層次結構超細纖維製備方法及裝置的製作方法

2023-05-25 23:00:41

專利名稱：層次結構超細纖維製備方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及紡織技術領域，尤其涉及一種層次結構超細纖維的製備方法以及製備層次結構超細纖維的裝置。
背景技術：
層次結構的超細纖維具有非常優越的性能，如碳納米管。碳納米管質量輕，六邊形結構連接完美，具有許多異常的力學、電學和化學性能。研究表明碳納米管具有極高的強度、韌性，並且十分柔軟。碳納米管具有納米尺度的尖端，有利於電子發射，具有幾何的場致電子發射效應。碳納米管不同的直徑和螺旋度可以使其呈現金屬導電性或半導體特性，具有獨特的導電性、很高的熱穩定性和本徵遷移率，比表面積大，具有極好的吸附能力。同時在催化研究方面，碳納米管也有應用。 靜電紡絲技術是目前製備超細纖維和納米纖維最直接也是最基本的方法之一，由靜電紡絲技術製備的納米纖維具有超高的比表面積、極大長徑比、高表面活性、優越的機械性能(高強高韌)等特點，在紡織工程、環境工程、生物科技、醫療與衛生健康、能源貯存、軍事與反恐安全等不同領域都具有十分廣闊的應用前景。目前實驗室和工業界製備納米纖維，廣泛採用單噴頭或多噴頭針筒式靜電紡納米纖維的裝置。如中國專利 ZL200410025622. 6、ZL200420107832. 5，美國專利 US6713001、US7326043、US6616435。有不少改良或改變針筒式噴頭設計，採用其他噴絲方式進行紡絲的裝置，如中國專利 ZL200610117671. I、ZL200710036447. 4、ZL200710040316. 3、ZL200420020596. 3、ZL200820058415. 4，美國專利 US7535019、US7390452,日本專利JP2009120971-A、JP2009120972-A，世界專利 W02008060675-A2、W02008060675_A3。還有改進接收裝置的，如美國專利US5042789、US4589186。層次結構的超細纖維，具有非常優越的性能，製備層次結構超細纖維成為當前迫切需要解決的問題。

發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種製備層次結構超細纖維的裝置以及採用該裝置製備層次結構超細纖維的方法，以彌補現有技術的不足與缺陷，滿足生產和生活的需要。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案一種製備層次結構超細纖維的裝置，包括多個旋轉貯液池、高壓靜電發生器、氣源裝置、多個噴頭、接收裝置、導氣管、金屬電極和接地電極，旋轉貯液池上方開口，底面設有垂直向上的噴頭，旋轉貯液池和噴頭的數量一致，噴頭通過導氣管與氣源裝置相連，導氣管與氣源裝置相連處高於旋轉貯液池的液面，旋轉貯液池通過金屬電極與高壓靜電發生器相連，上方設有接收裝置，接收裝置與接地電極相連。所述的接收裝置為接收滾筒或接收極板。
所述的接收裝置與旋轉貯液池上端面的距離調節範圍是O. Icm^lOOcm0
所述的氣源裝置為氣泵或手風器。所述的氣源裝置輸出的氣流流速是(TlOOm/s。所述的高壓靜電發生器的輸出電壓是1KV100KV。所述的旋轉貯液池形狀為圓柱體或正方體。一種採用上述的裝置製備層次結構超細纖維的方法，包括以下步驟在旋轉貯液池中注入溶液或熔體；打開氣源裝置，低氣壓排出導氣管中液體，再慢慢加大氣壓，通過噴頭使液面出現有規律的氣泡狀凸起；打開高壓靜電發生器，極化液體內部和氣泡表面自由電荷；射流從氣泡頂端射出，旋轉貯液池旋轉帶動納米纖維旋轉、纏繞、沉積在接收裝置上，得到層次結構超細纖維。
打開高壓靜電發生器，調節到一定電壓，液體內部自由電荷在高壓靜電作用下將被極化，特別是氣泡表面；距旋轉貯液池上埠一定距離是接收裝置，接收裝置與接地電極形成負極，並與旋轉貯液池液面之間形成電場，當電場力大於溶液表面張力時，將有射流從氣泡頂端射出，射向負電極的接收裝置。從上述技術方案可以看出，本發明的製備層次結構超細纖維的裝置以及採用該裝置製備層次結構超細纖維的方法可實現層次結構的超細纖維的高效率、低耗能、連續化生產，通過多個旋轉貯液池同時紡絲，通過旋轉，納米纖維纏繞，可實現層次超細纖維的大量生產，生產效率高，生產成本低，設備簡單，易操作，適應性強。


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，下面描述中的有關本發明的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於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。圖I是每一個小單元體由三股纖維組成的層次結構超細纖維的結構示意圖；圖2是每一個小單元體由六股纖維組成的層次結構超細纖維的結構示意圖；圖3是本發明的一種製備層次結構超細纖維裝置的結構示意圖；圖4是本發明的另一種製備層次結構超細纖維裝置的結構示意圖；圖5是本發明製備層次結構超細纖維裝置設置兩個旋轉貯液池時的位置和旋轉方向示意圖；圖6是本發明製備層次結構超細纖維裝置設置四個旋轉貯液池時的位置和旋轉方向示意圖；圖7是本發明製備層次結構超細纖維裝置設置六個旋轉貯液池時的位置和旋轉方向示意圖。
具體實施例方式本發明公開了一種製備層次結構超細纖維的裝置，包括多個旋轉貯液池I、高壓靜電發生器2、氣源裝置3、多個噴頭4、接收裝置、導氣管6、金屬電極7和接地電極8，旋轉貯液池I上方開口，底面設有垂直向上的噴頭4，旋轉貯液池I和噴頭4的數量一致，噴頭4通過導氣管6與氣源裝置3相連，導氣管6與氣源裝置3相連處高於旋轉貯液池I的液面，旋轉貯液池I通過金屬電極7與高壓靜電發生器2相連，上方設有接收裝置，接收裝置與接地電極8相連。所述的接收裝置為接收滾筒5或接收極板9。所述的接收裝置與旋轉貯液池I上端面的距離調節範圍是O. Icm^lOOcm0所述的氣源裝置3為氣泵或手風器。所述的氣源裝置3輸出的氣流流速是(TlOOm/s。所述的高壓靜電發生器2的輸出電壓是1KV100KV。所述的旋轉貯液池I形狀為圓柱體或正方體。
一種採用上述的裝置製備層次結構超細纖維的方法，包括以下步驟在旋轉貯液池I中注入溶液或熔體；打開氣源裝置3，低氣壓排出導氣管6中液體，再慢慢加大氣壓，通過噴頭4使液面出現有規律的氣泡狀凸起；打開高壓靜電發生器2，極化液體內部和氣泡表面自由電荷；射流從氣泡頂端射出，旋轉貯液池I旋轉帶動納米纖維旋轉、纏繞、沉積在接收裝置上，得到層次結構超細纖維。下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行詳細的描述，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。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。實施例I如圖3所示，該層次結構超細纖維製備裝置，包括三個旋轉貯液池I、高壓靜電發生器2、氣源裝置3、三個噴頭4、接收滾筒5、導氣管6、金屬電極7和接地電極8，三個旋轉貯液池I上方均開口，底面共設有垂直向上的三個噴頭4，三個噴頭4通過導氣管6與氣源裝置3相連，導氣管6與氣源裝置3相連處高於三個旋轉貯液池I的液面，每個旋轉貯液池I通過金屬電極7與高壓靜電發生器2相連，三個旋轉貯液池I上方設有接收滾筒5，接收滾筒5與接地電極8相連。本裝置工作時，首先在旋轉貯液池I中注入溶液或熔體；打開氣源裝置3，開始時氣壓較低，先將導氣管6中液體排出，再慢慢加大氣壓，使液面出現有規律的氣泡狀凸起；然後打開高壓靜電發生器2，調節到一定電壓，液體內部自由電荷在高壓靜電作用下將被極化，特別是氣泡表面；距旋轉貯液池I上埠一定距離是接收滾筒5，接收滾筒5與接地電極8形成負極，與旋轉貯液池I液面之間形成電場，當電場力大於溶液表面張力時，將有射流從氣泡頂端射出，射向負電極的接收滾筒5，旋轉貯液池I旋轉帶動納米纖維旋轉、纏繞、沉積在負電極接收滾筒5上，形成大量的層次結構超細纖維。產品如圖I層次結構超細纖維的結構示意圖所示，每一個小單元體由三股纖維組成。實施例2如圖4所示，該層次結構超細纖維製備裝置，包括三個旋轉貯液池I、高壓靜電發生器2、氣源裝置3、三個噴頭4、接收極板9、導氣管6、金屬電極7和接地電極8，三個旋轉貯液池I上方均開口，底面共設有垂直向上的三個噴頭4，三個噴頭4通過導氣管6與氣源裝置3相連，導氣管6與氣源裝置3相連處高於三個旋轉貯液池I的液面，每個旋轉貯液池I通過金屬電極7與高壓靜電發生器2相連，三個旋轉貯液池I上方設有接收極板9，接收極板9與接地電極8相連。本裝置工作時，首先在旋轉貯液池I中注入溶液或熔體；打開氣源裝置3，開始時氣壓較低，先將導氣管6中液體排出，再慢慢加大氣壓，使液面出現有規律的氣泡狀凸起；然後打開高壓靜電發生器2，調節到一定電壓，液體內部自由電荷在高壓靜電作用下將被極化，特別是氣泡表面；距旋轉貯液池I上埠一定距離是接收極板9，接收極板9與接地電極8形成負極，與旋轉貯液池I液面之間形成電場，當電場力大於溶液表面張力時，將有射流從氣泡頂端射出，射向負電極的接收極板9,旋轉忙液池I旋轉帶動納米纖維旋轉、纏繞、沉積在負電極接收極板9上，形成大量的層次結構超細纖維。產品如圖I層次結構超細纖維的結構示意圖所示，每一個小單元體由三股纖維組成。
實施例3該層次結構超細纖維製備裝置，包括兩個旋轉貯液池I、高壓靜電發生器2、氣源裝置3、兩個噴頭4、接收滾筒5、導氣管6、金屬電極7和接地電極8，兩個旋轉貯液池I上方均開口，底面共設有垂直向上的兩個噴頭4，兩個噴頭4通過導氣管6與氣源裝置3相連，導氣管6與氣源裝置3相連處高於兩個旋轉貯液池I的液面，每個旋轉貯液池I通過金屬電極7與高壓靜電發生器2相連，兩個旋轉貯液池I上方設有接收滾筒5，接收滾筒5與接地電極8相連。兩個旋轉貯液池的位置和旋轉方向如圖5所示。本裝置工作時，首先在旋轉貯液池I中注入溶液或熔體；打開氣源裝置3，開始時氣壓較低，先將導氣管6中液體排出，再慢慢加大氣壓，使液面出現有規律的氣泡狀凸起；然後打開高壓靜電發生器2，調節到一定電壓，液體內部自由電荷在高壓靜電作用下將被極化，特別是氣泡表面；距旋轉貯液池I上埠一定距離是接收滾筒5，接收滾筒5與接地電極8形成負極，與旋轉貯液池I液面之間形成電場，當電場力大於溶液表面張力時，將有射流從氣泡頂端射出，射向負電極的接收滾筒5，旋轉貯液池I旋轉帶動納米纖維旋轉、纏繞、沉積在負電極接收滾筒5上，形成大量的層次結構超細纖維。實施例4該層次結構超細纖維製備裝置，包括四個旋轉貯液池I、高壓靜電發生器2、氣源裝置3、四個噴頭4、接收滾筒5、導氣管6、金屬電極7和接地電極8，四個旋轉貯液池I上方均開口，底面共設有垂直向上的四個噴頭4，四個噴頭4通過導氣管6與氣源裝置3相連，導氣管6與氣源裝置3相連處高於四個旋轉貯液池I的液面，每個旋轉貯液池I通過金屬電極7與高壓靜電發生器2相連，四個旋轉貯液池I上方設有接收滾筒5，接收滾筒5與接地電極8相連。四個旋轉貯液池的位置和旋轉方向如圖6所示。本裝置工作時，首先在旋轉貯液池I中注入溶液或熔體；打開氣源裝置3，開始時氣壓較低，先將導氣管6中液體排出，再慢慢加大氣壓，使液面出現有規律的氣泡狀凸起；然後打開高壓靜電發生器2，調節到一定電壓，液體內部自由電荷在高壓靜電作用下將被極化，特別是氣泡表面；距旋轉貯液池I上埠一定距離是接收滾筒5，接收滾筒5與接地電極8形成負極，與旋轉貯液池I液面之間形成電場，當電場力大於溶液表面張力時，將有射流從氣泡頂端射出，射向負電極的接收滾筒5，旋轉貯液池I旋轉帶動納米纖維旋轉、纏繞、沉積在負電極接收滾筒5上，形成大量的層次結構超細纖維。實施例5該層次結構超細纖維製備裝置，包括六個旋轉貯液池I、高壓靜電發生器2、氣源裝置3、六個噴頭4、接收滾筒5、導氣管6、金屬電極7和接地電極8，六個旋轉貯液池I上方均開口，底面共設有垂直向上的六個噴頭4，六個噴頭4通過導氣管6與氣源裝置3相連，導氣管6與氣源裝置3相連處高於六個旋轉貯液池I的液面，每個旋轉貯液池I通過金屬電極7與高壓靜電發生器2相連，六個旋轉貯液池I上方設有接收滾筒5，接收滾筒5與接地 電極8相連。六個旋轉貯液池的位置和旋轉方向如圖5所示。本裝置工作時，首先在旋轉貯液池I中注入溶液或熔體；打開氣源裝置3，開始時氣壓較低，先將導氣管6中液體排出，再慢慢加大氣壓，使液面出現有規律的氣泡狀凸起；然後打開高壓靜電發生器2，調節到一定電壓，液體內部自由電荷在高壓靜電作用下將被極化，特別是氣泡表面；距旋轉貯液池I上埠一定距離是接收滾筒5，接收滾筒5與接地電極8形成負極，與旋轉貯液池I液面之間形成電場，當電場力大於溶液表面張力時，將有射流從氣泡頂端射出，射向負電極的接收滾筒5，旋轉貯液池I旋轉帶動納米纖維旋轉、纏繞、沉積在負電極接收滾筒5上，形成大量的層次結構超細纖維。產品如圖2層次結構超細纖維的結構示意圖所示，每一個小單元體由六股纖維組成。綜上所述，本發明實施例的製備層次結構超細纖維的裝置以及採用該裝置製備層次結構超細纖維的方法可實現層次結構的超細纖維的高效率、低耗能、連續化生產，通過多個旋轉貯液池同時紡絲，通過旋轉，納米纖維纏繞，可實現層次超細纖維的大量生產，生產效率高，生產成本低，設備簡單，易操作，適應性強。對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
權利要求
1.一種製備層次結構超細纖維的裝置，其特徵在於包括多個旋轉貯液池(I)、高壓靜電發生器(2)、氣源裝置(3)、多個噴頭(4)、接收裝置、導氣管(6)、金屬電極(7)和接地電極(8)，旋轉貯液池(I)上方開口，底面設有垂直向上的噴頭(4)，旋轉貯液池(I)和噴頭(4)的數量一致，噴頭(4)通過導氣管(6)與氣源裝置(3)相連，導氣管(6)與氣源裝置(3)相連處高於旋轉貯液池(I)的液面，旋轉貯液池(I)通過金屬電極(7 )與高壓靜電發生器(2 )相連，上方設有接收裝置，接收裝置與接地電極(8)相連。
2.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於所述的接收裝置為接收滾筒(5)或接收極板(9)。
3.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於所述的旋轉貯液池(I)形狀為圓柱體或正方體。
4.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於所述的高壓靜電發生器(2)的輸出電壓是IKV 100KV。
5.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於所述的氣源裝置(3)為氣泵或手風器。
6.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於所述的氣源裝置(3)輸出的氣流流速是O 100m/s。
7.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於所述的接收裝置與旋轉貯液池(I)上端面的距離調節範圍是0. lcnTlOOcm。
8.一種採用權利要求I或2所述的裝置製備層次結構超細纖維的方法，其特徵在於，包括以下步驟在旋轉貯液池(I)中注入溶液或熔體；打開氣源裝置(3)，低氣壓排出導氣管(6)中液體，再慢慢加大氣壓，通過噴頭(4)使液面出現有規律的氣泡狀凸起；打開高壓靜電發生器(2)，極化液體內部和氣泡表面自由電荷；射流從氣泡頂端射出，旋轉貯液池(I)旋轉帶動納米纖維旋轉、纏繞、沉積在接收裝置上，得到層次結構超細纖維。
全文摘要
一種製備層次結構超細纖維的裝置，包括多個旋轉貯液池、高壓靜電發生器、氣源裝置、多個噴頭、接收裝置、導氣管、金屬電極和接地電極，旋轉貯液池上方開口，底面設有垂直向上的噴頭，旋轉貯液池和噴頭的數量一致，噴頭通過導氣管與氣源裝置相連，導氣管與氣源裝置相連處高於旋轉貯液池的液面，旋轉貯液池通過金屬電極與高壓靜電發生器相連，上方設有接收裝置，接收裝置與接地電極相連。採用該裝置可實現層次結構的超細纖維的高效率、低耗能、連續化生產，通過多個旋轉貯液池同時紡絲，通過旋轉，納米纖維纏繞，可實現層次超細纖維的大量生產，生產效率高，生產成本低，設備簡單，易操作，適應性強。
文檔編號D01D5/00GK102851752SQ201210388370
公開日2013年1月2日 申請日期2012年10月15日 優先權日2012年10月15日
發明者何吉歡, 孔海燕, 周麗霞 申請人:蘇州大學