本發(fā)明屬于靜電紡絲技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種往復(fù)給液式無噴嘴靜電紡絲裝置，本發(fā)明還涉及利用上述裝置制備納米纖維膜的方法。

背景技術(shù)：

納米纖維由于比表面積大，導(dǎo)致其表面能和表面活性增大，從而產(chǎn)生了小尺寸效應(yīng)、表面或界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等，在光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)以及熱學(xué)等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性質(zhì)，在物理、化學(xué)、電子和材料等領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。目前，在多種制備納米纖維的方法中，靜電紡絲法以操作簡單、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。

目前傳統(tǒng)靜電紡絲技術(shù)最大的缺點(diǎn)是采用單根針頭作為噴絲頭，一般一根針頭只能產(chǎn)生一束射流，噴射效率很低，無法滿足多種應(yīng)用要求，因此如何實(shí)現(xiàn)批量化制造納米纖維是靜電紡絲技術(shù)獲得工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵。到目前為止，提高納米纖維產(chǎn)量的技術(shù)主要包括多噴嘴靜電紡絲技術(shù)、無噴嘴靜電紡絲技術(shù)、氣流輔助多噴嘴靜電紡絲技術(shù)和離心靜電紡絲技術(shù)等。

其中，多噴嘴靜電紡絲技術(shù)和無噴嘴靜電紡絲技術(shù)是實(shí)現(xiàn)納米纖維批量化生產(chǎn)的主要途徑，因此關(guān)于這方面的研究較多。但是對(duì)于多噴嘴靜電紡絲裝置，各針尖尖端電場相互影響，纖網(wǎng)均勻性難以保證，且噴頭容易堵塞，使生產(chǎn)無法連續(xù)進(jìn)行。所以我們更多的關(guān)注無針頭多射流靜電紡，其能明顯地改善有針靜電紡中針頭易阻塞的缺點(diǎn)，且能夠更大限度地提高靜電紡纖維的產(chǎn)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種往復(fù)給液式無噴嘴靜電紡絲裝置，解決了現(xiàn)有多噴嘴靜電紡絲過程中噴絲頭易堵塞的問題。

本發(fā)明的另一目的是提供利用上述一種往復(fù)給液式無噴嘴靜電紡絲裝置制備納米纖維膜的方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種往復(fù)給液式無噴嘴靜電紡絲裝置，包括空心槽筒和設(shè)置于空心槽筒腔體內(nèi)的氣囊，氣囊開口與空心槽筒一端連接，空心槽筒與氣囊開口連接的一端設(shè)置有電子氣泵，空心槽筒另一端與儲(chǔ)液槽連接，且與儲(chǔ)液槽相通；儲(chǔ)液槽相對(duì)的兩個(gè)側(cè)壁上均設(shè)置有導(dǎo)絲塊，導(dǎo)絲塊之間設(shè)置有不銹鋼絲，不銹鋼絲一端與直流高壓發(fā)生器正極連接，儲(chǔ)液槽上方設(shè)置有收集簾，收集簾接地。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

導(dǎo)絲塊高于儲(chǔ)液槽與槽筒的連接處，導(dǎo)絲塊所在的其中一個(gè)側(cè)壁與空心槽筒連接。

導(dǎo)絲塊中空，導(dǎo)絲塊上設(shè)置有孔眼，不銹鋼絲經(jīng)孔眼相互平行排布。

本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種制備納米纖維膜的方法，所采用的一種往復(fù)給液式無噴嘴靜電紡絲裝置，包括空心槽筒和設(shè)置于空心槽筒腔體內(nèi)的氣囊，氣囊開口與空心槽筒一端連接，空心槽筒與氣囊開口連接的一端設(shè)置有電子氣泵，空心槽筒另一端與儲(chǔ)液槽連接，且與儲(chǔ)液槽相通；儲(chǔ)液槽相對(duì)的兩個(gè)側(cè)壁上均設(shè)置有導(dǎo)絲塊，導(dǎo)絲塊之間設(shè)置有不銹鋼絲，不銹鋼絲一端與直流高壓發(fā)生器正極連接，儲(chǔ)液槽上方設(shè)置有收集簾，收集簾接地；

導(dǎo)絲塊高于儲(chǔ)液槽與槽筒的連接處，導(dǎo)絲塊所在的其中一個(gè)側(cè)壁與空心槽筒連接；

導(dǎo)絲塊中空，導(dǎo)絲塊上設(shè)置有孔眼，不銹鋼絲經(jīng)孔眼相互平行排布；

具體按照以下步驟實(shí)施：

將紡絲液注入儲(chǔ)液槽中，控制環(huán)境溫度和濕度，調(diào)節(jié)不銹鋼絲與收集簾的距離，開啟電子氣泵，調(diào)節(jié)輸送氣體的總量和速度，開啟直流高壓發(fā)生器，調(diào)節(jié)外加電壓，在電場力的作用下，不銹鋼絲上涂覆的紡絲液產(chǎn)生射流，射流固化形成納米纖維沉積在收集簾上，經(jīng)過一定時(shí)間的紡絲后即得到納米纖維膜。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

環(huán)境溫度為室溫，相對(duì)濕度范圍為40％～60％。

不銹鋼絲與收集簾的垂直距離為100mm～300mm。

外加電壓為10kV～30kV。

電子氣泵開啟前，儲(chǔ)液槽中紡絲液與不銹鋼絲處于一種絕對(duì)接近但未相互接觸的狀態(tài)。

電子氣泵輸送氣體的總量和速度，以使氣囊產(chǎn)生穩(wěn)定的體積變化，并且在氣囊體積最大時(shí)紡絲液與不銹鋼絲充分接觸為準(zhǔn)。

本發(fā)明的有益效果是，

1.本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作便利，采用無噴嘴靜電紡絲裝置可有效提高納米纖維膜的產(chǎn)量；

2.本發(fā)明使用不銹鋼絲作為載體，并在紡絲過程中保持固定不動(dòng)的狀態(tài)，控制條件要求較低，可有效提高納米纖維的細(xì)度均勻性；

3.本發(fā)明采用電子氣泵以一定速率周期性充氣抽氣來控制氣泵的充滿狀態(tài)，持續(xù)調(diào)節(jié)液面高度，使紡絲可持續(xù)不間斷進(jìn)行。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種往復(fù)給液式無噴嘴靜電紡絲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.氣囊，2.空心槽筒，3.電子氣泵，4.儲(chǔ)液槽，5.不銹鋼絲，6.導(dǎo)絲塊，7.直流高壓發(fā)生器，8.收集簾。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明一種往復(fù)給液式無噴嘴靜電紡絲裝置其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括空心槽筒2和設(shè)置于空心槽筒2腔體內(nèi)的氣囊1，氣囊1開口與空心槽筒2一端連接，空心槽筒2與氣囊1開口連接的一端設(shè)置有電子氣泵3，空心槽筒2另一端與儲(chǔ)液槽4連接，且與儲(chǔ)液槽4相通；儲(chǔ)液槽4相對(duì)的兩個(gè)側(cè)壁上均設(shè)置有導(dǎo)絲塊6，導(dǎo)絲塊6之間設(shè)置有不銹鋼絲5，不銹鋼絲5一端與直流高壓發(fā)生器7正極連接，儲(chǔ)液槽4上方設(shè)置有收集簾8，收集簾8接地。

其中導(dǎo)絲塊6所在的其中一個(gè)側(cè)壁與空心槽筒2連接，導(dǎo)絲塊6高于儲(chǔ)液槽4與槽筒2的連接處。

導(dǎo)絲塊6中空，導(dǎo)絲塊6上設(shè)置有孔眼，不銹鋼絲5經(jīng)孔眼相互平行排布。

采用上述往復(fù)給液式無噴嘴靜電紡絲裝置制備納米纖維膜，具體按照以下步驟實(shí)施：

將紡絲液注入儲(chǔ)液槽4中，控制環(huán)境溫度為室溫，相對(duì)濕度范圍為40％～60％，調(diào)節(jié)不銹鋼絲5與收集簾8的距離為100mm～300mm，開啟電子氣泵3，調(diào)節(jié)輸送氣體的總量和速度，使得氣囊1產(chǎn)生穩(wěn)定的體積變化，并且保證在氣囊1體積最大時(shí)紡絲液與不銹鋼絲5充分接觸；然后開啟直流高壓發(fā)生器7，調(diào)節(jié)外加電壓為10kV～30kV，在電場力的作用下，不銹鋼絲5上涂覆的紡絲液產(chǎn)生射流，射流固化后形成的納米纖維沉積在收集簾8上，經(jīng)過一定時(shí)間的紡絲后即得到納米纖維膜。

紡絲過程中，不銹鋼絲5與紡絲液液面平行。電子氣泵3開啟前，儲(chǔ)液槽4中紡絲液與不銹鋼絲5處于一種絕對(duì)接近但未相互接觸的狀態(tài)；由于儲(chǔ)液槽4、空心槽筒2和電子氣泵3之間緊密連接，同時(shí)氣囊1內(nèi)部與電子氣泵3構(gòu)成一個(gè)封閉的空間，電子氣泵3啟動(dòng)之后，開始對(duì)氣囊1充氣，使氣囊1內(nèi)氣體增多，體積變大，使槽筒2內(nèi)紡絲液逐漸向儲(chǔ)液槽4中移動(dòng)，從而導(dǎo)致儲(chǔ)液槽4中紡絲液面升高，使紡絲液面與不銹鋼絲5接觸，接觸之后調(diào)節(jié)電子氣泵3抽出一定量氣體，氣囊1體積變小，部分紡絲液再次返回槽筒2中，同時(shí)使紡絲液面與不銹鋼絲5分離。在不銹鋼絲5與液面分離后，不銹鋼絲5的的表面會(huì)包覆一層較薄的溶液，進(jìn)而在電場力的作用下使得溶液層形成凸起，最后產(chǎn)生納米纖維。如此通過調(diào)節(jié)電子氣泵3來控制氣囊1的充滿狀態(tài)，使紡絲液以一定速率升降，從而與不銹鋼絲5不斷接觸、分離，實(shí)現(xiàn)納米纖維膜的制備。

本發(fā)明使用不銹鋼絲作為載體，并在紡絲過程中保持固定不動(dòng)的狀態(tài)，控制條件要求較低，可有效提高納米纖維的細(xì)度均勻性；本發(fā)明采用電子氣泵以一定速率周期性充氣抽氣來控制氣泵的充滿狀態(tài)，持續(xù)調(diào)節(jié)液面高度，使紡絲可持續(xù)不間斷進(jìn)行。由于采用無噴頭靜電紡絲裝置進(jìn)行紡絲，有效提高了納米纖維膜的產(chǎn)量。

實(shí)施例1

將聚丙烯腈(PAN)溶解在溶劑N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，配置成濃度為12wt％的紡絲溶液。在室溫和相對(duì)濕度為40％的環(huán)境下，將紡絲液注入到儲(chǔ)液槽4中，不銹鋼絲5與收集簾8的垂直距離為100mm，開啟直流高壓發(fā)生器7，逐漸增加電壓，直到靜電紡射流剛好形成，此時(shí)電壓為10kV，納米纖維沉積在收集簾8上，紡絲時(shí)間為1小時(shí)，得到了厚度均勻的納米纖維膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用此設(shè)備紡絲，納米纖維的單位時(shí)間產(chǎn)量相比于單針頭靜電紡絲提高了70倍，同時(shí)有效改善了纖維的細(xì)度均勻性。

實(shí)施例2

將聚乙烯醇(PVA)1788型粉末溶解于70℃蒸餾水中，配成濃度為12wt％的紡絲液；在室溫和相對(duì)濕度為60％的環(huán)境下，將紡絲液注入到儲(chǔ)液槽4中，不銹鋼絲5與收集簾8的垂直距離為300mm，開啟直流高壓發(fā)生器7，逐漸增加電壓，直到靜電紡射流剛好形成，此時(shí)電壓為30kV，納米纖維沉積在收集簾8上，紡絲時(shí)間為1小時(shí)，得到了厚度均勻的納米纖維膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用此設(shè)備紡絲，納米纖維的單位時(shí)間產(chǎn)量相比于單針頭靜電紡絲提高了100倍，同時(shí)有效改善了纖維的細(xì)度均勻性。

實(shí)施例3

將聚氧化乙烯(PEO)溶解在60℃蒸餾水中，配置成濃度為15wt％的紡絲液。在室溫和相對(duì)濕度為50％的環(huán)境下，將紡絲液注入到儲(chǔ)液槽4中，不銹鋼絲5與收集簾8的垂直距離為200mm，開啟直流高壓發(fā)生器7，逐漸增加電壓，直到靜電紡射流剛好形成，此時(shí)電壓為20kV，納米纖維沉積在收集簾8上，紡絲時(shí)間為1小時(shí)，得到了厚度均勻的納米纖維膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用此設(shè)備紡絲，納米纖維的單位時(shí)間產(chǎn)量相比于單針頭靜電紡絲提高了80倍，同時(shí)有效改善了纖維的細(xì)度均勻性。