制。上部噴氣裝置中功能粒子經氣流導管進入噴頭，散落在納米纖維束上，形成內包覆。下部噴氣裝置中功能粒子隨旋風氣流包裹在納米纖維束外表面，形成外包覆。

噴氣裝置裝有的功能粒子可以是金屬納米顆粒、相轉變材料納米顆粒、氧化物納米顆粒、抗菌納米顆粒或防紫外線納米顆粒等

本發明一種功能納米線的製備裝置，氣流輔助外錐面型靜電紡絲噴頭與增粘環通過螺紋連接，增粘環可根據聚合物的粘度在軸向上下調節，確保纖維在固化前均勻裹附上功能粒子。

本發明一種功能納米線的製備裝置，增粘環下部製成錐形，帶有通孔，可布置篩網，避免功能粒子的逃逸，並且高速氣流通過，可以實現功能粒子的二次裹附。

本發明一種功能納米線的製備裝置，旋風氣流輔助裝置由進氣口、環向風腔和四個中心對稱的出氣口組成，這樣能夠使氣流進入旋風氣流輔助裝置後形成聚攏氣流，從而使旋風氣流輔助裝置上方入口形成局部負壓，有利於纖維聚攏並落入旋風氣流輔助裝置，達到聚攏和細化纖維的效果。

本發明一種功能納米線的製備裝置，接收輥的高速旋轉有利於聚攏纖維在下落過程中取向，最終收集在接收輥上的纖維為取向納米線。

由上面的技術方案的介紹，本發明與現有技術相比，其優勢有：

1.旋風氣流輔助裝置能夠形成豎直向下的聚攏氣流，使其上方形成局部負壓從而有利於纖維落入上進氣口，同時可以對纖維進行集束並且可以極大地細化纖維。

2.兩個噴氣裝置可以裝有相同或不同的功能粒子，經過不同的路徑附著在納米纖維上，形成功能粒子對纖維的內外包覆，實現納米纖維的多功能化。

3.增粘環下部製成錐形，帶有通孔，可布置篩網，避免功能粒子的逃逸，並且高速氣流通過，可以實現功能粒子的二次裹附，使得功能粒子附著均勻緊實。

4.接收輥的轉速與纖維的下落速度大體一致，這樣有助於纖維的取向性，也有利於纖維的規整收集。

5.利用熔體微分靜電紡絲裝置且採用氣流輔助的方法製備功能納米線，產量高，製備快速，效果好。

附圖說明

圖1為本發明一種功能納米線的製備裝置示意圖。

圖2為圖1所示的裝置的增粘環的示意圖。

圖3為圖2所示增粘環的篩網示意圖

圖4為旋風氣流輔助裝置的俯視剖面示意圖。

圖5為旋風氣流輔助裝置的前視剖面示意圖

圖中：1-料筒；2-固定板；3-螺栓；4-分流板；5-加熱圈；6-流道；7-增粘環；8-氣流輔助外錐面型靜電紡絲噴頭；9-霧化器；10-高壓靜電發生器；11-帶孔亞克力板；12-電極板；13-接收輥；14-旋風氣流輔助裝置；15-氣流導管；16-混合器；17-調節閥；18-法蘭；19-噴氣裝置；20-功能粒子A；21-氣泵；22-功能粒子B。

7-1-環壁；7-2-篩網；7-3-通氣孔；14-1-進氣口；14-2-出氣口；14-3-環向風腔。

具體實施方式

本發明一種功能納米線的製備裝置，如圖1所示，其主要包括：料筒1、固定板2、螺栓3、分流板4、加熱圈5、流道6、增粘環7、氣流輔助外錐面型靜電紡絲噴頭8、霧化器9、高壓靜電發生器10、帶孔亞克力板11、電極板12、接收輥13、旋風氣流輔助裝置14、氣流導管15、混合器16、調節閥17、法蘭18、噴氣裝置19、功能粒子A20、氣泵21、功能粒子B22等。料筒1與分流板4採用螺栓3連接。氣流輔助外錐面型靜電紡絲噴頭8與旋風氣流輔助裝置14同軸布置，外層包覆加熱圈5，中心經氣流導管15和氣泵21相連。噴氣裝置19內裝有功能粒子A20和功能粒子B22，分裝在氣流導管15的上下兩個部分。增粘環7是薄壁結構，增粘環7由兩部分組成，增粘環7上部分連接在料筒1的下端，增粘環7的下部分連接在旋風氣流輔助裝置14的上端，旋風氣流輔助裝置14置於帶孔電極板12中間，通過帶孔的亞克力板11固定，電極板12與高壓靜電發生器10相連，接收輥13置於電極板12正下方，在電動機的帶動下做旋轉運動。

工作時先加熱，然後在料筒1中加入聚合物顆粒，在旋風氣流輔助裝置進氣口通入高速氣流。熔體流經流道形成均勻環向流，在噴頭錐面尖端附近形成多股射流，上部噴氣裝置中功能粒子經氣流導管進入噴頭中部，隨高速氣流散落在納米纖維束上，形成功能粒子內包覆。同時，接通在氣泵上的旋風氣流輔助裝置置於帶孔電極板中央，產生旋風，纖維被吸入旋風氣流輔助裝置中產生二次拉伸，纖維進一步拉伸細化，達到牽伸和集束的效果。下部噴氣裝置中功能粒子隨旋風氣流包裹在納米纖維束外表面，形成功能粒子外包覆。在電場力和旋風氣流輔助裝置產生的垂直向下的高速氣流的多重拉伸作用下，熔體形成大量射流落入旋風氣流輔助裝置內並且聚攏，在旋風氣流輔助裝置的出口端聚攏成一束並落在旋轉接收輥上，同時輥子線速度與纖維下落速度相當的時候旋轉接收輥子可以實現纖維的規整收集，有利於纖維的取向性。整個裝置操作簡單，可以快速製備功能納米線，纖維直徑均勻，取向性好，高效環保，產量可觀。

發明涉及一種功能納米線的製備裝置，增粘環7下部製成錐形，如圖2和圖3所示，環壁7-1中間部位上帶有通氣孔7-3，可在接近旋風氣流輔助裝置14的通氣孔7-3處布置篩網7-2，避免功能粒子從通氣孔7-3逃逸，並且高速氣流通過，可以實現功能粒子的二次裹附。

本發明一種功能納米線的製備裝置，旋風氣流輔助裝置14由進氣口14-1、環向風腔14-3和四個中心對稱的出氣口14-2組成，如圖4和圖5所示，這樣能夠使氣流進入旋風氣流輔助裝置14後形成聚攏氣流，從而使旋風氣流輔助裝置上方入口形成局部負壓，有利於纖維聚攏並落入旋風氣流輔助裝置，達到聚攏和細化纖維的效果。