一种新型等离子体静电纺丝机的制作方法

本实用新型属于纺织设备技术领域，尤其涉及一种新型等离子体静电纺丝机。

背景技术：

目前，业内常用的现有技术是这样的：

随着纳米技术的发展，纳米纤维的需求量逐渐增大，静电纺丝法是一种有前景的制备纳米纤维的方法。采用等离子体处理纳米纤维将会增加纳米纤维表面的极性和亲水性，利于后续应用。因此使用等离子体处理纳米纤维是一种环保高效的方法。由于等离子体穿透能力有限，处理纺织成型后的材料往往只能对纳米材料表面进行改性，对于一些三维材料特别是医用骨架材料并不能达到要求。如果能在纳米材料纺织的过程中发同时对纳米丝进行表面改性，则将大大利于厚度较大的材料性能改性。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)以往设计的处理静电纺丝纤维的等离子体装置电场并不均匀，会改变静电纺丝机的电场分布，影响纳米纤维的收集和性能；同时其产生的等离子体种类较为单一，处理不同放电纤维时需要重新设计等离子体装置。

因此需要设计一种能在保证静电纺丝性能的前提下等离子体能均匀分布、能产生多种等离子体并充分与纤维接触的一体化装置。

(2)以往设计的处理静电纺丝纤维的等离子体装置电场畸变严重,尖端放电等离子体容易转化为电弧放电，与纺丝液直接接触极易破坏纺丝材料。

(3)等离子体构造受针环对称结构和尺寸的限制，只能进行小面积纺织，不利于实际使用。

(4)以往设计的处理静电纺丝纤维的等离子体装置需要脉冲调制高压交流电源，价格较为昂贵。

解决上述技术问题的意义：

通过本实用新型设计的新型等离子体静电纺丝机可以在不影响静电纺丝过程的情况下，在垂直于纺丝电场的方向产生大面积的可控等离子体，不仅能在纺丝阶段对纳米丝进行材料改性，同时可以根据需求通过相应的官能团气体，通过等离子体的活化作用在纳米丝表面进行官能团嫁接，从而实现大面积的三维材料改性。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种新型等离子体静电纺丝机。在静电纺丝泰勒锥的垂直方向添加一种网状DBD等离子体发生器，在保证二者电场互不干扰的同时通过调节等离子体装置的功率以及气体组分、浓度等参数在纳米量级对材料进行整体改性，以克服材料纺织成型后等离子体改性穿透深度不强的影响。

本实用新型是这样实现的，一种新型等离子体静电纺丝机，所述新型等离子体静电纺丝机包括：

介质阻挡放电DBD装置，用于静电纺丝处理；

介质阻挡放电DBD装置包括：DBD装置外侧电极、DBD装置内侧网状电极、 DBD装置介质层；

DBD装置介质层为空心圆柱体；DBD装置外侧电极、DBD装置内侧网状电极均为圆形电极并紧贴DBD装置介质层；

DBD装置外侧电极的内壁附有环形的DBD装置介质层，DBD装置介质层与圆形的介质阻挡放电DBD装置的负极接触；

DBD装置内侧网状电极为网状结构，用于等离子体在网表面产生，使等离子体分布均匀；

介质阻挡放电DBD装置的电场与静电纺丝机的电场垂直。

进一步，DBD装置介质层外部包覆有DBD装置底板；DBD装置底板上通过螺栓旋拧有通气管；通气管与DBD装置介质层内部的放电腔体相通。

进一步，通气管连通有DBD发生器；DBD发生器通过导线连接DBD电源。

进一步，DBD电源通过导线分别连接收集板、注射器；注射器下部喷出的纺丝液输送到DBD装置介质层为放电腔体，进行纺丝。

进一步，DBD电源还通过导线连接DBD装置外侧电极、DBD装置内侧网状电极。

进一步，DBD装置外侧电极、DBD装置内侧网状电极均为铜、铝或其余导电金属。

DBD电源为高压交流、高压脉冲多种供电电源。

等离子体为放电气体，为空气、氮气、氦气、氩气中的一种或几种的混合气体。可根据实际需要混入少量的官能团气体，通过等离子体放电将其电离活化并接入纺丝纤维中。

综上所述，本实用新型的优点及积极效果为：

本实用新型提出的一体化的新型静电纺丝机，同样适用于通过等离子体进行改性的一系列装置。该发明在垂直于静电纺丝电场的方向设计了能大面积均匀放电的DBD装置，所产生的等离子体活性高且不产生电弧，使得静电纺丝过程不受其它影响，保证对静电纺丝的均匀处理；此外该发明能实时对纺丝进行处理，在纺丝纤维还未成型时令等离子体充分与纺丝液接触，使纺丝纤维在纳米量级时即受到处理，处理范围由以往的纺丝表面扩展到纺丝的内部；同时该发明可以仅通过调节等离子体源参数或气体的压强、成分、浓度来改变活性粒子的组分与浓度，可处理多种静电纺丝纤维，如使用空气放电时，在功率密度低于 0.4W/cm^-2～0.6W/cm^-2时，此装置主要产生臭氧以及臭氧和NOX的混合；而在功率密度高于0.6W/cm^-2时，主要产生活性的NOX抑菌成分，在纺织三维持久的抗菌材料上具有极大的优势；同时，该设计还可以通过通入适量的官能团气体进行放电，等离子体使得官能团活化并嫁接至纤维丝，使得材料性能更强；此外该发明控制变量更为容易，可变量较为明晰，易于实现重复试验，同样易于控制变量进行探究性试验。便于实现对不同要求的静电纺丝进行处理。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的介质阻挡放电DBD装置图。

图中：1、DBD装置外侧电极；2、DBD装置内侧网状电极；3、DBD装置介质层。

图2是本实用新型实施例提供的静电纺丝机接线结构示意图。

图中：1、DBD装置外侧电极；2、DBD装置内侧网状电极；3、DBD装置介质层；4、DBD装置底板；5、通气管；6、螺栓。

图3是本实用新型实施例提供的实验装置结构图。

图中：1、DBD装置外侧电极；2、DBD装置内侧网状电极；3、DBD装置介质层；7、注射器；8、纺丝液；9、静电纺丝机高压电源；10、DBD电源； 11、收集板。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在静电纺丝泰勒锥的垂直方向添加一种网状等离子体发生器，在保证二者电场互不干扰的同时通过调节等离子体装置的功率以及气体组分、浓度等参数在纳米量级对材料进行整体改性，以克服材料纺织成型后等离子体改性穿透深度不强的影响。

下面结合具体分析对本实用新型作进一步描述。

本实用新型实施例提供的新型等离子体静电纺丝机对纺丝纤维的处理方法对纺丝纤维的处理方法包括：利用垂直于泰勒锥方向的介质阻挡放电装置产生的等离子体对静电纺丝纤维进行处理，使纺丝纤维在还未凝结时就受到等离子体的处理来实现纺丝纤维的表面改性。

电极可以为铜制、铝制或其余导电金属制。

高压电源可以为交流、脉冲等多种形式。

介质阻挡放电装置的尺寸可调。

放电气体可以为空气、氮气、氦气、氩气或以上几种的混合气体。

等离子体放电功率独立可调。

静电纺丝液在等离子体区域处理的时间与长度均可调。

本实用新型设计一种包含全范围、均匀的处理静电纺丝的介质阻挡放电 (DBD)装置的新型静电纺丝机，用于静电纺丝处理。

处理静电纺丝的介质阻挡放电DBD装置，介质为空心圆柱体，两电极均为圆形电极并紧贴介质，即外侧电极的内壁附有环形的介质，介质内侧与圆形的 DBD负极接触。DBD内侧电极为网状结构，等离子体将在网表面产生，以保证等离子体分布均匀。此时DBD装置的电场与静电纺丝机的电场垂直，即DBD装置产生的电场不会干扰静电纺丝。

DBD放电产生的等离子体将会向上扩散与纺丝液接触从而对纺丝进行处理，即纺丝液未完全挥发时DBD产生的等离子体与纺丝实时的、充分的接触。纺丝液注射器到DBD装置间距离可调，二者距离过近静电纺丝电场与DBD电场会相互作用影响静电纺丝的效果，二者距离过远纤维可能凝结至微米量级时才与等离子体接触，即大部分纤维并未被等离子体改性。

DBD装置的放电功率独立可调，在不同放电功率下主要长寿命活性成分不同，通过调节DBD的放电功率可以分析不同活性粒子对纺丝纤维的处理情况。此外，中间所通气体既可以为空气，也可以从外界输入指定的气体，气体压强、成分、浓度均可调。可通过改变气体条件来对等离子体的主要活性成分进行控制。

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步描述。

实施例1

DBD装置示意图如图1；包括：DBD装置外侧电极1、DBD装置内侧网状电极2、DBD装置介质层3。

静电纺丝机接线结构示意图如图2，可改变气体组分，浓度，压强。包括：

DBD装置外侧电极1、DBD装置内侧网状电极2、DBD装置介质层3、DBD装置底板4、通气管5、螺栓6。

DBD装置电极正负极可自选，本实例将网状电极接地。

将一定量的纺丝液放入注射器内，注射器位于DBD装置的正上方。电极到纺丝液注射器的距离可以通过固定DBD装置，上下调节注射器位置来进行调节。以保证等离子体能充分接触纤维，同时DBD装置的横向电场不会干扰到静电纺丝的电场。

对DBD装置进行通电，放电条件如放电功率可根据需要进行设置。

DBD装置放电稳定后接通静电纺丝机的电源，纺丝纤维在形成过程中将会受到等离子体的充分处理，在重力的作用将会下落至收集板上。

放电结束后需等待一定时间，使等离子体扩散和纺丝纤维完全凝结后再将收集板上的纺丝纤维取出。

实施例2

可通气体型DBD装置

通气体型DBD装置示意图如图3。包括：DBD装置外侧电极1、DBD装置内侧网状电极2、DBD装置介质层3、注射器7、纺丝液8、DBD电源9、DBD发电源10、收集板11。

相对图1，DBD装置内侧网状电极1所围成的圆柱体的两个底盖加装了圆形玻璃板，其中一端接有压强表以监测内部压强。

底盖加装的2个圆形玻璃板均进行打孔并用硬质管密封，硬质管出口加装一螺栓控制气体的开断以及流动速率。

放电气体成分除空气外，还可以是稀有气体，氮气，氧气中的一种或者几种混合。

对图3所示装置的螺栓打开，一端接通过气体流量控制器的气瓶输入指定气体，装置内的空气将从另一端排出。所通气体密度若小于空气则进气口在下端，否则进气口为上端。

通气过程持续5到10分钟后关闭出气口，此时装置内气体压强仍为大气压。若需要加气压则继续输入气体，若需要减气压则停止输入气体，进气口接抽气泵进行抽气。

关闭进气口，重复实施例1过程。

下面结合具体分析对本实用新型作进一步描述。

本实用新型实施例提供的新型等离子体静电纺丝机包括：

介质阻挡放电DBD装置，用于静电纺丝处理；

介质阻挡放电DBD装置包括：DBD装置外侧电极、DBD装置内侧网状电极、 DBD装置介质层；

DBD装置介质层为空心圆柱体；DBD装置外侧电极、DBD装置内侧网状电极均为圆形电极并紧贴DBD装置介质层；

DBD装置外侧电极的内壁附有环形的DBD装置介质层，DBD装置介质层与圆形的介质阻挡放电DBD装置的负极接触；

DBD装置内侧网状电极为网状结构，用于等离子体在网表面产生，使等离子体分布均匀；

介质阻挡放电DBD装置的电场与静电纺丝机的电场垂直。

DBD装置介质层外部包覆有DBD装置底板；DBD装置底板上通过螺栓旋拧有通气管；通气管与DBD装置介质层内部的放电腔体相通。

通气管连通有DBD发生器；DBD发生器通过导线连接DBD电源。

DBD电源通过导线分别连接收集板、注射器；注射器下部喷出的纺丝液输送到DBD装置介质层为放电腔体，进行纺丝。

DBD电源还通过导线连接DBD装置外侧电极、DBD装置内侧网状电极。DBD 装置外侧电极、DBD装置内侧网状电极可以为铜制、铝制或其余导电金属制。

DBD电源可以为高压交流、高压脉冲等多种形式。

介质阻挡放电装置的尺寸可调。

等离子体的放电气体可以为空气、氮气、氦气、氩气或以上几种的混合气体。

等离子体放电功率独立可调。

静电纺丝液在等离子体区域处理的时间与长度均可调。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。