專利名稱：一種可便攜制備納米纖維的噴氣靜電紡絲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紡絲設(shè)備領(lǐng)域，特別是涉及一種可便攜制備納米纖維的噴氣靜電紡絲裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)界制備納米纖維，均廣泛采用單噴頭或多噴頭針筒式靜電紡納米纖 維的裝置。如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枺琙L200410025622. 6、 ZL200420107832. 5等，美國(guó)專利 US6713001、 US7326043、 US6616435等。也有不少改良、或改變針筒式噴頭設(shè)計(jì)，采用其 他噴絲方式進(jìn)行紡絲的裝置，如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朲L200610117671. 1、 ZL200710036447. 4、 ZL200710040316. 3、 ZL200420020596. 3、 ZL200820058415. 4等，美國(guó)專利US7535019、 US7390452等，日本專利JP2009120971-A、 JP2009120972-A，世界專利W02008060675-A2、 W02008060675-A3。還有改進(jìn)接收裝置的，如美國(guó)專利US5042789、 US4689186等。
傳統(tǒng)的靜電紡絲技術(shù)是當(dāng)今廣泛使用的一項(xiàng)制備納米纖維的熱門技術(shù)。其利用幾千伏 甚至幾十千伏的高壓靜電在聚合物溶液或熔體中施加電壓，使針頭頂端的液滴變形，形成 泰勒錐。當(dāng)電場(chǎng)力達(dá)到臨界值，即可以克服表面張力，射流就噴射而出，在電場(chǎng)中巻繞、 彎曲，期間，伴隨著溶劑揮發(fā)，最終固化落在接收板上。然而，靜電紡絲的一些缺陷還是 沒(méi)有突破，首先是產(chǎn)量，針筒紡絲的每個(gè)針頭在射流噴出時(shí)為單根射流，而后在電場(chǎng)力、 粘滯阻力、表面張力、電荷斥力、重力等作用下分裂、拉伸、細(xì)化，形成多根納米纖維， 產(chǎn)量很低。其次溶液或熔體的粘度必須達(dá)到一定程度才可以紡絲，濃度太小易形成發(fā)珠纖 維，但濃度太大，同時(shí)針頭的直徑較小，又很容易堵塞針頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可便攜制備納米纖維的噴氣靜電紡絲裝置，以 解決現(xiàn)有技術(shù)中紡絲生產(chǎn)效率低的問(wèn)題。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供一種可便攜制備納米纖維的噴氣靜 電紡絲裝置，由氣泡發(fā)生器、靜電發(fā)生器、噴頭、接收極板、導(dǎo)氣管及金屬電極組成，氣 泡發(fā)生器的上端開口，側(cè)面通過(guò)導(dǎo)液管與貯液池相通，底面中心設(shè)有噴頭，噴頭經(jīng)由導(dǎo)氣 管與氣泵相連，導(dǎo)氣管與氣泵相連處高于氣泡發(fā)生器的液面，氣泡發(fā)生器通過(guò)金屬電極與 靜電發(fā)生器相連。氣泡發(fā)生器的正上方設(shè)有一接收極板，接收極板通過(guò)導(dǎo)線與接地電極相 連。噴頭位于氣泡發(fā)生器中心，高度可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)，但一定高于氣泡發(fā)生器的底面， 低于氣泡發(fā)生器的上端面；金屬電極位于噴頭中心，與噴頭平齊，或低于、高于噴頭高度， 金屬電極的直徑小于噴頭的內(nèi)徑，以保證氣流的通暢。
接收極板與氣泡發(fā)生器上端面之間的距離可以調(diào)節(jié)，距離調(diào)節(jié)范圍為0. lcm 100cm， 從而控制射流的射程。
靜電發(fā)生器輸出的電壓值可調(diào)節(jié)，也可使用低壓靜電發(fā)生器，電壓調(diào)節(jié)范圍是1V 100kV，從而控制施加到金屬電極上的電壓值。電流即可采用直流電也可采用交流電進(jìn)行 紡絲。
氣泵輸出的氣流流速大小范圍是0m/s 100m/s，根據(jù)需要控制氣泡形成的大小和速度。
氣泡發(fā)生器的內(nèi)徑大小可以調(diào)節(jié)，氣泡發(fā)生器和噴頭材質(zhì)均不與紡絲溶液或熔體發(fā)生
反應(yīng)，形狀均為圓柱體或立方體。
氣泡發(fā)生器側(cè)面連通貯液池，可根據(jù)紡絲速度調(diào)節(jié)貯液池向氣泡發(fā)生器輸出溶液或熔
體的速度。由于氣泡發(fā)生器上端丌口，即可使用注射器、膠頭滴管等小巧輕便的容器方便
及時(shí)補(bǔ)充溶液或熔體，可控性強(qiáng)。
噴頭與導(dǎo)氣管相連，氣流持續(xù)流動(dòng)，紡絲過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)堵塞噴頭管口現(xiàn)象。 氣泡發(fā)生器液面相對(duì)較小，能很好的抑制溶劑揮發(fā)，受環(huán)境因素影響小，可適性強(qiáng)。 作為優(yōu)選的技術(shù)方案貯液池可以用小巧便攜的儀器代替，如移液管、膠頭滴管、注
射器等；氣泵可以用輕便的充氣裝置替換，如注射器、手風(fēng)器等。
有益效果
可實(shí)現(xiàn)納米纖維的便攜、連續(xù)化生產(chǎn)，無(wú)須使用繁多的實(shí)驗(yàn)儀器，相反僅采用少量、 小巧、輕便的儀器，且可適性強(qiáng)、生產(chǎn)效率高、可適性強(qiáng)、生產(chǎn)成本低，能滿足當(dāng)前對(duì)納 米纖維及其相關(guān)產(chǎn)品的方便、快捷化生產(chǎn)。


圖1本發(fā)明實(shí)施例1。 圖2本發(fā)明實(shí)施例2。 圖3本發(fā)明實(shí)施例3。 圖4本發(fā)明實(shí)施例4。 圖5本發(fā)明實(shí)施例5。其中l(wèi)-氣泵，2-導(dǎo)氣管，3-噴頭，4-金屬電極，5-靜電發(fā)生器，6-氣泡發(fā)生器，7-導(dǎo)液管，8-貯液池，9-接收極板，10-導(dǎo)線，11-手風(fēng)器，12-注射器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而 不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。
實(shí)施例1
如圖1所示， 一種可便攜制備納米纖維的噴氣靜電紡絲裝置，由氣泡發(fā)生器6、靜電 發(fā)生器5、噴頭3、貯液池8、氣泵1和接收極板9組成，氣泡發(fā)生器6的上端開口，側(cè)面 通過(guò)導(dǎo)液管7與貯液池8相通，底面中心設(shè)有噴頭3，噴頭3經(jīng)由導(dǎo)氣管2與氣泵1相連， 導(dǎo)氣管2與氣泵1相連處高于氣泡發(fā)生器6的液面，氣泡發(fā)生器6通過(guò)金屬電極4與靜電 發(fā)生器5相連，金屬電極4位于噴頭3中心，并等于、低于或高于噴頭3高度。氣泡發(fā)生 器6的正上方設(shè)有一接收極板9，接收極板9通過(guò)導(dǎo)線10與接地電極相連。
工作時(shí)，首先在貯液池8中注入紡絲溶液或熔體，所加液量應(yīng)高于氣泡發(fā)生器6的上 端口，貯液池8通過(guò)導(dǎo)液管7向氣泡發(fā)生器6緩緩注入溶液或熔體，溶液或熔體的液面低 于氣泡發(fā)生器6上端口，高于導(dǎo)氣管2上端口。打開氣泵l，丌始時(shí)氣壓較低，先將導(dǎo)氣 管2中液體排出，再慢慢加大氣壓，使液面出現(xiàn)有規(guī)律液泡、凸起或噴泉狀液柱。然后打 開靜電發(fā)生器5，調(diào)節(jié)到一定電壓。液體內(nèi)部自由電荷在高壓靜電作用下將被極化，電荷 將集中在凸起溶液頂端，形成泰勒錐。距貯液池8上端口一定距離有一接收極板9，接收 極板9接地形成負(fù)極，與液面之間形成電場(chǎng)。在適當(dāng)?shù)臈l件下，由于靜電力的作用，從泰 勒錐頂端有極細(xì)的液體或熔體射流噴出，射向負(fù)極板，沉積在接收極板9上，形成大量的 納米纖維。
實(shí)施例2
如圖2所示， 一種可便攜制備納米纖維的噴氣靜電紡絲裝置，由氣泡發(fā)生器6、靜電 發(fā)生器5、噴頭3、貯液池8、手風(fēng)器ll (又稱皮老虎)和接收極板9，氣泡發(fā)生器6的 上端丌口，側(cè)面通過(guò)導(dǎo)液管7與貯液池8相通，底面中心設(shè)有噴頭3，噴頭3經(jīng)山導(dǎo)氣管 2與手風(fēng)器11相連，導(dǎo)氣管2與氣泵1相連處高于氣泡發(fā)生器6的液面，氣泡發(fā)生器6通 過(guò)金屬電極4與靜電發(fā)生器5相連，金屬電極4位于噴頭3中心，并等于、低于或高于噴 頭3高度。氣泡發(fā)生器6的正上方設(shè)有一接收極板9，接收極板9通過(guò)導(dǎo)線10與接地電極相連。
該實(shí)例中，手風(fēng)器ll用來(lái)充氣，僅需實(shí)驗(yàn)人員手動(dòng)擠壓，產(chǎn)生氣流，即可產(chǎn)生氣泡， 繼而紡絲，其他實(shí)施方法同實(shí)施例l。
實(shí)施例3
如圖3所示， 一種可便攜制備納米纖維的噴氣靜電紡絲裝置，由氣泡發(fā)生器6、靜電 發(fā)生器5、噴頭3、貯液池8、注射器12和接收極板9，氣泡發(fā)生器6的上端開口，側(cè)面 通過(guò)導(dǎo)液管7與貯液池8相通，底面設(shè)有噴頭3，噴頭3經(jīng)由導(dǎo)氣管2與注射器12相連， 導(dǎo)氣管2與注射器12相連處高于氣泡發(fā)生器6的液面，氣泡發(fā)生器6通過(guò)金屬電極4與 靜電發(fā)生器5相連，金屬電極4位于噴頭3中心，并等于、低于或高于噴頭3高度。氣泡 發(fā)生器6的正上方設(shè)有一接收極板9，接收極板9通過(guò)導(dǎo)線10與接地電極相連。
該實(shí)例中，注射器12用來(lái)充氣，僅需實(shí)驗(yàn)人員手動(dòng)推動(dòng)活塞棒，產(chǎn)生氣流，即可產(chǎn) 生氣泡，繼而紡絲，其他實(shí)施方法同實(shí)施例1。
實(shí)施例4
如圖4所示， 一種可便攜制備納米纖維的噴氣靜電紡絲裝置，由氣泡發(fā)生器6、靜電 發(fā)生器5、噴頭3、注射器12、手風(fēng)器11和接收極板9，氣泡發(fā)生器6的上端開口，注射 器12在其側(cè)上方滴加溶液，底面設(shè)有噴頭3，噴頭3經(jīng)由導(dǎo)氣管2與手風(fēng)器11相連，導(dǎo) 氣管2與手風(fēng)器11相連處高于氣泡發(fā)生器6的液面，氣泡發(fā)生器6通過(guò)金屬電極4與靜 電發(fā)生器5相連，金屬電極4位于噴頭3中心，并等于、低于或高于噴頭3高度。氣泡發(fā) 生器6的正上方設(shè)有一接收極板9，接收極板9通過(guò)導(dǎo)線10與接地電極相連。
該實(shí)例中，使用注射器12吸入溶液，隨后滴加入氣泡發(fā)生器6，并使用手風(fēng)器11， 僅需手動(dòng)即可充氣，繼而紡絲，其他實(shí)施方法同實(shí)施例l。
實(shí)施例5
如圖5所示， 一種可便攜制備納米纖維的噴氣靜電紡絲裝置，由氣泡發(fā)生器6、靜電 發(fā)生器5、噴頭3、注射器12和接收極板9，氣泡發(fā)生器6的上端開口，底面設(shè)有噴頭3， 噴頭3經(jīng)由導(dǎo)氣管2與注射器12相連，導(dǎo)氣管2與注射器12相連處高于氣泡發(fā)生器6的 液面，氣泡發(fā)生器6通過(guò)金屬電極4與靜電發(fā)生器5相連，金屬電極4位于噴頭3中心， 并等于、低于或高于噴頭3高度。氣泡發(fā)生器6的正上方設(shè)有一接收極板9，接收極板9 通過(guò)導(dǎo)線10與接地電極相連。
該實(shí)例中，注射器14一物兩用，既可充當(dāng)貯液池， 又充當(dāng)氣泵。注射器12中先吸入 溶液，將溶液經(jīng)導(dǎo)氣管2緩緩加入氣泡發(fā)生器6中，在溶液全部加入后(保證液面高度高于噴頭3，低于氣泡發(fā)生器6上端面)，實(shí)驗(yàn)人員即可推動(dòng)活塞棒，產(chǎn)生氣流，即可產(chǎn)生氣 泡，繼而紡絲，其他實(shí)施方法同實(shí)施例l。
權(quán)利要求
1.一種可便攜制備納米纖維的噴氣靜電紡絲裝置，包括氣泡發(fā)生器(6)、靜電發(fā)生器(5)、噴頭(3)、接收極板(9)、導(dǎo)氣管(2)及金屬電極(4)，其特征在于所述的氣泡發(fā)生器(6)的上端開口，側(cè)面通過(guò)導(dǎo)液管(7)與貯液池(8)相通，底面中心處設(shè)有棒狀的噴頭(3)，所述的噴頭(3)側(cè)面通過(guò)導(dǎo)氣管(2)與氣泵(1)相連，導(dǎo)氣管(2)與氣泵(1)相連處高于氣泡發(fā)生器(6)的液面；噴頭(3)底面中心通過(guò)金屬電極(4)與靜電發(fā)生器(5)相連；所述的接收極板(9)位于氣泡發(fā)生器(6)的正上方，并通過(guò)導(dǎo)線(10)與接地電極相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可便攜制備納米纖維的噴氣靜電紡絲裝置，其特征在于 所述的噴頭(3)在氣泡發(fā)生器(6)中所處的高度是，高于氣泡發(fā)生器(6)的底面， 并低于其上端面；所述的金屬電極(4)直徑小于噴頭(3)的內(nèi)徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可便攜制備納米纖維的噴氣靜電紡絲裝置，其特征在于所述的接收極板(9)與氣泡發(fā)生器(6)上端面的距離調(diào)節(jié)范圍是0. lcm 100cm，所 述的氣泵(1)輸出的氣流流速范圍是0m/s 100ni/s，所述的靜電發(fā)生器(5)的輸出 電壓范圍是1V 100kV。
4. 一種使用權(quán)利要求1所述的一種可便攜制備納米纖維的噴氣靜電紡絲裝置，其特征在 于所述的氣泵(1)可以手風(fēng)器或注射器代替，并處于相同位置；移液管、注射器、 膠頭滴管可代替貯液池(8)，并可直接向氣泡發(fā)生器(6)補(bǔ)充溶液或熔體。
5. —種使用權(quán)利要求1所述的一種可便攜制備納米纖維的噴氣靜電紡絲裝置，其特征在于所述的氣泡發(fā)生器(6)的內(nèi)徑大小可以調(diào)節(jié)，形狀為圓柱體或立方體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可便攜制備納米纖維的噴氣靜電紡絲裝置，其氣泡發(fā)生器(6)的上端開口，側(cè)面通過(guò)導(dǎo)液管(7)與貯液池(8)相通，底面中心處設(shè)有棒狀的噴頭(3)，噴頭(3)側(cè)面通過(guò)導(dǎo)氣管(2)與氣泵(1)相連，導(dǎo)氣管(2)與氣泵(1)相連處高于氣泡發(fā)生器(6)的液面；噴頭(3)底面中心通過(guò)金屬電極(4)與靜電發(fā)生器(5)相連；接收極板(9)位于氣泡發(fā)生器(6)的正上方，并通過(guò)導(dǎo)線(10)與接地電極相連。本發(fā)明可解決現(xiàn)有技術(shù)中紡絲生產(chǎn)效率低的問(wèn)題。
文檔編號(hào)D01D5/00GK101634050SQ200910056750
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
發(fā)明者任忠夫, 何吉?dú)g, 楊瑞瑞 申請(qǐng)人:東華大學(xué)