專利名稱：納米纖維制備裝置及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靜電紡織技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種納米纖維制備裝置及其制備方法。
背景技術(shù)：
納米纖維是指直徑為納米尺度而長度較大的線狀材料，包括纖維直徑為納米量級的超細(xì)纖維，還包括將納米顆粒填充到普通纖維中對其進(jìn)行改性的纖維。納米纖維具有以下特點
表面效應(yīng)，粒子尺寸越小，表面積越大，由于表面粒子缺少相鄰原子的配位，因而表面能增大極不穩(wěn)定，易于其他原子結(jié)合，顯出較強的活性；小尺寸效應(yīng)，當(dāng)微粒的尺寸小到與光波的波長、傳導(dǎo)電子的德布羅意波長和超導(dǎo)態(tài)的相干長度透射深度近似或更小時，其周期性的邊界條件將被破壞，粒子的聲、光、電磁、熱力學(xué)性質(zhì)將會改變，如熔點降低、分色變色、吸收紫外線、屏蔽電磁波等；量子尺寸效應(yīng)，當(dāng)粒子尺寸小到一定時，費米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級，此時，原為導(dǎo)體的物質(zhì)有可能變?yōu)榻^緣體，反之，絕緣體有可能變?yōu)槌瑢?dǎo)體；宏觀量子的陽隧道效應(yīng)，隧道效應(yīng)是指微小粒子在一定情況下能穿過物體，就像里面有了隧道一樣可以通過。層次結(jié)構(gòu)的超細(xì)/納米纖維具有非常優(yōu)越的性能，如碳納米管。將層次結(jié)構(gòu)超細(xì)/納米纖維的制備方法用于制作纜繩，然而現(xiàn)有技術(shù)中制備的纜繩質(zhì)量較重，用料偏多，纜繩強度和韌性一般。因此，針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種納米纖維制備裝置及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有層次結(jié)構(gòu)的納米纖維制備裝置及其制備方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案如下一種納米纖維制備裝置，所述裝置包括若干上端開口的旋轉(zhuǎn)貯液池、與所述旋轉(zhuǎn)貯液池相連通的氣壓提供裝置、與旋轉(zhuǎn)貯液池相連的高壓靜電發(fā)生器、位于所述旋轉(zhuǎn)貯液池正上方且與接地電極相連的納米纖維收集裝置，所述旋轉(zhuǎn)貯液池的底面設(shè)有垂直向上的噴頭，所述噴頭通過導(dǎo)氣管與氣壓提供裝置相連通，且噴頭與高壓靜電發(fā)生器電性導(dǎo)通，所述納米纖維收集裝置包括位于旋轉(zhuǎn)貯液池正上方的接收裝置、位于接收裝置兩端的導(dǎo)輥以及分別與兩個導(dǎo)輥相連的卷繞輥和退繞輥。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述接收裝置設(shè)置為接收板或滾筒。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氣壓提供裝置設(shè)置為氣泵或手風(fēng)器。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述導(dǎo)氣管與氣壓提供裝置相連處高于旋轉(zhuǎn)貯液池內(nèi)的液面。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述旋轉(zhuǎn)貯液池為內(nèi)徑可調(diào)節(jié)設(shè)置的圓柱體或正方體或長方體。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述納米纖維收集裝置與旋轉(zhuǎn)貯液池上端距離設(shè)為
O.lcm^l00cmo相應(yīng)地，一種納米纖維制備方法，所述方法包括SI、在旋轉(zhuǎn)貯液池中注入用于制備納米纖維的溶液或熔體；S2、打開氣壓提供裝置，提供低氣壓將導(dǎo)氣管中液體排出，再加大氣壓，使液面出現(xiàn)有規(guī)律的氣泡狀凸起；S3、然后打開高壓靜電發(fā)生器，調(diào)節(jié)電壓，使液體內(nèi)部和氣泡表面自由電荷在高壓 靜電作用下將被極化；S4、納米纖維收集裝置接地形成負(fù)極，與液面之間形成電場，當(dāng)電場力大于溶液表面張力時，將有射流從氣泡頂端射向并沉積在納米纖維收集裝置上，形成大量的納米纖維；S5、納米纖維收集裝置將接收到的納米纖維在導(dǎo)輥、卷繞輥和退繞輥的共同作用下帶離沉積區(qū)并卷裝成品。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氣壓提供裝置輸出的氣流流速范圍是(TlOOm/s。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述高壓靜電發(fā)生器的輸出電壓范圍是1V100KV。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明納米纖維制備裝置及其制備方法能夠制備層次結(jié)構(gòu)的納米纖維性能好，具有非常高的實際應(yīng)用價值。納米纖維收集裝置通過導(dǎo)輥、卷繞輥和退繞輥的設(shè)置，能夠?qū)崿F(xiàn)納米纖維制備的自動化生產(chǎn)，提高了制備產(chǎn)量。由此制備的納米纖維用于制備纜繩，在纜繩相同長度時質(zhì)量更輕、用料更少，在相同粗細(xì)時強度更高、韌性更強。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明優(yōu)選實施方式中納米纖維制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明優(yōu)選實施方式中納米纖維制備方法的流程示意圖；圖3為本發(fā)明另一實施方式中納米纖維制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種納米纖維制備裝置，包括若干上端開口的旋轉(zhuǎn)貯液池、與旋轉(zhuǎn)貯液池相連通的氣壓提供裝置、與旋轉(zhuǎn)貯液池相連的高壓靜電發(fā)生器、位于旋轉(zhuǎn)貯液池正上方且與接地電極相連的納米纖維收集裝置，旋轉(zhuǎn)貯液池的底面設(shè)有垂直向上的噴頭，噴頭通過導(dǎo)氣管與氣壓提供裝置相連通，且噴頭與高壓靜電發(fā)生器電性導(dǎo)通，納米纖維收集裝置包括位于旋轉(zhuǎn)貯液池正上方的接收裝置、位于接收裝置兩端的導(dǎo)輥以及分別與兩個導(dǎo)輥相連的卷繞輥和退繞輥。本發(fā)明還公開了一種納米纖維制備方法，方法包括
SI、在旋轉(zhuǎn)貯液池中注入用于制備納米纖維的溶液或熔體；S2、打開氣壓提供裝置，提供低氣壓將導(dǎo)氣管中液體排出，再加大氣壓，使液面出現(xiàn)有規(guī)律的氣泡狀凸起；S3、然后打開高壓靜電發(fā)生器，調(diào)節(jié)電壓，使液體內(nèi)部和氣泡表面自由電荷在高壓靜電作用下將被極化；S4、納米纖維收集裝置接地形成負(fù)極，與液面之間形成電場，當(dāng)電場力大于溶液表面張力時，將有射流從氣泡頂端射向并沉積在納米纖維收集裝置上，形成大量的納米纖維；S5、納米纖維收集裝置將接收到的納米纖維在導(dǎo)輥、卷繞輥和退繞 輥的共同作用下帶離沉積區(qū)并卷裝成品。本發(fā)明納米纖維制備裝置及其制備方法簡單，能夠制備層次結(jié)構(gòu)的納米纖維，制備產(chǎn)量高，性能好，具有非常高的實際應(yīng)用價值。為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在不同的實施例中可能使用重復(fù)的標(biāo)號或標(biāo)示。這些重復(fù)僅為了簡單清楚地敘述本發(fā)明，不代表所討論的不同實施例及/或結(jié)構(gòu)之間具有任何關(guān)聯(lián)性。參圖I所示為本發(fā)明一實施方式中納米纖維制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，在本實施方式中，納米纖維制備裝置包括旋轉(zhuǎn)貯液池1，旋轉(zhuǎn)貯液池I上端開口，用于注入制備納米纖維的溶液或熔體，內(nèi)徑可調(diào)節(jié)設(shè)置的圓柱體或正方體或長方體。旋轉(zhuǎn)貯液池數(shù)量可變，在本實施方式中設(shè)為3個。旋轉(zhuǎn)貯液池I的底面設(shè)有垂直向上的噴頭4，噴頭4與導(dǎo)氣管8相連通；氣壓提供裝置，本實施方式中氣壓提供裝置為氣泵3，在其他實施方式中也可以設(shè)置為手風(fēng)器等，導(dǎo)氣管8與氣壓提供裝置相連處高于旋轉(zhuǎn)貯液池I內(nèi)的液面。氣泵3與導(dǎo)氣管8的另一端，通過導(dǎo)氣管8，氣泵3可以向噴頭4提供一定的氣壓；高壓靜電發(fā)生器2，高壓靜電發(fā)生器2通過導(dǎo)線與旋轉(zhuǎn)貯液池I中的噴頭4電性導(dǎo)通，高壓靜電發(fā)生器2與導(dǎo)線連接處設(shè)有金屬電極6。當(dāng)高壓靜電發(fā)生器2提供一定的電壓時，液體內(nèi)部尤其是氣泡表面的自由電荷在高壓靜電作用下將被極化；納米纖維收集裝置，在本實施方式中納米纖維收集裝置包括位于旋轉(zhuǎn)貯液池I正上方的接收裝置、位于接收裝置兩端的導(dǎo)輥9以及分別與兩個導(dǎo)輥9相連的卷繞輥10和退繞輥11，優(yōu)選地，納米纖維收集裝置與旋轉(zhuǎn)貯液池上端距離設(shè)為O. IcnTlOOcm ;接收裝置設(shè)為接收板5，接收板5與接地電極7相連，在其他實施方式中接收裝置還可以設(shè)為滾筒。通過導(dǎo)輥、卷繞輥和退繞輥的設(shè)置，在需要卷繞時，用旋轉(zhuǎn)設(shè)備或手動旋轉(zhuǎn)卷繞輥，卷繞輥帶動導(dǎo)輥對納米纖維進(jìn)行卷繞，在需要退繞時，用旋轉(zhuǎn)設(shè)備或手動旋轉(zhuǎn)退繞輥，退繞輥帶動導(dǎo)輥進(jìn)行退繞，能夠?qū)崿F(xiàn)納米纖維制備的自動化生產(chǎn)，提高了納米纖維的制備效率。參圖2所示，本發(fā)明中納米纖維制備方法具體如下SI、在旋轉(zhuǎn)貯液池中注入用于制備納米纖維的溶液或熔體；
S2、打開氣壓提供裝置，提供低氣壓將導(dǎo)氣管中液體排出，再加大氣壓，使液面出現(xiàn)有規(guī)律的氣泡狀凸起。本實施方式中氣壓提供裝置輸出的氣流流速范圍是(TlOOm/s ；S3、然后打開高壓靜電發(fā)生器，調(diào)節(jié)到一定電壓，使液體內(nèi)部尤其是氣泡表面自由電荷在高壓靜電作用下將被極化。本實施方式中高壓靜電發(fā)生器的輸出電壓范圍是IV 100KV ；S4、納米纖維收集裝置接地形成負(fù)極，與液面之間形成電場，當(dāng)電場力大于溶液表面張力時，將有射流從氣泡頂端射向并沉積在納米纖維收集裝置上，形成大量的納米纖維；S5、納米纖維收集裝置將接收到的納米纖維在導(dǎo)輥、卷繞輥和退繞輥的共同作用下帶離沉積區(qū)并卷裝成品。納米纖維可用于制備纜繩，利用本實施例中的納米纖維制備得的纜繩在相同長度時質(zhì)量輕、用料少，在相同粗細(xì)時強度高、韌性強。參圖3所示為本發(fā)明另一實施方式中納米纖維制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施方式中，旋轉(zhuǎn)貯液池的數(shù)量設(shè)為9個，其余均與上述實施方式相同，通過增加旋轉(zhuǎn)貯液池的個數(shù)，提高了層次結(jié)構(gòu)納米纖維的產(chǎn)量，同時進(jìn)一步提高了由此裝置制備的納米纖維的強度和韌性，從而提高了纜繩的性能。由以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明納米纖維制備裝置及其制備方法能夠制備層次結(jié)構(gòu)的納米纖維性能好，具有非常高的實際應(yīng)用價值。納米纖維收集裝置通過導(dǎo)輥、卷繞輥和退繞輥的設(shè)置，能夠?qū)崿F(xiàn)納米纖維制備的自動化生產(chǎn)，提高了制備產(chǎn)量。由此制備的納米纖維用于制備纜繩，在纜繩相同長度時質(zhì)量更輕、用料更少，在相同粗細(xì)時強度更高、韌性更強。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
權(quán)利要求
1.一種納米纖維制備裝置，其特征在于，所述裝置包括若干上端開口的旋轉(zhuǎn)貯液池、與所述旋轉(zhuǎn)貯液池相連通的氣壓提供裝置、與旋轉(zhuǎn)貯液池相連的高壓靜電發(fā)生器、位于所述旋轉(zhuǎn)貯液池正上方且與接地電極相連的納米纖維收集裝置，所述旋轉(zhuǎn)貯液池的底面設(shè)有垂直向上的噴頭，所述噴頭通過導(dǎo)氣管與氣壓提供裝置相連通，且噴頭與高壓靜電發(fā)生器電性導(dǎo)通，所述納米纖維收集裝置包括位于旋轉(zhuǎn)貯液池正上方的接收裝置、位于接收裝置兩端的導(dǎo)輥以及分別與兩個導(dǎo)輥相連的卷繞輥和退繞輥。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述接收裝置設(shè)置為接收板或滾筒。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述氣壓提供裝置設(shè)置為氣泵或手風(fēng)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)氣管與氣壓提供裝置相連處高于旋轉(zhuǎn)貯液池內(nèi)的液面。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)貯液池為內(nèi)徑可調(diào)節(jié)設(shè)置的圓柱體或正方體或長方體。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述納米纖維收集裝置與旋轉(zhuǎn)貯液池上端距離設(shè)為O. lcm 100cm。
7.—種如權(quán)利要求I所述的納米纖維制備方法，其特征在于，所述方法包括 51、在旋轉(zhuǎn)貯液池中注入用于制備納米纖維的溶液或熔體； 52、打開氣壓提供裝置，提供低氣壓將導(dǎo)氣管中液體排出，再加大氣壓，使液面出現(xiàn)有規(guī)律的氣泡狀凸起； 53、然后打開高壓靜電發(fā)生器，調(diào)節(jié)電壓，使液體內(nèi)部和氣泡表面自由電荷在高壓靜電作用下將被極化； 54、納米纖維收集裝置接地形成負(fù)極，與液面之間形成電場，當(dāng)電場力大于溶液表面張力時，將有射流從氣泡頂端射向并沉積在納米纖維收集裝置上，形成大量的納米纖維； 55、納米纖維收集裝置將接收到的納米纖維在導(dǎo)輥、卷繞輥和退繞輥的共同作用下帶離沉積區(qū)并卷裝成品。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述氣壓提供裝置輸出的氣流流速范圍是(TlOOm/s。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述高壓靜電發(fā)生器的輸出電壓范圍是IV 100KV。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米纖維制備裝置及其制備方法，該裝置包括若干上端開口的旋轉(zhuǎn)貯液池、氣壓提供裝置、高壓靜電發(fā)生器、納米纖維收集裝置，所述旋轉(zhuǎn)貯液池的底面設(shè)有垂直向上的噴頭，所述噴頭通過導(dǎo)氣管與氣壓提供裝置相連通，且噴頭與高壓靜電發(fā)生器電性導(dǎo)通，所述納米纖維收集裝置包括位于旋轉(zhuǎn)貯液池正上方的接收裝置、位于接收裝置兩端的導(dǎo)輥以及分別與兩個導(dǎo)輥相連的卷繞輥和退繞輥。本發(fā)明納米纖維制備裝置及其制備方法能夠制備層次結(jié)構(gòu)的納米纖維性能好，具有非常高的實際應(yīng)用價值。納米纖維收集裝置通過導(dǎo)輥、卷繞輥和退繞輥的設(shè)置，能夠?qū)崿F(xiàn)納米纖維制備的自動化生產(chǎn)，提高了制備產(chǎn)量。
文檔編號D01D5/00GK102864505SQ20121041427
公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者何吉歡, 孔海燕, 周麗霞 申請人:蘇州大學(xué)