CN109735904A - 球切面自由液面纺丝方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种球切面自由液面纺丝方法，属于静电纺丝领域。该方法包括以下步骤：(1)配置制备纳米纤维所需的纺丝溶液；(2)将恒流供液装置设置到合适的流量，然后将纺丝溶液通过恒流供液装置输送至储液管中的凹槽内；(3)打开高压静电装置，在静电场力的作用下纺丝液自由液面上的表面张力被克服，形成泰勒锥，泰勒锥的表面张力在静电场力的作用下被进一步克服产生射流，射流在高压电场内的静电力的作用下被拉细成丝，最终被接收在接收装置上，形成纳米纤维膜。本发明能够最大化的减小纺丝液面的表面张力使其易于被静电场力克服，从而增加形成的泰勒锥的数量，提高纺丝的效率。

Description

球切面自由液面纺丝方法

技术领域

本发明涉及一种球切面自由液面纺丝方法，属于静电纺丝领域。

背景技术

静电纺丝技术作为目前世界上使用最普遍的生产纳米纤维的方法。近几年来,由于纳米材料研究的迅速升温,激起了人们对静电纺丝进行深入研究的浓厚兴趣。与拉伸、相分离等方法相比,静电纺丝已成为制取纳米纤维最重要、最有效的方法。但静电纺丝产量低是该项技术从实验室走向产业化生产及应用的最大的技术障碍。

以高产丝率这一优点著称的气泡静电纺丝，作为一种新型的纺丝方法，其产量通常在0.3克/小时，该方法不用传统喷丝头纺丝，而是在聚合物溶液在(熔体)中通入气体，在聚合物溶液(熔体)中形成气泡，使用静电力克服聚合物泡沫、膜的表面张力，而不是传统静电纺丝的泰勒锥的表面张力，使气泡、膜发生破裂，并在电场力的作用下被拉细至纳米数量级，形成纳米纤维。但因其产生的气泡尺寸不可控，气泡破裂规律不可寻，由此造成的纤维直径分布不均等缺点，使其同样不能被工业化使用。

自由液面静电纺丝作为新型的纺丝工艺，其纺丝原理与气泡静电纺丝相似，是利用高压电场所提供的静电力克服聚合物液面的表面张力，在聚合物液面形成泰勒锥，并进一步形成射流，射流在电场力的作用下被拉细成纳米纤维。因为这一过程中没有气泡的介入，故而克服了气泡静电纺气泡尺寸不可控，气泡破裂规律不可寻以及由此造成的纤维直径分布不均等缺点，同时还保存了气泡静电纺高产丝率的优点。但是传统自由液面静电纺丝对电场力有着较高的要求，一般使用的电压为50-70KV，因此存在着极大的安全隐患以及能源问题。

本发明的主要内容是对传统自由液面静电纺丝进行改进，以克服传统自由液面静电纺丝所需电压过大，存在安全隐患以及产量有待进一步提高等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够稳定制备纳米纤维的，提高纳米纤维的产量的球切面自由液面纺丝方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种球切面自由液面纺丝方法，包括以下步骤：

S1：配置制备纳米纤维所需的纺丝溶液；

S2：将恒流供液装置设置到合适的流量，然后将纺丝溶液通过恒流供液装置输送至储液管中的凹槽内；

S3：打开高压静电装置，在静电场力的作用下纺丝液自由液面上的表面张力被克服，形成泰勒锥，泰勒锥的表面张力在静电场力的作用下被进一步克服产生射流，射流在高压电场内的静电力的作用下被拉细成丝，最终被接收在接收装置上，形成纳米纤维膜。

进一步地，所述凹槽的切面为球切面、或球切面与平面的结合、或球切面与锯齿面的结合、或锯齿面。

进一步地，在所述步骤“S2”中，所述恒流供液装置设置的流量为10-100ml/h。

进一步地，在所述步“S3”中，所述高压静电装置的电压设置为30-60KV。

本发明的有益效果在于：本发明涉及的一种球切面自由液面纺丝方法，通过使用切面为球切面、或球切面与平面的结合、或球切面与锯齿面的凹槽盛放纺丝液，使通电后的储液管上的电荷分布更为集中，提高了电场力的利用率，实现能源的节约，可以最大化的减小纺丝液面的表面张力使其易于被静电场力克服，从而增加形成的泰勒锥的数量，提高气泡静电纺丝的效率；可以通过改变凹槽的曲率，凹槽形状及深度来适用于不同的纺丝液；克服传统自由液面静电纺丝所需电压过大，存在安全隐患以及产量有待进一步提高等缺点。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为应用本发明球切面自由液面纺丝方法的装置的结构示意图。

图2为图1中凹槽的第一种切面示意图。

图3为图1中凹槽的第二种切面示意图。

图4为图1中凹槽的第三种切面示意图。

图5为图1中凹槽的第四种切面示意图。

图6为球切面自由液面纺丝方法的步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参见图1-图5，应用本发明球切面自由液面纺丝方法的装置包括储液管1、恒流供液装置2、高压静电发生器3和接收装置4，所述恒流供液装置2连接有输液管5，所述输液管5与所述储液管1连通，所述高压静电发生器3与所述储液管1电连接以使得盛放在储液管1中的纺丝液在静电的作用下产生射流6，所述储液管1包括支撑部11和设置在所述支撑部11上方的凹槽12，所述凹槽12的切面为球切面、或球切面与平面的结合、或球切面与锯齿面的结合、或锯齿面，所述接收装置4设置在所述储液管1的上方以接收来自所述储液管1的射流6。

在上述实施例中，所述球切面自由液面纺丝装置还包括设置在所述储液管1下方的防溢液装置7，所述储液管1设置在防溢液装置7内。通过防溢液装置7的设置，可以对溢出储液管1的纺丝液进行收集，降低纺丝液的浪费。防溢液装置7为收集桶。在实际使用过程中，收集桶为圆形桶，且收集桶的直径大于所述储液管1的直径。

在上述实施例中，所述接收装置4包括收集板41和连接在所述收集板41上的接地导线42，所述收集板41为矩形金属板。

在上述实施例中，高压静电发生器3通过导线8与储液管1连接，储液管为铜管。

再参见图6，在本发明一较佳实施例中的球切面自由液面纺丝方法，包括以下步骤

S1：配置制备纳米纤维所需的纺丝溶液；

S2：将恒流供液装置设置到合适的流量，然后将纺丝溶液通过恒流供液装置输送至储液管中的凹槽内；

S3：打开高压静电装置，在静电场力的作用下纺丝液自由液面上的表面张力被克服，形成泰勒锥，泰勒锥的表面张力在静电场力的作用下被进一步克服产生射流，射流在高压电场内的静电力的作用下被拉细成丝，最终被接收在接收装置上，形成纳米纤维膜。

进一步地，所述凹槽的切面为球切面、或球切面与平面的结合、或球切面与锯齿面的结合、或锯齿面。

在上述实施例中，在所述步骤“S2”中，所述恒流供液装置设置的流量为10-100ml/h。

在上述实施例中，在所述步“S3”中，所述高压静电装置的电压设置为30-60KV。

综上所述，本发明涉及的一种球切面自由液面纺丝方法，通过通过使用切面为球切面、或球切面与平面的结合、或球切面与锯齿面的凹槽12盛放纺丝液，使通电后的储液管上的电荷分布更为集中，提高了电场力的利用率，实现能源的节约，可以最大化的减小纺丝液面的表面张力使其易于被静电场力克服，从而增加形成的泰勒锥的数量，提高气泡静电纺丝的效率；可以通过改变凹槽12的曲率，凹槽12形状及深度来适用于不同的纺丝液；克服传统自由液面静电纺丝所需电压过大，存在安全隐患以及产量有待进一步提高等缺点。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种球切面自由液面纺丝方法，其特征在于，所述球切面自由液面纺丝方法包括以下步骤：

S1：配置制备纳米纤维所需的纺丝溶液；

S2：将恒流供液装置设置到合适的流量，然后将纺丝溶液通过恒流供液装置输送至储液管中的凹槽内；

S3：打开高压静电装置，在静电场力的作用下纺丝液自由液面上的表面张力被克服，形成泰勒锥，泰勒锥的表面张力在静电场力的作用下被进一步克服产生射流，射流在高压电场内的静电力的作用下被拉细成丝，最终被接收在接收装置上，形成纳米纤维膜。

2.根据权利要求1所述的球切面自由液面纺丝方法，其特征在于，所述凹槽的切面为球切面、或球切面与平面的结合、或球切面与锯齿面的结合、或锯齿面。

3.根据权利要求1所述的球切面自由液面纺丝方法，其特征在于，在所述步骤“S2”中，所述恒流供液装置设置的流量为10-100ml/h。

4.根据权利要求1所述的球切面自由液面纺丝方法，其特征在于，在所述步骤“S3”中，所述高压静电装置的电压设置为30-60KV。