线式批量化静电纺丝装置及其制备纳米纤维膜的方法与流程

本发明属于静电纺丝技术领域，涉及一种线式批量化静电纺丝装置，本发明还涉及利用上述装置制备纳米纤维膜的方法。

背景技术：

静电纺丝方法是目前生产纳米纤维膜最简单有效的方法,该方法是带电的聚合物溶液或熔体在高压电场中喷射形成射流，最后沉积在接收板上形成纳米纤维膜。由于纳米纤维膜有很高的孔隙率，较低的渗透阻力，所以被广泛应用于过滤材料﹑电池隔膜﹑生物材料和特种防护织物等。

实验室常采用传统的单针头法进行静电纺丝，该方法生产纳米纤维的效率较低，不能满足工业化生产需求。为了解决产量问题，多针头法和无针头法是目前研究人员的研究热点。对于多针头法静电纺丝的优点是纺丝过程利于控制，纤维细度较为均一，但是各个针头位置相对固定，针头之间的电场干扰强，导致收集的纤维膜均匀性差，有时还会出现针头堵塞，不利于高效生产；对于无针头静电纺丝的优点是克服了针头堵塞和针头之间的电场干扰，但是其控制条件普遍要求较高，且纤维细度不均匀。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种线式批量化静电纺丝装置，用以提高纳米纤维的产量和纤维细度的均匀性。

本发明的另一目的是提供利用上述一种线式批量化静电纺丝装置批量制备纳米纤维膜的方法。

本发明所采用的技术方案是，一种线式批量化静电纺丝装置，包括两组卷绕轮组和位于两组卷绕轮组之间的载体纱线，卷绕轮组均置于储液槽内，卷绕轮组由卷绕轮和旋转轴组成，卷绕轮安装在旋转轴上，旋转轴两端分别与储液槽相对的两个侧壁连接，旋转轴与变频电机连接；载体纱线两端分别卷绕在两组卷绕轮组中相对应的卷绕轮上，载体纱线正上方设置有收集帘，收集帘两端分别设置有收集帘导辊，收集帘导辊与收集帘电机连接，收集帘与直流高压发生器正极连接，两组卷绕轮组均与直流高压发生器负极连接。

本发明的特点还在于，

两组卷绕轮组分别位于单独的储液槽内，两个储液槽相对的侧壁上均开有出线孔，载体纱线两端经出线孔分别卷绕在两组卷绕轮组中相对应的卷绕轮上。

储液槽上方设置有储液槽盖。

载体纱线的数量与每组卷绕轮组上卷绕轮的数量相对应，两组卷绕轮组之间的载体纱线相互平行。

本发明所采用的另一技术方案是，一种批量制备纳米纤维膜的方法，所采用的一种线式批量化静电纺丝装置，包括两组卷绕轮组和位于两组卷绕轮组之间的载体纱线，卷绕轮组均置于储液槽内，卷绕轮组由卷绕轮和旋转轴组成，卷绕轮在安装旋转轴上，旋转轴两端分别与储液槽相对的两个侧壁连接，旋转轴一端与变频电机连接；载体纱线两端分别卷绕在两组卷绕轮组中相对应的卷绕轮上，载体纱线正上方设置有收集帘，收集帘两端分别设置有收集帘导辊，收集帘导辊与收集帘电机连接，收集帘与直流高压发生器正极连接，两组卷绕轮组均与直流高压发生器负极连接；

载体纱线的数量与每组卷绕轮组上卷绕轮的数量相对应，两组卷绕轮组之间的载体纱线相互平行；

具体按照以下步骤实施：

将纺丝液注入上述装置的储液槽中，两组卷绕轮旋转浸入纺丝液中，在室温和相对湿度为40％～60％的环境中，调节储液槽与收集帘的距离，开启变频电机，变频电机带动的两组卷绕轮周期性正反旋转，在卷绕轮上卷绕的载体纱线携带纺丝液以一定周期水平往复移动，待载体纱线运行稳定后，开启直流高压发生器，调节外加电压、卷绕轮的正反卷绕速度和正反旋转周期，开启收集帘电机，收集帘导辊带动收集帘水平移动，载体纱线与收集帘之间形成电场，在电场力作用下产生射流，射流固化后形成纤维沉积在收集帘上，最终在收集帘上得到纳米纤维膜。

本发明的特点还在于，

两组卷绕轮组分别位于单独的储液槽内，储液槽上方均设置有储液槽盖，两个储液槽相对的侧壁上均开有出线孔，载体纱线两端经出线孔分别卷绕在两组卷绕轮组中相对应的卷绕轮上。

储液槽与收集帘的垂直距离为100mm～300mm。

外加电压为20kV～40kV。

卷绕轮的正反卷绕速度为100r/min～500r/min，正反旋转周期为1min～5min。

载体纱线为芳纶长丝、锦纶长丝或不锈钢长丝中的一种。

本发明的有益效果是，本发明装置结构简单，操作容易，方便可控；使用载体纱线作为喷丝件，无堵塞，可长时间持续生产；可通过增加载体纱线的数量，有效提高纳米纤维膜的产量；通过使用不同载体纱线，可控制生成不同直径范围的纳米纤维，调节纳米纤维的质量。

附图说明

图1是本发明一种线式批量化静电纺丝装置的结构示意图。

图中，1.直流高压发生器；2.收集帘导辊；3.收集帘；4.收集帘电机；5.卷绕轮；6.出线孔；7.射流；8.纺丝液；9.载体纱线；10.储液槽；11.变频电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种线式批量化静电纺丝装置其结构如图1所示，包括两组卷绕轮组和位于两组卷绕轮组之间的载体纱线9，卷绕轮组均置于储液槽10内，卷绕轮组由卷绕轮5和旋转轴组成，卷绕轮5安装在旋转轴上，旋转轴两端分别与储液槽10相对的两个侧壁连接，旋转轴一端与变频电机11连接；载体纱线9两端分别卷绕在两组卷绕轮组中相对应的卷绕轮5上，载体纱线9正上方设置有收集帘3，收集帘3两端分别设置有收集帘导辊2，收集帘导辊2与收集帘电机4连接，收集帘3与直流高压发生器1正极连接，两组卷绕轮组均与直流高压发生器1负极连接。

两组卷绕轮组分别位于单独的储液槽10内，两个储液槽10相对的侧壁上均开有出线孔6，载体纱线9两端经出线孔6分别卷绕在两组卷绕轮组中相对应的卷绕轮5上。

储液槽10上方设置有储液槽盖，储液槽盖在正常纺丝时闭合，需要续加纺丝液时打开。

载体纱线9的数量与每组卷绕轮组上卷绕轮5的数量相对应，两组卷绕轮组之间的载体纱线9相互平行。出线孔6的数量与载体纱线9数量相同。

载体纱线9为芳纶长丝、锦纶长丝或不锈钢长丝中的一种。

采用上述线式批量化静电纺丝装置批量制备纳米纤维膜的方法，具体按照以下步骤实施：

将纺丝液8注入上述装置的储液槽10中，液面高度浸没卷绕轮5一半即可，在室温和相对湿度为40％～60％的环境中，调节储液槽10与收集帘3垂直距离为100mm～300mm，开启变频电机11，变频电机11带动的两组卷绕轮正反周期旋转，在卷绕轮5上卷绕的载体纱线9携带纺丝液以一定周期水平往复移动，待载体纱线9充分接触溶液，且载体纱线9运行稳定后，开启直流高压发生器1，调节外加电压为20kV～40kV，卷绕轮5的正反卷绕速度为100r/min～500r/min，正反旋转周期为1min～5min，开启收集帘电机4，收集帘导辊2带动收集帘3水平移动，载体纱线9与收集帘3之间形成电场，在电场力作用下产生射流7，射流7固化后形成纤维沉积在收集帘3上，最终在收集帘3上得到纳米纤维膜。

本发明装置结构简单，操作容易，方便可控；使用载体纱线作为喷丝件，无堵塞，可长时间持续生产；可通过增加载体纱线的数量，有效提高纳米纤维膜的产量；通过使用不同载体纱线，可控制生成不同直径范围的纳米纤维，调节纳米纤维的质量。

实施例1

将聚丙烯腈(PAN)溶解在溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，配置成浓度为12wt％的聚合物溶液。在室温和相对湿度为40％的环境下，将纺丝液注入到两个储液槽10中，载体纱线9选用芳纶长丝，芳纶长丝与收集帘3的垂直距离为100mm，开启变频电机11，设置卷绕轮5的正反卷绕速度100r/min，正反旋转周期为1min，开启直流高压发生器1，控制电压为20kV，静电纺射流待稳定喷射后，开启收集帘电机4驱动收集帘3水平运动，纺丝时间为1小时，得到了厚度均匀的纳米纤维膜。结果发现，纳米纤维的单位时间产量相对于传统单针头纺丝提高了30倍，同时有效改善了纤维膜的细度均匀性。

实施例2

将聚乙烯醇(PVA)1788型粉末溶解于70℃蒸馏水中，配成浓度为12wt％的纺丝液。在室温和相对湿度为60％的环境下，将纺丝液注入到储液槽10中，载体纱线9选用不锈钢长丝，不锈钢长丝与收集帘3的垂直距离为300mm，开启变频电机11，设置卷绕轮5的正反卷绕速度500r/min，正反旋转周期为5min，开启直流高压发生器1，控制电压为40kV，静电纺射流稳定喷射后，开启收集帘电机4驱动收集帘3水平运动，纺丝时间为1小时，得到了厚度均匀的纳米纤维膜。结果发现，纳米纤维的单位时间产量较传统单针头纺丝提高了50倍，同时有效改善了纤维膜的细度均匀性。

实施例3

将聚氧化乙烯(PEO)溶解在60℃蒸馏水中，配置成浓度为15wt％的纺丝液。在室温和相对湿度为50％的环境下，将纺丝液注入到两个储液槽10中，载体纱线9选用锦纶长丝，锦纶长丝与收集帘3的垂直距离为200mm，开启变频电机11，设置卷绕轮5的正反卷绕速度300r/min，正反旋转周期为3min，开启直流高压发生器1，控制电压为30kV，静电纺射流稳定喷射后，开启收集帘电机4驱动收集帘3水平运动，纺丝时间为1小时，得到了厚度均匀的纳米纤维膜。结果发现，纳米纤维的单位时间产量较传统单针头纺丝提高了45倍，同时有效改善了纤维膜的细度均匀性。