專利名稱：一種超聲波輔助的靜電紡絲納米纖維制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種納米纖維制備裝置，屬無紡布紡織機械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超聲波輔助的靜電紡絲納米纖維制備裝置，用于制備具有納米纖維結(jié)構(gòu)的無紡布材料。
背景技術(shù)：
近些年來人們對納米纖維的需求量不斷增加，靜電紡絲方法被認為是制備納米纖維的簡單有效的方法，1934年Formalas發(fā)明了用靜電力制備聚合物纖維的實驗裝置并申請了專利，其專利公布了聚合物溶液如何在電極間形成射流，這是首次詳細描述利用高壓靜電來制備纖維裝置的專利，被公認為是靜電紡絲技術(shù)制備纖維的開端。20世紀30年代到80年代期間，靜電紡絲技術(shù)發(fā)展較為緩慢，科研人員大多集中在靜電紡絲材料的研究上，發(fā)布了一系列的專利，但是尚未引起廣泛的關(guān)注。進入90年代，美國阿克隆大學Reneker研究小組對靜電紡絲工藝和應(yīng)用展開了深入和廣泛的研究。特別是近年來，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，靜電紡絲技術(shù)獲得了快速發(fā)展，世界各國的科研界和工業(yè)界都對此技術(shù)表現(xiàn)出了極大的興趣。目前已有近百種聚合物通過靜電紡絲的方法成功制備納米纖維材料，通過靜電紡絲方法制備的纖維直徑最小可以達到幾十納米，靜電紡絲作為一種簡便有效的可生產(chǎn)納米纖維的新型加工技術(shù)，將在生物醫(yī)用材料、過濾及防護、催化、能源、光電、食品工程、化妝品等領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。靜電紡絲技術(shù)在構(gòu)筑一維納米結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域已發(fā)揮了非常重要的作用，應(yīng)用靜電紡絲技術(shù)已經(jīng)成功的制備出了結(jié)構(gòu)多樣的納米纖維材料。通過不同的制備方法，如改變噴頭結(jié)構(gòu)、控制實驗條件等，可以獲得實心、空心、核-殼結(jié)構(gòu)的超細纖維或蜘蛛網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的二維纖維膜；通過設(shè)計不同的收集裝置，可以獲得單根纖維、纖維束、高度取向纖維或無規(guī)取向纖維膜等。但目前高通量的靜電紡絲裝備研究的較少，紡絲效率比較低，無法滿足實際應(yīng)用。本發(fā)明基于靜電紡絲的技術(shù)缺點，將超聲波發(fā)生器和靜電紡絲制備技術(shù)結(jié)合起來，發(fā)揮了聚合物溶液在超聲波作用下形成微液滴的特點，克服了溶液的表面張力及液滴的重力，非常容易在高壓電場作用下形成噴射液流，進而形成納米纖維，提高了靜電紡絲制備納米纖維的效率。同時，本實用新型的設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的特點，可用于制備多種納米纖維材料。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有靜電紡絲裝置的技術(shù)缺點，將超聲波發(fā)生器和靜電紡絲制備技術(shù)結(jié)合起來，發(fā)揮了聚合物溶液在超聲波作用下形成微液滴的特點，克服了溶液的表面張力及液滴的重力，非常容易在高壓電場作用下形成噴射液流，進而形成納米纖維，提高了靜電紡絲制備納米纖維的效率。本實用新型通過以下 技術(shù)方案來達到發(fā)明目的。[0007]—種超聲波輔助的靜電紡絲納米纖維制備裝置，該制備裝置由用于發(fā)生超聲波的超聲波發(fā)生器(I)、靜電紡絲紡絲電極(4)、靜電紡絲接收電極(7)、排風罩(8)、排風系統(tǒng)
(9)、基材輸送裝置(6)和收卷裝置(15)、高壓電源(16)、以及輥壓裝置(14)組成；其中靜電紡絲電極(4)和紡絲溶液(5)放置在絕緣槽(3)中，該絕緣槽(3)放置于超聲波發(fā)生器水浴
(2)中，接收電極(7)位于紡絲電極(4)上方，并與排風系統(tǒng)(9)相連接，在接收電極(7)的表面通過基材輸送裝置(6 )和收卷裝置(15 )提供靜電紡絲接收基材(10 )，通過靜電紡絲制備的納米纖維無紡布(12)與基材(10)經(jīng)輥壓裝置壓軋，形成納米纖維層(13)，并經(jīng)過收卷裝置(15)進行收卷。其中，靜電紡絲的紡絲溶液(5)在超聲波發(fā)生器(I)產(chǎn)生的超聲波作用下，在紡絲溶液表面形成微液滴，該微液滴在紡絲電極(4)和接收電極(7)高電場作用下，分散形成納米纖維(11 )，并在排風系統(tǒng)作用下聚集到基材(10)上，進而形成納米纖維無紡布(12)。靜電紡絲的接收電極(7)為有利于氣流通過的多孔不銹鋼板結(jié)構(gòu)，并與排風罩(8) —起連接在排風系統(tǒng)(9)上，該接收電極(7)及連接的排風罩(8)接地，而且超聲波發(fā)生器(I)也接地。

圖1為本實用新型一種超聲波輔助的靜電紡絲裝置示意圖。圖2為超聲波輔助靜電紡絲裝置接收電極示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步的說明。實施例1: 如圖1所示的一種超聲波輔助的靜電紡絲納米纖維制備裝置，該制備裝置由用于發(fā)生超聲波的超聲波發(fā)生器(I)、靜電紡絲紡絲電極(4)、靜電紡絲接收電極(7)、排風罩(8)、排風系統(tǒng)(9)、基材輸送裝置(6)和收卷裝置(15)、高壓電源(16)、以及輥壓裝置(14)組成；其中靜電紡絲電極(4)和紡絲溶液(5)放置在絕緣槽(3)中，該絕緣槽(3)放置于超聲波發(fā)生器水浴(2)中，接收電極(7)位于紡絲電極(4)上方，并與排風系統(tǒng)(9)相連接，在接收電極(7)的表面通過基材輸送裝置(6)和收卷裝置(15)提供靜電紡絲接收基材(10)，通過靜電紡絲制備的納米纖維無紡布(12)與基材(10)經(jīng)輥壓裝置壓軋，形成納米纖維層，并經(jīng)過收卷裝置(15)進行收卷。其中，靜電紡絲的紡絲溶液(5)在超聲波發(fā)生器(I)發(fā)生的超聲波作用下，在紡絲溶液表面形成微液滴，該微液滴在紡絲電極(4)和接收電極(7)高電場作用下，分散形成納米纖維(11)，并在排風系統(tǒng)作用下聚集到基材(10)上，進而形成納米纖維無紡布(12)。用上述的超聲波輔助的靜電紡絲納米纖維制備裝置，超聲波發(fā)生器的功率為500W，超聲波頻率為60 kHz，靜電紡絲溶液為聚偏氟乙烯溶解于N，N-二甲基甲酰胺:丙酮(質(zhì)量比4:1)混合溶液，溶液的質(zhì)量百分比濃度為7%，在電壓為55 kV紡絲電壓下進行靜電紡絲，接收基材為聚丙烯紡粘無紡布，可以高效的制備聚偏氟乙烯納米纖維。
權(quán)利要求1.一種超聲波輔助的靜電紡絲納米纖維制備裝置，其特征在于:該裝置由用于發(fā)生超聲波的超聲波發(fā)生器(I)、靜電紡絲紡絲電極(4)、靜電紡絲接收電極(7)、排風罩(8)、排風系統(tǒng)(9)、基材輸送裝置(6)和收卷裝置(15)、高壓電源(16)、以及輥壓裝置(14)組成；其中靜電紡絲電極(4)和紡絲溶液(5)放置在絕緣槽(3)中，該絕緣槽(3)放置于超聲波發(fā)生器水浴(2)中，接收電極(7)位于紡絲電極(4)上方，并與排風系統(tǒng)(9)相連接，在接收電極(7)的表面通過基材輸送裝置(6)和收卷裝置(15)提供靜電紡絲接收基材(10)，通過靜電紡絲制備的納米纖維無紡布(12)與基材(10)經(jīng)輥壓裝置壓軋，形成納米纖維層(13)，并經(jīng)過收卷裝置(15)進行收卷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波輔助的靜電紡絲納米纖維制備裝置，其特征在于:靜電紡絲的接收電極(7)為有利于氣流通過的多孔不銹鋼板結(jié)構(gòu)，分布于不銹鋼板的孔徑尺寸為2-5毫米，并與排風罩(8) —起連接在排風系統(tǒng)(9)上，該接收電極(7)及連接的排風罩(8)接地， 而且超聲波發(fā)生器(I)也接地。
專利摘要本實用新型專利涉及靜電紡絲納米纖維制備設(shè)備，尤其涉及一種超聲波輔助的靜電紡絲納米纖維制備裝置。該制備裝置包括用于發(fā)生超聲波的超聲波發(fā)生器、靜電紡絲紡絲電極、靜電紡絲接收電極、高壓電源、排風系統(tǒng)、基材輸送和收卷裝置以及輥壓裝置等組成；其中靜電紡絲電極和紡絲溶液放置在絕緣槽中，該絕緣槽放置于超聲波發(fā)生器水浴中，接收電極位于紡絲電極上方，并與排風系統(tǒng)相連接，而且接收電極為多孔不銹鋼板結(jié)構(gòu)，在接收電極的表面通過基材輸送和收卷裝置提供靜電紡絲接收基材，通過靜電紡絲制備的納米纖維無紡布與基材經(jīng)輥壓裝置壓軋，并經(jīng)過收卷裝置進行收卷。本實用新型的設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的特點，可用于制備多種納米纖維材料。
文檔編號D01D5/00GK203096243SQ20122060391
公開日2013年7月31日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者孔慶山, 崔光磊, 劉志宏, 徐泉, 張建軍, 徐紅霞 申請人:中國科學院青島生物能源與過程研究所