一種多噴頭循環(huán)靜電紡絲設(shè)備及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多噴頭循環(huán)靜電紡絲設(shè)備及其工作方法，屬于納米纖維的制造設(shè)備和方法技術(shù)領(lǐng)域，具體地屬于循環(huán)微孔無噴頭靜電紡絲技術(shù)中的多角度噴射和接收設(shè)備及方法技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電紡絲技術(shù)是一種簡單且有效的生產(chǎn)微米至納米尺寸的纖維技術(shù)，通常通過對聚合物溶液施加外部電場，進(jìn)而產(chǎn)生極細(xì)的連續(xù)的纖維以形成非織造墊。由于這種纖維獨特的性質(zhì)，即比表面積大、孔隙率高和機(jī)械性能優(yōu)良等，納米纖維可應(yīng)用在過濾、組織支架、藥物緩釋、防護(hù)服、高性能傳感器和能量存儲等諸多領(lǐng)域。
[0003]傳統(tǒng)的靜電紡絲采用的是單針頭噴絲，用以生產(chǎn)納米纖維。然而，單針靜電紡絲系統(tǒng)生產(chǎn)效率底，通常在0.01?0.3克/小時(H.Niu, X.Wang, T.Lin.Needlelesselectrospinning:1nfluences of fibre generator geometry.J Text I，103(2012)，pp:787-794)，這限制了納米纖維的商業(yè)化。雖然通過增加噴嘴的數(shù)量可以提高生產(chǎn)率，但噴嘴間的相互作用消弱了電場力的作用，從而導(dǎo)致生產(chǎn)出的纖維非織造墊不均勻。近來，諸如針尖式輥筒靜電紡絲技術(shù)、線圈靜電紡絲技術(shù)、氣泡靜電紡絲技術(shù)，以及棱錐形靜電紡絲技術(shù)等為工業(yè)需求開發(fā)并成產(chǎn)了具有高潛力的納米纖維。但這些技術(shù)在使用中產(chǎn)生諸多新的問題，包括高壓電源的穩(wěn)定性、溶劑揮發(fā)的快速、成產(chǎn)安全性低以及維護(hù)高成本等，均是工業(yè)化生產(chǎn)納米纖維的障礙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明正是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種多噴頭循環(huán)靜電紡絲設(shè)備及其工作方法，結(jié)合傳統(tǒng)針孔式靜電紡絲的優(yōu)點，避免了無針頭式靜電紡絲的開放式溶液，提高靜電紡絲的生產(chǎn)效率，減少紡絲之間的靜電場干擾，以便穩(wěn)定制備納米纖維的靜電紡絲設(shè)備。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下:
一種多噴頭循環(huán)靜電紡絲設(shè)備，包括:用于放置紡絲溶液的儲液裝置和螺旋管道，所述儲液裝置設(shè)置有溶液輸出口和溶液回流口，所述螺旋管道的兩端分別連接所述溶液輸出口和所述溶液回流口，且所述儲液裝置的所述溶液輸出口和所述螺旋管道之間設(shè)置有用于使所述紡絲溶液循環(huán)流動且調(diào)節(jié)控制流速的供液栗，所述螺旋管道上設(shè)置有紡絲微孔;還包括高壓直流電源和紡絲接收裝置，所述高壓直流電源的一個電極與所述螺旋管道中的所述紡絲溶液電連接，所述高壓直流電源的另一個電極和所述紡絲接收裝置相互電連接，或所述高壓直流電源的另一個電極和所述紡絲接收裝置均與公共接地端電連接。
[0006]作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述儲液裝置、所述螺旋管道、所述供液栗以及串聯(lián)管道均為耐腐蝕性材料制成，所述串聯(lián)管道用于串聯(lián)所述儲液裝置、所述螺旋管道和所述供液栗。
[0007]作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述儲液裝置還設(shè)置有溶液加料口，且所述溶液加料口和所述溶液回流口均位于所述儲液裝置的頂部，所述溶液輸出口位于所述儲液裝置的底部。
[0008]作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述螺旋管道的外徑為2.4?8.0毫米，所述螺旋管道的管壁厚度為0.5?2.0毫米，所述螺旋管道相鄰螺旋單元之間的間距為0.3?1.0厘米，所述紡絲微孔的孔徑為0.2?1.0毫米，相鄰所述紡絲微孔之間的間距為0.5?1厘米，所述紡絲微孔的軸向與所述螺旋管道的管壁徑向成30°?60°的夾角。
[0009]作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述紡絲接收裝置為金屬片或金屬網(wǎng)，所述紡絲接收裝置為平面結(jié)構(gòu)或為弧度為0?180°的弧面結(jié)構(gòu)，所述紡絲微孔與所述紡絲接收裝置之間的距離為5?30厘米。
[0010]作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述高壓直流電源向所述紡絲溶液施加的靜電電壓為10?25千伏。
[0011]本發(fā)明所述的一種多噴頭循環(huán)靜電紡絲設(shè)備，通過螺旋管道底部微孔靜電紡絲方法，由于聚合物溶液在管道內(nèi)流動產(chǎn)生的剪切力和自身的粘性，使得溶液微凸出微孔，在高壓靜電場的作用下牽伸紡絲，該設(shè)備紡絲不僅擁有傳統(tǒng)針頭式靜電紡絲穩(wěn)定的優(yōu)點，而且可循環(huán)加微孔，提高制備納米纖維的效率。
[0012]本發(fā)明所述的一種多噴頭循環(huán)靜電紡絲設(shè)備，在紡絲的整個過程是在動態(tài)情況下進(jìn)行，紡絲溶液濃度穩(wěn)定，設(shè)定的工藝參數(shù)穩(wěn)定。
[0013]上述一種多噴頭循環(huán)靜電紡絲設(shè)備的工作方法，包括以下步驟:
步驟一、將所述高壓直流電源和所述紡絲接收裝置的電連接線接好，調(diào)節(jié)所述紡絲微孔與所述紡絲接收裝置之間的距離，使之為5?30厘米；
步驟二、配制所述紡絲溶液，將所述紡絲溶液加入到所述儲液裝置中，啟動所述供液栗，使所述紡絲溶液在整個系統(tǒng)中穩(wěn)定循環(huán)流動，根據(jù)所述紡絲溶液的性質(zhì)調(diào)節(jié)流速；
步驟三、將所述高壓直流電源打開，逐漸加大電壓，直至使所述紡絲微孔中的溶液被拉長形成泰勒錐，然后進(jìn)行連續(xù)紡絲。
[0014]作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述紡絲溶液中的溶劑為單一溶劑或多種混合溶劑，所述紡絲溶液中的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%?15%。
[0015]作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述紡絲溶液中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%?0.5%的氯化鈉。
[0016]作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述紡絲溶液的溶質(zhì)為聚乳酸，所述紡絲溶液的溶劑為二甲基甲酰胺和二氯甲烷的混合溶劑，且聚乳酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%，二甲基甲酰胺和二氯甲烷的體積比為1:4。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的實施效果如下:
本發(fā)明所述的一種多噴頭循環(huán)靜電紡絲設(shè)備及其工作方法，可以應(yīng)用于包括聚乳酸、聚丙烯腈、聚乙烯醇等聚合物靜電紡絲的制備，也包括其它多種有機(jī)物或有機(jī)-無機(jī)或多種聚合物混合的復(fù)合纖維的制備。
[0018]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1、本發(fā)明所述的一種多噴頭循環(huán)靜電紡絲設(shè)備及其工作方法，溶液動態(tài)循環(huán)，解決了傳統(tǒng)針頭靜電紡絲設(shè)備的效率低下，易堵頭等弊端，同時解決了無針靜電紡絲中開放式溶液隱患和高壓電源的穩(wěn)定性的問題。
[0019]2、本發(fā)明所述的一種多噴頭循環(huán)靜電紡絲設(shè)備及其工作方法，由于靜電紡絲溶液是封閉式循環(huán)流動，因此紡絲溶液的濃度無變化，提高了靜電紡絲的穩(wěn)定性，操作簡單。
[0020]3、本發(fā)明所述的一種多噴頭循環(huán)靜電紡絲設(shè)備及其工作方法，提高了靜電紡絲的生產(chǎn)效率和纖維非織造材料的均勻性。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本發(fā)明所述的一種多噴頭循環(huán)靜電紡絲設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明具體實施例制得的聚乳酸多孔納米纖維非織造材料在掃描電子顯微鏡中的SEM圖。
【具體實施方式】
[0022]下面將結(jié)合具體的實施例來說明本發(fā)明的內(nèi)容。
[0023]具體實施例1
如圖1所示，為本實施例所述的一種多噴頭循環(huán)靜電紡絲設(shè)備。
[0024]本實施例所述一種多噴頭循環(huán)靜電紡絲設(shè)備，包括:用于放置紡絲溶液的儲液裝置1和螺旋管道2，所述儲液裝置1設(shè)置有溶液輸出口 11和溶液回流口 12，所述螺旋管道2的兩端分別連接所述溶液輸出口 11和所述溶液回流口 12，且所述儲液裝置1的所述溶液輸出口 11和所述螺旋管道2之間設(shè)置有用于使所述紡絲溶液循環(huán)流動且調(diào)節(jié)控制流速的供液栗3，所述螺旋管道2上設(shè)置有紡絲微孔21;還包括高壓直流電源4和紡絲接收裝置5，所述高壓直流電源4的一個電極與所述螺旋管道2中的所述紡絲溶液電連接，所述高壓直流電源4的另一個電極和所述紡絲接收裝置5相互電連接，或所述高壓直流電源4的另一個電極和所述紡絲接收