一种纳米纤维制备装置的制作方法

本发明涉及纳米纤维静电纺织领域，更准确的说涉及一种纳米纤维制备装置。

背景技术：

近年来，纳米纤维因其高表面积比、高孔隙率等特性在各领域应用广泛，例如服装、能源、环境、光电、生物医药、军事和航空航天等领域。制造纳米纤维的方法有很多种，如拉伸法、模板合成、自组装、微相分离、静电纺丝等，其中静电纺丝以操作简单、适用范围广、生产效率相对较高等优点而被广泛应用。静电纺丝技术是一种利用静电力使聚合物溶液或熔体产生射流并最终固化为纳米纤维的技术。静电纺丝技术的原理是使聚合物溶液或熔体形成表面弯曲的液滴、液柱膜、气泡、火山口状隆起等，然后利用静电力作用从曲面顶端喷出射流，射流在电场力、表面张力等作用下飞向负极板，期间被拉伸细化，同时溶剂蒸发，射流固化为纳米纤维并最终沉积在接受板上，形成纳米纤维毡。由静电纺丝技术获得的纳米纤维直径从数十纳米到数微米不等。但是传统的静电纺丝技术无法有效地控制纤维制备过程中的取向，导致其所制备的纳米纤维大都是以无规则堆砌的无纺布形式存在，从而严重地限制了纳米纤维的应用。较高取向的纳米纤维由于具有良好的力学性能，较高的均匀度，在微电子、光学和生物组织工程领域有广阔的应用前景。为了制备高取向的纳米纤维，现在所采用的方法包括改良收集装置、增加辅助电极和磁场等，例如通常采用的收集装置包括旋转式装置转鼓、圆盘、尖盘和分离式装置平行板电极、双平行圆环等。现有的制备高取向纳米纤维的技术都能够在一定程度上实现高取向纤维的收集，但是普遍存在纺丝效率低、设备复杂、生产成本高等问题，不能方便地适用于大规模工业化生产。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种纳米纤维制备装置，所述纳米纤维制备装置包括一供液组件、一喷射组件、一供电组件以及一接受组件，所述供液组件向所述喷射组件供液，所述喷射组件中的溶液通过金属导线与供电组件相连，所述喷射组件在所述供液组件的驱动下喷射溶液至所述接受组件，所述喷射组件包括一梯台状喷头，所述梯台状喷头的顶面以及相对的两侧面均具有数组平行排列的圆形微孔，溶液从所述平行排列的圆形微孔喷出后在电场力的作用下以平行排列的方式喷射在接受组件上，从而制备出高取向性的纳米纤维。所述纳米纤维制备装置结构简单，纺丝效率高。

根据本发明的目的提出的一种纳米纤维制备装置，包括：

一供液组件，所述供液组件内部具有溶液；

一喷射组件，所述喷射组件连接于所述供液组件，且所述供液组件中的溶液通过所述喷射组件喷出，所述喷射组件包括一梯台状喷头，所述梯台状喷头的顶面以及相对的两侧面均具有数组平行排列的圆形微孔；

一供电组件，所述供电组件与所述喷射组件电连接；以及

一接受组件，所述接收组件接地。

优选地，所述供液组件包括一供液仓，一推压杆，一导液管以及一流量泵，所述供液仓通过所述导液管与所述喷射组件连接，所述供液仓与所述推压杆可滑动的连接，通过调节所述流量泵，所述推压杆即以相应的速度在所述供液仓中滑动，从而控制通过所述导液管的溶液流量。

优选地，所述喷射组件包括一储液仓，所述梯台状喷头与所述储液仓导通连接，所述储液仓通过所述导液管与所述供液仓连接。

优选地，所述供电组件包括一高压电源和一导电金属丝，所述导电金属丝连通所述高压电源的正极与所述储液仓中的溶液。

优选地，所述梯台状喷头的材料为铜。

优选地，所述接受组件为平行电极，

优选地，所述供液组件包括一供液仓，一推压杆，以及一流量泵，所述供液仓直接与所述喷射组件连接，所述供液仓与所述推压杆连接，且所述推压杆能够在所述供液仓中滑动，通过调节所述流量泵，所述推压杆即以相应的速度在所述供液仓中滑动，从而控制通进入所述喷射组件的溶液流量。

优选地，所述供电组件包括一高压电源、一导电金属丝和一导线，所述导电金属丝连通所述高压电源的正极与所述喷射组件中的溶液，所述导线连接所述高压电源的负极与所述接受组件。

优选地，所述供液组件包括一供液仓，一推压杆，一导液管、一流量泵、一回液管以及一集液池。其中所述供液仓通过所述导液管与所述喷射组件连接，所述供液仓与所述推压杆可滑动的连接，通过调节所述流量泵，所述推压杆即以相应的速度在所述供液仓中滑动，从而控制通过所述导液管的溶液流量，所述集液池设置于所述供液仓上部，且所述集液池的开口位于所述接受组件的下部，所述集液池的底部通过所述回液管连接于所述供液仓。

优选地，所述导液管穿过所述集液池的底部连接至所述喷射组件，且所述导液管与所述集液池底部的连接处密封设置。

与现有技术相比，本发明公开的一种纳米纤维制备装置的优点是：采用三面开有多组平行排列圆形微孔的梯台状喷头，使得纤维产生时即以平行的方式运动，有利于制备高取向性的纳米纤维，有利于高效率地制备纳米纤维。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

如图1所示为本发明的一种纳米纤维制备装置第一个优选实施例的结构示意图。

如图2所示为本发明的一种纳米纤维制备装置喷头的俯视图。

如图3所示为本发明的一种纳米纤维制备装置第二个优选实施例的结构示意图。

如图4所示为本发明的一种纳米纤维制备装置第三个优选实施例的结构示意图。

如图5所示为本发明的一种纳米纤维制备装置第四个优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示为本发明的一种纳米纤维制备装置第一个优选实施例的结构示意图，所述纳米纤维制备装置包括一供液组件10、一喷射组件20、一供电组件30以及一接受组件40。其中，所述供液组件10包括一供液仓11，一推压杆12，一导液管13以及一流量泵14。所述供液仓11通过所述导液管13与所述喷射组件20连接，所述供液仓11中的溶液能够通过所述导液管13流通至所述喷射组件20。所述供液仓11与所述推压杆12连接，且所述推压杆12能够在所述供液仓11中滑动，所述供液仓11中的溶液受到所述推压杆12的推动从所述导液管13流入所述喷射组件20。所述推压杆12受所述流量泵14的控制，通过调节所述流量泵14，所述推压杆12即以相应的速度在所述供液仓11中滑动，从而控制通过所述导液管13的溶液流量。所述喷射组件20包括一梯台状喷头21和一储液仓22，所述梯台状喷头21与所述储液仓22导通连接，所述储液仓22通过所述导液管13与所述供液仓11连接，所述供液仓13中的溶液通过所述导液管13流入所述储液仓22，再由所述梯台状喷头21喷出。所述供电组件30包括一高压电源31和一导电金属丝32，所述导电金属丝32连通所述高压电源31的正极与所述储液仓22中的溶液。所述接受组件40接地，且所述接受组件40采用平行电极的形式，所述梯台状喷射头21喷射出的溶液经过运动，溶剂蒸发形成纳米纤维，纳米纤维最终到达所述接受组件40时能够以平行排列的方式沉积在平行电极上，从而实现高取向纳米纤维的制备。

如图2所示为所述梯台状喷头21的俯视图，所述梯台状喷头21具有1顶面21和4个侧面，且所述顶面21开有多个均匀平行排列的圆形微孔211，所述梯台状喷头21相对的两个侧面侧面22和侧面23页分别开有多个均匀平行排列的圆形微孔221和圆形微孔231，同时所述圆形微孔211，所述圆形微孔221和所述圆形微孔231互相平行排列。由于所述梯台状喷头21上圆形微孔的结构，溶液从所述梯台状喷头21的圆形微孔中喷出时即互相平行，为形成高取向的纳米纤维创造了有利的条件。所述梯台状喷头21的梯台状结构，使得进入所述梯台状喷头21的溶液压强逐渐增大，有利于纤维的产出，且所述梯台状喷头21多圆形微孔的结构能够大大的增加纳米纤维的制备效率。优选地，所述梯台状喷头21采用铜金属制成，铜金属作为一种良导体，制成的梯台状喷头21能够使溶液导电均匀，同时能够使溶液的导电强度达到最大，有利于形成高取向的纳米纤维。

如图3所示为本发明的一种纳米纤维制备装置第二个优选实施例的结构示意图，第二个优选实施例与第一个优选实施例的不同之处在于供液组件10A。所述供液组件10A包括一供液仓11A，一推压杆12A，以及一流量泵14A，所述供液仓11A直接与所述喷射组件20连接，所述供液仓11A中的溶液能够直接流通至所述喷射组件20。所述供液仓11A与所述推压杆12A连接，且所述推压杆12A能够在所述供液仓11A中滑动，所述供液仓11A中的溶液受到所述推压杆12A的推动流入所述喷射组件20。所述推压杆12A受所述流量泵14A的控制，通过调节所述流量泵14A，所述推压杆12A即以相应的速度在所述供液仓11A中滑动，从而控制通进入所述喷射组件20的溶液流量。本实施例中去除了导液管，所述流量泵14A直接控制所述溶液从所述供液仓11A进入所述喷射组件20的流量，而所述喷射组件20中的所述梯台状喷头21和所述储液仓22也是直接连通的，即通过控制所述流量泵14A即可直接控制所述梯台状喷射头21的流量，溶液流量调节更加精准。

如图4所示为本发明的一种纳米纤维制备装置第三个优选实施例的结构示意图，第三个优选实施例与第一个优选实施例的不同之处在于供电组件30B。所述供电组件30B包括一高压电源31B、一导电金属丝32B和一导线33B。所述导电金属丝32B连通所述高压电源31B的正极与所述储液仓22中的溶液，所述导线33B连接所述高压电源31B的负极与所述接受组件40。所述供电组件30B的结构有利于加大所述梯台状喷头21和所述接受组件40之间的电势差，有利于提高纳米纤维运动过程中的取向性。

如图5所示为本发明的一种纳米纤维制备装置第四个优选实施例的结构示意图，第四个优选实施例与第一个优选实施例的不同之处在于供液组件10C。所述供液组件10C包括一供液仓11C，一推压杆12C，一导液管13C、一流量泵14C、一回液管15C以及一集液池16C。其中所述供液仓11C通过所述导液管13C与所述喷射组件20连接，所述供液仓11C中的溶液能够通过所述导液管13C流通至所述喷射组件20。所述供液仓11C与所述推压杆12C连接，且所述推压杆12C能够在所述供液仓11C中滑动，所述供液仓11C中的溶液受到所述推压杆12C的推动从所述导液管13C流入所述喷射组件20。所述推压杆12C受所述流量泵14C的控制，通过调节所述流量泵14C，所述推压杆12C即以相应的速度在所述供液仓11C中滑动，从而控制通过所述导液管13C的溶液流量。所述集液池16C设置于所述供液仓11C上部，且所述集液池16C的开口位于所述接受组件40的下部，所述集液池16C的底部通过所述回液管15C连接于所述供液仓11C。所述导液管13C穿过所述集液池16C的底部连接至所述喷射组件20，且所述导液管13C与所述集液池16C底部的连接处密封设置。当溶液从所述喷射组件20向外喷射时，部分溅落的溶液会落入所述集液池16C，并由所述集液池16C收集后经所述回液管15C回流至所述供液仓11C，用于之后的纳米纤维制备。采用所述供液组件10C中结合所述集液池16C和所述回液管15C的结构，能够有效地减少溶液浪费，节约纳米纤维的制造成本。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。