靜電紡絲設(shè)備及制備中空納米纖維的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種靜電紡絲設(shè)備及制備中空納米纖維的方法，屬紡織工業(yè)領(lǐng)域。該設(shè)備包括：高壓靜電發(fā)生器與具有兩個進(jìn)液口和一個復(fù)合噴頭的同軸復(fù)合噴頭電連接，接收電極板接地；同軸復(fù)合噴頭與接地的接收電極板之間相對并保持一定距離設(shè)置；自動供液裝置與同軸復(fù)合噴頭的各進(jìn)液口連接；纏繞裝置設(shè)置在同軸復(fù)合噴頭與接收電極板之間，纏繞裝置上輸送的基布或纖維簾從同軸復(fù)合噴頭與接收電極板之間的區(qū)域穿過。
【專利說明】靜電紡絲設(shè)備及制備中空納米纖維的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及紡織工業(yè)領(lǐng)域，尤其涉及一種靜電紡絲設(shè)備及制備納米纖維的方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]中空納米纖維在藥物釋放，組織支架，催化，紡織等很多方面有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]目前制備中空納米纖維主要有自組裝法和模板法。自組裝法制備中空納米纖維是通過用表面修飾有表面活性劑或者溶液中分散有表面活性劑的碳或者氮化硼和多肽的自組裝來獲得的。只有某些特定的材料才可以通過自組裝的方法來制備中空納米纖維。
[0004]模板法制備中空纖維的方法中，一種是在模板纖維表面的納米級孔陣列中通過控制聚合反應(yīng)的時間，來獲得具有特定壁厚或者復(fù)制出納米級孔陣列然后除去作為模板的纖維，從而獲得有特定壁厚或者有特定表面結(jié)構(gòu)的中空纖維；另一種方法是用電紡纖維作為模板，在模板纖維表面覆蓋一層薄膜，然后通過溶劑或者煅燒的方法選擇性地除去模板從而獲得中空的納米纖維。
[0005]國立大學(xué)法人名古屋大學(xué)(申請?zhí)?02823491.X和200810166051.6)利用模板法使催化劑和含碳化合物在500-1200°C溫度下接觸，制備以碳為主要成分的中空納米纖維。東南大學(xué)(申請?zhí)?200610096750.9)利用電紡纖維為模板，結(jié)合層層組裝技術(shù)制備多層中空纖維。但目前的靜電紡絲技術(shù)存在對材料要求高且制備過程復(fù)雜的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決現(xiàn)在技術(shù)存 在的不足，本發(fā)明提供一種靜電紡絲設(shè)備及制備納米纖維的方法，可以連續(xù)靜電紡絲在紗線表面形成納米涂層，從而制備出直徑小且性能好的納米纖維，以方便用該納米纖維為模塊制備中空納米纖維。
[0007]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案具體如下:
[0008]一種靜電紡絲設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括:
[0009]高壓靜電發(fā)生器(3)、自動供液裝置、同軸復(fù)合噴頭出)、纏繞裝置和接收電極板
(11);其中，
[0010]所述高壓靜電發(fā)生器(3)與具有兩個進(jìn)液口和一個復(fù)合噴頭的同軸復(fù)合噴頭(6)電連接，接收電極板接地；
[0011]所述同軸復(fù)合噴頭(6)與接地的所述接收電極板(11)之間相對并保持一定距離
設(shè)置；
[0012]所述自動供液裝置與同軸復(fù)合噴頭￠)的各進(jìn)液口(68、69)連接；所述同軸復(fù)合噴頭(6)具有同軸設(shè)置的殼管噴頭(66)和芯管噴頭(67),所述殼管噴頭(66)和芯管噴頭(67)分別與所述進(jìn)液口(68、69)相連，以分別供應(yīng)殼層溶液和芯層溶液。
[0013]所述纏繞裝置設(shè)置在所述同軸復(fù)合噴頭(6)與所述接收電極板(11)之間，纏繞裝置上輸送的基布或纖維簾從所述同軸復(fù)合噴頭￠)與所述接收電極板(11)之間的區(qū)域穿過。[0014]此外，所述同軸復(fù)合噴頭包括:噴頭本體(61)、噴頭蓋(62)、以及噴頭本體￠1)與噴頭蓋￠2)之間的導(dǎo)流板(64)，所述噴頭本體￠1)上設(shè)有液腔(65)，液腔￠5)上端設(shè)有開口，噴頭本體￠1)的底面上設(shè)置與液腔￠5)內(nèi)連通的所述復(fù)合噴頭。
[0015]此外，所述噴頭蓋￠2)覆蓋設(shè)置在所述噴頭本體￠1)的液腔￠5)的開口上，所述噴頭蓋￠2)上設(shè)有兩個進(jìn)液口，其中一個進(jìn)液口與所述復(fù)合噴頭的芯管噴頭￠7)連通，另一個進(jìn)液口經(jīng)液腔￠5)與所述復(fù)合噴頭的殼管噴頭￠6)連通。
[0016]所述噴頭蓋￠2)與所述噴頭本體￠1)的液腔開口之間的連接處設(shè)置所述密封圈
(63)；
[0017]所述導(dǎo)流板(64)設(shè)置在所述噴頭本體(61)的液腔內(nèi)，導(dǎo)流板(64)為設(shè)有多個導(dǎo)流孔的板式結(jié)構(gòu)。
[0018]所述同軸復(fù)合噴頭的進(jìn)液口為兩個平行設(shè)置的管式結(jié)構(gòu)；所述同軸復(fù)合噴頭(6)的復(fù)合噴頭由芯管噴頭(67)外面套裝殼管噴頭(66)構(gòu)成。
[0019]此外，所述同軸復(fù)合噴頭的復(fù)合噴頭朝下設(shè)置，接地的所述接收電極板設(shè)置在所述同軸復(fù)合噴頭的下方。
[0020]此外，所述設(shè)備還包括:由聚酰胺樹脂制成的噴頭箱，所述同軸復(fù)合噴頭設(shè)置在所述嗔頭箱內(nèi)。
[0021]此外，所述設(shè)備還包括:噴頭位置驅(qū)動裝置，與所述同軸復(fù)合噴頭連接，驅(qū)動同軸復(fù)合噴頭作直線往復(fù)運(yùn)動。
[0022]此外，所述噴頭位置驅(qū)動裝置包括:控制裝置、驅(qū)動裝置和行程開關(guān)；其中，
[0023]控制裝置分別與驅(qū)動裝置和行程開關(guān)電連接，能根據(jù)行程開關(guān)發(fā)出的信號控制驅(qū)動裝置；
[0024]所述行程開關(guān)設(shè)置在所述同軸復(fù)合噴頭安裝位的兩側(cè)；
[0025]所述驅(qū)動裝置與所述同軸復(fù)合噴頭連接，驅(qū)動同軸復(fù)合噴頭進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動。
[0026]此外，所述高壓靜電發(fā)生器采用輸出電壓為5-100KV的直流高壓靜電發(fā)生器；
[0027]所述纏繞裝置由進(jìn)料滾筒裝置和出料滾筒裝置構(gòu)成，所述進(jìn)料滾筒裝置與出料滾筒裝置分設(shè)在所述同軸復(fù)合噴頭與接收電極板之間區(qū)域的兩側(cè)；
[0028]所述自動供液裝置由兩個計量泵和兩個注射器構(gòu)成，每個計量泵與一個注射器連接，每個注射器的出液口分別與所述同軸復(fù)合噴頭的一個進(jìn)液口連接；所述自動供液裝置的流量控制范圍為0.01-150mL/min。
[0029]本發(fā)明還給出一種制備中空納米纖維的方法，該方法包括:
[0030]采用上述任一項所述的靜電紡絲設(shè)備；
[0031 ] 通過自動供液裝置向同軸復(fù)合噴頭內(nèi)輸入紡絲溶液，通過高壓靜電發(fā)生器向同軸復(fù)合噴頭施加高壓直流靜電，使所述同軸復(fù)合噴頭與接地的接收電極板產(chǎn)生電場；
[0032]控制所述同軸復(fù)合噴頭上的高壓直流靜電，使所述同軸復(fù)合噴頭與接收電極板之間的電場力大于所述同軸復(fù)合噴頭的復(fù)合噴頭處紡絲溶液的表面張力，使同軸復(fù)合噴頭內(nèi)的紡絲溶液從其復(fù)合噴頭內(nèi)射流噴出包覆在所述同軸復(fù)合噴頭與接收電極板之間區(qū)域內(nèi)穿過的基布或纖維上形成涂層得到復(fù)合纖維；
[0033]將得到的復(fù)合纖維置于電阻爐中在空氣中進(jìn)行預(yù)氧化，將預(yù)氧化后的纖維置于氮?dú)獗Ｗo(hù)的電阻爐中進(jìn)行炭化后，即得到中空納米纖維。[0034]本發(fā)明的有益效果是:由于采用一具有復(fù)合噴頭和多個進(jìn)液口的同軸復(fù)合噴頭，可以使殼層溶液均勻地包覆芯層溶液噴出從而形成復(fù)合納米纖維；并且噴頭可以方便地拆卸和更換，可以根據(jù)所需中空納米纖維直徑的不同，通過改變主體底板上噴頭及針頭的直徑的設(shè)計多種噴頭，以獲得各種不同直徑的中空納米纖維。該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，可以方便的制作多種直徑的中空納米纖維。并且，噴頭也易于清洗，可以避免噴頭的堵塞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]下面給出實施例描述中所需要使用的附圖。
[0036]圖1為本發(fā)明實施例提供的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2為本發(fā)明實施例提供的設(shè)備的同軸復(fù)合噴頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖3為本發(fā)明實施例提供的設(shè)備的同軸復(fù)合噴頭的剖面示意圖；
[0039]圖4為本發(fā)明實施例提供的設(shè)備的同軸復(fù)合噴頭的復(fù)合噴頭示意圖；
[0040]圖5為本發(fā)明實施例提供的設(shè)備的纏繞裝置的進(jìn)料滾筒裝置示意圖；
[0041]圖6為本發(fā)明實施例提供的設(shè)備制備的聚丙烯腈復(fù)合纖維的SEM照片；
[0042]圖7為本發(fā)明實施例提供的設(shè)備制備的聚丙烯腈中空納米纖維的SEM照片。
[0043]圖中各標(biāo)號對應(yīng)的部件為:1、12_計量泵；2、13_注射器；3_高壓靜電發(fā)生器；4-控制裝置；5_行程開關(guān)；6_同軸復(fù)合噴頭；7_噴頭箱；8_進(jìn)料滾筒裝置；9_出料滾筒裝置；10_基布或纖維收集簾；11-接收電極板；
[0044]61-噴頭本體；62_噴頭蓋；63_密封圈；64_導(dǎo)流板；65_液腔；66_復(fù)合噴頭的殼管；67_復(fù)合噴頭的芯管；68_芯層的進(jìn)液口，69-殼層的進(jìn)液口
[0045]80-支架；81_滾筒；82_電動機(jī)；83_電動機(jī)調(diào)速裝置。
【具體實施方式】
[0046]下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此為應(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)人員可以對本發(fā)明做各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0047]本發(fā)明給出一種靜電紡絲設(shè)備，是一種通過同軸復(fù)合噴頭作為噴絲頭的靜電紡絲設(shè)備，通過該設(shè)備可以方便的制備中空納米纖維，如圖1所示，該設(shè)備包括:高壓靜電發(fā)生器3、自動供液裝置、同軸復(fù)合噴頭6、纏繞裝置和接收電極板11 ；
[0048]其中，高壓靜電發(fā)生器3與具有一復(fù)合噴頭和多個進(jìn)液口的同軸復(fù)合噴頭6電連接，其可與所述同軸復(fù)合噴頭6的進(jìn)液口上設(shè)置的針頭電連接，從而使同軸復(fù)合噴頭6內(nèi)的紡絲溶液帶電，高壓靜電發(fā)生器3可采用輸出電壓為5?100KV的直流高壓靜電發(fā)生器，接收電極板11接地，接收電極板11可采用鋁箔制成的平板式結(jié)構(gòu)；
[0049]同軸復(fù)合噴頭6與接地的接收電極板11之間相對并保持一定距離設(shè)置，可使同軸復(fù)合噴頭的復(fù)合噴頭朝下設(shè)置，接地的接收電極板11設(shè)置在所述同軸復(fù)合噴頭6的下方，可實現(xiàn)同軸復(fù)合噴頭向下噴射；
[0050]自動供液裝置與同軸復(fù)合噴頭6的進(jìn)液口連接；自動供液裝置由多個計量泵(1、12)和多個注射器(2、13)構(gòu)成，每個計量泵(1、12)分別連接一個注射器(2、13)，分別形成對殼層溶液以及對芯層溶液的輸送裝置，每個注射器的出液口與同軸復(fù)合噴頭￠)的一個進(jìn)液口上的針頭連接，通過針頭與所述同軸復(fù)合噴頭￠)的進(jìn)液口連接，實際中也可使高壓靜電發(fā)生器(3)與各注射器的導(dǎo)管相連，從而使針頭及輸出的溶液帶電。設(shè)置該自動供液裝置可以滿足連續(xù)自動輸液，保持精密穩(wěn)定地輸液，自動供液裝置的流量控制范圍為
0.0l-150mL/min,同時記錄并顯示流速、流量、工作時間等參數(shù),為靜電紡絲連續(xù)化生產(chǎn)提供了保障，能使同軸復(fù)合噴頭出)內(nèi)液體的液面保持理想的弧形，多根射流能同時不間斷地從弧形液面抽出。
[0051]纏繞裝置設(shè)置在所述同軸復(fù)合噴頭(6)與所述接收電極板(11)之間，纏繞裝置上輸送的基布或纖維簾從所述同軸復(fù)合噴頭(6)與所述接收電極板(11)之間的區(qū)域穿過。纏繞裝置由進(jìn)料滾筒裝置(8)和出料滾筒裝置(9)構(gòu)成，進(jìn)料滾筒裝置(8)與出料滾筒裝置
(9)可分設(shè)在所述同軸復(fù)合噴頭(6)與接收電極板(11)之間區(qū)域的兩側(cè)，從而從進(jìn)料滾筒裝置(8)向出料滾筒裝置(9)輸送的基布或纖維簾從所述同軸復(fù)合噴頭(6)與所述接收電極板(11)之間的區(qū)域穿過，可由進(jìn)料滾筒裝置(8)和出料滾筒裝置(9)方便的控制基布或纖維簾的平移速度，從而可以得到不同厚度的納米纖維氈，并可以實現(xiàn)電紡纖維的大批量生產(chǎn)。
[0052]上述設(shè)備中的同軸復(fù)合噴頭如圖2-4所示，該同軸噴頭具體可采用圓柱形容器結(jié)構(gòu)，包括:噴頭本體61、噴頭蓋62以及噴頭本體61與噴頭蓋62之間的密封圈63和導(dǎo)流板64 ;其中噴頭本體61上設(shè)有容器式結(jié)構(gòu)的液腔65 ，液腔65上端設(shè)有開口，噴頭本體61的底面上設(shè)置與液腔內(nèi)連通的所述復(fù)合噴頭，復(fù)合噴頭由芯管噴頭67外面套裝殼管噴頭66構(gòu)成,其中殼管噴頭66的外徑為3暈米,芯管噴頭67的內(nèi)徑為1.5暈米；
[0053]噴頭蓋62覆蓋設(shè)置在所述噴頭本體61的液腔65的開口上，噴頭蓋62上設(shè)有兩個進(jìn)液口出8、69)，各進(jìn)液口為兩個平行設(shè)置的管式結(jié)構(gòu)，每個進(jìn)液口的外徑均為4毫米，內(nèi)徑均為2毫米；其中一個進(jìn)液口與所述復(fù)合噴頭的芯管噴頭67連通，另一個噴頭經(jīng)液腔與所述復(fù)合噴頭的殼管噴頭66連通，另設(shè)置兩個針頭分別連接在噴頭蓋的兩個進(jìn)液口上；實際中上述自動供液裝置中一個計量泵與一個注射器連接在同軸復(fù)合噴頭的中心處進(jìn)液口上，從而與復(fù)合噴頭6的芯管噴頭67連通以供應(yīng)芯層溶液；而自動供液裝置中另一個計量泵與另一個注射器連接在同軸復(fù)合噴頭6的中心外側(cè)的另一進(jìn)液口上，從而通過噴頭本體61的液腔65與復(fù)合噴頭6的殼管噴頭66連通以供應(yīng)殼層溶液。
[0054]噴頭蓋62與噴頭本體61的液腔65開口之間的接觸處設(shè)置所述密封圈63，起到很好的密封作用；導(dǎo)流板64設(shè)置在所述噴頭本體61的液腔內(nèi)，導(dǎo)流板64為設(shè)有多個導(dǎo)流孔的板式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)流板64可以使進(jìn)入該噴頭的溶液均勻進(jìn)入噴頭本體61，使得殼層溶液能均勻的從噴孔中流出，均勻地包覆芯層溶液。
[0055]上述設(shè)備還可以設(shè)置由聚酰胺樹脂制成的噴頭箱，所述同軸復(fù)合噴頭設(shè)置在所述噴頭箱內(nèi)，從而減少了靜電排斥及對靜電場的干擾。
[0056]上述設(shè)備還包括:噴頭位置驅(qū)動裝置，與所述同軸復(fù)合噴頭連接，驅(qū)動同軸復(fù)合噴頭作直線往復(fù)運(yùn)動。該噴頭位置驅(qū)動裝置包括:控制裝置、驅(qū)動裝置和行程開關(guān)；其中，控制裝置分別與驅(qū)動裝置和行程開關(guān)電連接，能根據(jù)行程開關(guān)發(fā)出的信號控制驅(qū)動裝置；其中，所述行程開關(guān)設(shè)置在所述同軸復(fù)合噴頭安裝位的兩側(cè)；所述驅(qū)動裝置與所述同軸復(fù)合噴頭連接，驅(qū)動同軸復(fù)合噴頭進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動。[0057]上述設(shè)備中還包括噴頭位置驅(qū)動裝置，與所述同軸復(fù)合噴頭連接，驅(qū)動同軸復(fù)合噴頭作直線往復(fù)運(yùn)動。該噴頭位置驅(qū)動裝置具體包括:控制裝置、驅(qū)動裝置和行程開關(guān)；其中，控制裝置分別與驅(qū)動裝置和行程開關(guān)電連接，能根據(jù)行程開關(guān)發(fā)出的信號控制驅(qū)動裝置；行程開關(guān)設(shè)置在同軸復(fù)合噴頭安裝位的兩側(cè)，同軸復(fù)合噴頭直線往復(fù)運(yùn)動到位時能觸發(fā)對應(yīng)的行程開關(guān)；驅(qū)動裝置與同軸復(fù)合噴頭連接，能驅(qū)動同軸復(fù)合噴頭進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動。通過噴頭位置驅(qū)動裝置控制同軸復(fù)合噴頭以往復(fù)運(yùn)動的方式進(jìn)行噴絲，不但加大了噴絲面，且增加了制成纖維的均勻度。
[0058]上述設(shè)備中的纏繞裝置中的進(jìn)料滾筒裝置的結(jié)構(gòu)如圖6所示，由支架上設(shè)置的滾筒，驅(qū)動所述滾筒轉(zhuǎn)動的電動機(jī)以及調(diào)節(jié)電動機(jī)速度的電機(jī)速度調(diào)節(jié)器連接。出料滾筒裝置結(jié)構(gòu)與進(jìn)料滾筒裝置結(jié)構(gòu)一致，在此不再重復(fù)。
[0059]利用上述靜電紡絲設(shè)備制備中空納米纖維方法，具體包括以下步驟:
[0060]通過自動供液裝置向同軸復(fù)合噴頭內(nèi)輸入紡絲溶液，通過高壓靜電發(fā)生器向同軸復(fù)合噴頭施加高壓直流靜電，使所述同軸復(fù)合噴頭與接地的接收電極板產(chǎn)生電場；
[0061]控制所述同軸復(fù)合噴頭上的高壓直流靜電，使所述同軸復(fù)合噴頭與接收電極板之間的電場力大于所述同軸復(fù)合噴頭的噴孔處紡絲溶液的表面張力，使同軸復(fù)合噴頭內(nèi)的紡絲溶液從其噴孔內(nèi)射流噴出包覆在所述同軸復(fù)合噴頭與接收電極板之間區(qū)域內(nèi)穿過的基布或纖維簾上形成涂層得到復(fù)合纖維；
[0062]將得到的復(fù)合纖維置于電阻爐中在空氣中進(jìn)行預(yù)氧化，將預(yù)氧化后的纖維置于氮?dú)獗Ｗo(hù)的電阻爐中進(jìn)行炭化后，即得到中空納米纖維。
[0063]利用該設(shè)備的操作流程具體為:打開總電源開關(guān)一打開高壓直流電源以預(yù)熱高壓靜電發(fā)生器一開啟芯層溶液計量泵輸液一開啟殼層溶液計量泵輸液一打開高壓發(fā)生器高壓開關(guān)，調(diào)整電壓，開始紡絲一打開控制箱及行程開關(guān)，噴頭箱開始往復(fù)運(yùn)動一打開進(jìn)料滾筒及出料滾筒裝置，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速從而調(diào)節(jié)基布或纖維收集簾平動速率一紡絲完畢后依次關(guān)閉芯層溶液及殼層溶液計量泵，停止輸液一關(guān)閉高壓靜電發(fā)生器高壓開關(guān)，停止紡絲一關(guān)閉高壓發(fā)生器的電源一關(guān)閉纖維傳送裝置的電源，停止基布或纖維收集簾的卷曲一關(guān)閉控制箱，停止噴頭往復(fù)運(yùn)動一關(guān)閉總電源開關(guān)一從纖維傳送裝置上取下紡好的纖維一將紡好的復(fù)合纖維置于電阻爐中在空氣中進(jìn)行預(yù)氧化一將預(yù)氧化后的纖維置于N2保護(hù)的電阻爐中進(jìn)行炭化。
[0064]當(dāng)使用本發(fā)明的設(shè)備，采用聚丙烯腈(PAN)溶液為殼層溶液，甲基硅油為芯層溶液進(jìn)行紡絲時，PAN溶液濃度為1.5g/mL?2.0g/mL，PAN溶液注入殼層溶液計量泵，甲基硅油注入芯層溶液計量泵，輸液速度控制在0.0lmL/min?lmL/min。將高壓靜電發(fā)生器的電壓調(diào)節(jié)到20kV，纏繞裝置以0.5m/min的速度平移，纏繞裝置與同軸復(fù)合的距離為20cm。所紡出的復(fù)合納米纖維的SHM照片如圖6所示。將靜電紡絲所得的復(fù)合納米纖維置于電阻爐中在250°C空氣中進(jìn)行預(yù)氧化處理2h，然后在電阻爐中N2保護(hù)的情況下在900°C炭化2h，得到中空納米纖維的電鏡掃描照片(SEM)如圖7所示。
[0065]本發(fā)明的組合噴頭可以使殼層溶液均勻地包覆芯層溶液從而形成復(fù)合納米纖維；組合噴頭可以方便地拆卸和更換，可以根據(jù)所需中空納米纖維直徑的不同，通過改變主體底板上噴頭及針頭的直徑的設(shè)計多種噴頭，以獲得各種不同直徑的中空納米纖維；導(dǎo)流板可以使進(jìn)入噴絲頭的溶液均勻進(jìn)入噴頭蓋，使得殼層溶液能均勻的從噴口中流出，均勻地包覆芯層溶液；組合噴頭固定于噴頭箱內(nèi)，噴頭箱由聚酰胺樹脂合成，減少了靜電排斥及對靜電場的干擾；電紡纖維接收材料采用滾筒傳送裝置，可以實現(xiàn)電紡復(fù)合纖維的大批量生產(chǎn)，從為碳納米管的大批量生產(chǎn)提供了保證；在工藝條件相同的情況下，紡制的納米纖維細(xì)度比傳統(tǒng)靜電紡絲機(jī)的小一半；設(shè)計電紡纖維送裝置，通過調(diào)節(jié)進(jìn)料滾筒裝置和出料滾筒裝置，可以控制電紡接收材料經(jīng)過電紡纖維產(chǎn)生區(qū)的速度，從而可以得到不同厚度的復(fù)合納米纖維氈，復(fù)合納米纖維氈經(jīng)預(yù)氧化和碳化處理后可以得到不同厚度的碳納米管；自動輸液裝置可以滿足連續(xù)自動輸液，保持精密的輸液量，為靜電紡絲連續(xù)化生產(chǎn)提供了保障，能使噴頭內(nèi)液體的液面保持理想的弧形，多根射流能同時不間斷地從弧形液面抽出。
[0066]上述僅是本發(fā)明較佳實施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限在這些實施例，本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露技術(shù)范圍內(nèi)，可以想到的變化及替換，都在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明保護(hù)范圍以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種靜電紡絲設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括: 高壓靜電發(fā)生器(3)、自動供液裝置、同軸復(fù)合噴頭￠)、纏繞裝置和接收電極板(11)；其中， 所述高壓靜電發(fā)生器(3)與具有兩個進(jìn)液口和一個復(fù)合噴頭的同軸復(fù)合噴頭￠)電連接，接收電極板接地； 所述同軸復(fù)合噴頭￠)與接地的所述接收電極板(11)之間相對并保持一定距離設(shè)置； 所述自動供液裝置與同軸復(fù)合噴頭￠)的各進(jìn)液口(68、69)連接；所述同軸復(fù)合噴頭(6)具有同軸設(shè)置的殼管噴頭￠6)和芯管噴頭(67)，所述殼管噴頭￠6)和芯管噴頭(67)分別與所述進(jìn)液口(68、69)相連，以分別供應(yīng)殼層溶液和芯層溶液。 所述纏繞裝置設(shè)置在所述同軸復(fù)合噴頭(6)與所述接收電極板(11)之間，纏繞裝置上輸送的基布或纖維簾從所述同軸復(fù)合噴頭￠)與所述接收電極板(11)之間的區(qū)域穿過。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電紡絲設(shè)備，其特征在于，所述同軸復(fù)合噴頭包括:噴頭本體(61)、嗔頭蓋(62)、以及嗔頭本體(61)與嗔頭蓋(62)之間的導(dǎo)流板(64)，所述嗔頭本體(61)上設(shè)有液腔(65)，液腔￠5)上端設(shè)有開口，噴頭本體￠1)的底面上設(shè)置與液腔(65)內(nèi)連通的所述復(fù)合噴頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜電紡絲設(shè)備，其特征在于，所述噴頭蓋￠2)覆蓋設(shè)置在所述噴頭本體￠1)的液腔￠5)的開口上，所述噴頭蓋￠2)上設(shè)有兩個進(jìn)液口，其中一個進(jìn)液口與所述復(fù)合噴頭的芯管噴頭￠7)`連通，另一個進(jìn)液口經(jīng)液腔￠5)與所述復(fù)合噴頭的殼管噴頭出6)連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜電紡絲設(shè)備，其特征在于，所述噴頭蓋￠2)與所述噴頭本體(61)的液腔開口之間的連接處設(shè)置所述密封圈(63)； 所述導(dǎo)流板￠4)設(shè)置在所述噴頭本體￠1)的液腔內(nèi)，導(dǎo)流板￠4)為設(shè)有多個導(dǎo)流孔的板式結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一個所述的靜電紡絲設(shè)備，其特征在于，所述同軸復(fù)合噴頭的進(jìn)液口為兩個平行設(shè)置的管式結(jié)構(gòu)；所述同軸復(fù)合噴頭￠)的復(fù)合噴頭由芯管噴頭(67)外面套裝殼管噴頭￠6)構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一個所述的靜電紡絲設(shè)備，其特征在于，所述同軸復(fù)合噴頭(6)的復(fù)合噴頭朝下設(shè)置，接地的所述接收電極板(11)設(shè)置在所述同軸復(fù)合噴頭(6)的下方。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一個所述的靜電紡絲設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括:由聚酰胺樹脂制成的噴頭箱，所述同軸復(fù)合噴頭設(shè)置在所述噴頭箱內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一個所述的靜電紡絲設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括:噴頭位置驅(qū)動裝置，與所述同軸復(fù)合噴頭連接，驅(qū)動同軸復(fù)合噴頭作直線往復(fù)運(yùn)動；所述噴頭位置驅(qū)動裝置包括:控制裝置、驅(qū)動裝置和行程開關(guān)；其中， 控制裝置分別與驅(qū)動裝置和行程開關(guān)電連接，能根據(jù)行程開關(guān)發(fā)出的信號控制驅(qū)動裝置； 所述行程開關(guān)設(shè)置在所述同軸復(fù)合噴頭安裝位的兩側(cè)； 所述驅(qū)動裝置與所述同軸復(fù)合噴頭連接，驅(qū)動同軸復(fù)合噴頭進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電紡絲設(shè)備，其特征在于，所述高壓靜電發(fā)生器采用輸出電壓為5-IOOKV的直流高壓靜電發(fā)生器； 所述纏繞裝置由進(jìn)料滾筒裝置和出料滾筒裝置構(gòu)成，所述進(jìn)料滾筒裝置與出料滾筒裝置分設(shè)在所述同軸復(fù)合噴頭與接收電極板之間區(qū)域的兩側(cè)； 所述自動供液裝置由兩個計量泵和兩個注射器構(gòu)成，每個計量泵與一個注射器連接，每個注射器的出液口分別與所述同軸復(fù)合噴頭的一個進(jìn)液口連接；所述自動供液裝置的流量控制范圍為0.01-150mL/min。
10.一種制備中空納米纖維的方法，其特征在于，該方法包括: 采用上述權(quán)利要求1-9任一項所述的靜電紡絲設(shè)備； 通過自動供液裝置向同軸復(fù)合噴頭內(nèi)輸入紡絲溶液，通過高壓靜電發(fā)生器向同軸復(fù)合噴頭施加高壓直流靜電，使所述同軸復(fù)合噴頭與接地的接收電極板產(chǎn)生電場； 控制所述同軸復(fù)合噴頭上的高壓直流靜電，使所述同軸復(fù)合噴頭與接收電極板之間的電場力大于所述同軸復(fù)合噴頭的復(fù)合噴頭處紡絲溶液的表面張力，使同軸復(fù)合噴頭內(nèi)的紡絲溶液從其復(fù)合噴頭內(nèi)射流噴出包覆在所述同軸復(fù)合噴頭與接收電極板之間區(qū)域內(nèi)穿過的基布或纖維上形成涂層得到復(fù)合纖維； 將得到的復(fù)合纖維置于電阻爐中 在空氣中進(jìn)行預(yù)氧化，將預(yù)氧化后的纖維置于氮?dú)獗Ｗo(hù)的電阻爐中進(jìn)行炭化后，即得到中空納米纖維。
【文檔編號】D01D5/24GK103451750SQ201210172393
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月30日
【發(fā)明者】楊大祥, 魏梧淞 申請人:湖南博弈飛裝備新材料研究所