专利名称：一种基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及新材料制造技术领域，具体地，涉及一种基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置。
背景技术：
现代科学技术的进步与发展，对材料性能提出的要求越来越高，21世纪是新型材料特别是纳米材料迅速发展并广泛应用的时代，纳米材料已成为推动当代科学技术进步的重要支柱之一。作为纳米材料之一的纳米纤维，由于它在环境、能源、光电、医学及军事等领域有极其重要的应用及价值，所以纳米纤维的制备及研究已在科学界得到高度的重视。目前，纳米纤维的制备手段多种多样，而且各具特色，然而值得人们特别注意的是，从静电喷涂演化而来的静电纺丝技术，已作为纳米纤维制备的重要方法之一。相比较其它方法，静电纺丝技术由于其实验装置简单、工艺操作方便、可制备的材料种类多等优点， 故得到众多科研工作者的青睐。但是，静电纺丝法制备纳米材料的最大缺点是纺丝速率慢， 过程不连续，不易进行大批量快速生产，为此需要研发一种高产率的可连续式生产装置，以便解决静电纺丝技术的上述弊病。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置，以实现速率快、产量高、成本低、效益好和易于产业化的优点。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置，包括高压电源，用于通过气压控制喷丝流速的气体式助推器，用于储存电纺用前驱物溶液与喷射纳米喷丝用多孔喷丝头的储液器，用于向储液器中连续式输送电纺前驱物溶液的供液器，以及与所述多孔喷丝头配合设置、且用于接收纳米喷丝的传输带式收集器；
所述气体式助推器，通过管道与储液器连通，向储液器中输送位于前驱物溶液上方的气体；所述高压电源的正极与多孔喷丝头连接，负极接地；所述供液器通过管道与储液器连通，传输带式收集器与电源的负极连接并接地。进一步地，所述储液器包括圆柱状管体，在所述圆柱状管体的顶端加装有第一法兰，在所述圆柱状管体的底端加装有第二法兰。进一步地，所述第二法兰为开口法兰；所述多孔喷丝头安装在第二法兰内部，并从第二法兰引出正极接线柱与电源的正极连接。进一步地，所述第一法兰为封口法兰，在第一法兰上开设有进气口与进液口 ； 所述气体式助推器，通过管道连通至进气口，向储液器中输送位于前驱物溶液上方的
气体；所述供液器，通过管道连通至进液口，并伸至储液器底部，向储液器中连续式输送前驱物溶液。进一步地，所述多孔喷丝头包括金属片基体，开设在所述金属片基体上的多个通孔，以及与每个通孔匹配设置、且自每个通孔延伸出的喷嘴。
进一步地，所述金属片基体至少包括铜片与不锈钢片。 进一步地，所述传输带式收集器的传输带为绝缘体，传输带下面安装一金属板，金属板接地。进一步地，所述前驱物溶液包括多种有机、无极纳米材料的前驱物溶液。本发明各实施例的基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置，由于包括高压电源，用于通过气压控制喷丝流速的气体式助推器，用于储存电纺用前驱物溶液与喷射纳米喷丝用多孔喷丝头的储液器，用于向储液器中连续式输送电纺前驱物溶液的供液器，以及与多孔喷丝头配合设置、且用于接收纳米喷丝的传输带式收集器；气体式助推器，通过管道与储液器连通，向储液器中输送位于前驱物溶液上方的气体；高压电源的正极与多孔喷丝头连接，负极接地；供液器通过管道与储液器连通，传输带式收集器与电源的负极连接并接地；采用多孔喷丝头，可以提高前驱物溶液的喷射速率，在短时间内电纺大量的前驱物溶液，制备大量的纳米纤维，提高纳米材料的产量；传输带式收集器与高压电源负极相连并接地；从而可以克服现有技术中速率慢、产量低、效益差与难以大批量生产的缺陷，以实现速率快、产量高、成本低、效益好与易于产业化的优点。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中
图1为根据本发明基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置的结构示意图； 图2为根据本发明基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置中储液器的结构示意图3a和图北为根据本发明基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置中多孔喷丝头的结构示意图如和图4b为根据本发明基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置中传输带式收集器的结构示意图fe和图恥为根据本发明基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置所得 ISO2纳米纤维的SEM图。结合附图，本发明实施例中附图标记如下
1-气体式助推器；21-第一法兰；22-第二法兰；3-储液器；4-前驱物溶液；5-多孔喷
丝头；6-正极接线柱；7-高压电源；8-传输带式收集器；9-供液器；10-进气口 ； 11-进液□。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。根据本发明实施例，如图1-图恥所示，提供了一种基于静电纺丝技术的纳米材料
连续式生产装置。如图1-图4所示，本实施例包括高压电源，用于通过气压控制喷丝流速的气体式助推器1，用于储存电纺用前驱物溶液与喷射纳米喷丝用多孔喷丝头5的储液器3，用于向储液器3中连续式输送前驱物溶液的供液器9，以及与储液器3中的多孔喷丝头5配合设置、且用于接收纳米喷丝的传输带式收集器8 ；气体式助推器1，通过管道与储液器3连通， 向储液器3中输送位于前驱物溶液(如前驱物溶液4)上方的气体；高压电源的正极与多孔喷丝头5连接，负极接地；供液器9通过管道与储液器3连通，传输带式收集器8与高压电源的负极连接。这里，气体式助推器1通过压力能够控制纳米喷丝的流速，供液器9能保证在静电纺丝的过程中不用换前驱物溶液，保证纳米喷丝过程连续进行。在上述实施例中，储液器3包括圆柱状管体(如两端开口的石英管)，在圆柱状管体的顶端加装有第一法兰21，在圆柱状管体的底端加装有第二法兰22。采用如图2所示的储液器3，储液器3能够储存大量的前驱物溶液，同时也能喷出大量的溶液射流。其中，第二法兰22为开口法兰；多孔喷丝头5安装在第二法兰22内部，并从第二法兰22引出正极接线柱6与电源的正极连接。第一法兰21为封口法兰，在第一法兰21上开设有进气口 10与进液口 11 ；气体式助推器1，通过管道连通至进气口 10，向储液器3中输送位于前驱物溶液上方的气体；供液器9，通过管道连通至进液口 11，并伸至储液器3底部，向储液器3中连续式输送前驱物溶液。优选地，在上述实施例中，多孔喷丝头为金属片材质(即金属片基体，例如铜片、不锈钢片)上开了很多小孔(即通孔)，每个小孔处延伸出一个小喷嘴。电源选用高压电源7，
前驱物溶液包括多种有机、无极纳米材料的前驱物溶液(如电纺皿，纳米纤维的前驱物溶液)。采用上述多孔喷丝头5，能短时间电纺大量的前驱物溶液，制备大量的纳米纤维；在电纺IiO2的前驱物溶液中，通过计算，采用SiBW2的多孔喷丝头，电纺的速率为 0. 35ml/min,而一般采用传统的注射器针头时，电纺IiO2的速率为0. 017ml/min,通过相比采用多孔喷丝头5纺丝效率提高了 20倍左右。上述实施例的基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置，能够利用静电纺丝技术制备纳米纤维，是在传统的静电纺丝基础上加以改进，能够快速、大面积、且连续制备纳米材料，这种装置能够满足工业化生产的需求。其中，利用金属片(例如铜片、不锈钢片) 制作多孔喷丝头5，代替传统静电纺丝技术中的毛细喷头或注射器针头，同时在纺丝的过程中加装连续供液的供液器9，可以保证纺丝的连续性。可以通过电纺^O3的前驱物溶液，计算纺丝的速率，以验证上述实施例的基于静
电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置，是否确实提高了纺丝的产量。实验时，首先，需要按图1将实验所需的各个仪器连接好，将储液器3固定好，接好高压电源(储液器3中的多孔喷丝头5接电源的正极，传输带式收集器8接电源的负极)。其次，启动供液器9，向储液器3中供前驱物溶液；当储液器3中有一定量的前驱物溶液时，启动高压电源7，同时启动气体式助推器1，调节合适的电压与供气流量，保证能正常且连续纺丝。可以利用上述实验装置，制备的纳米纤维，其SEM图参见图fe与图5b。从图
fe可见，试验中所得的纳米纤维是由大量连续的纳米线组成，并且尺寸均勻，平均直径约 250nm ；图恥是高倍下的SEM图，所分析得结果与图fe —致。上述实施例的基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置，具有以下特点喷射速率快，采用5_2的喷丝头，大约能达到0. 35ml/min,相比改装前(毛细管或注射器针头做喷丝头)时的速率提高了近20倍；如果采用更大面积的多孔喷丝头产率将更高；纺丝过程流畅连续，可大规模批量化生产。综上所述，本发明各实施例的基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置，通过改进静电纺丝中储液器上的喷丝头装置，气体式助推器，供液器，传输带式接收器，主要解决的是前驱物溶液的喷射速率及连续性，方便快速收集纳米材料，从而提高纳米材料的产量，可以专用于工业化的批量生产；对所收集到的纤维结构也有了较大的改善，如增强了纤维的有序度。最后应说明的是以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置，其特征在于，包括高压电源，用于通过气压控制喷丝流速的气体式助推器，用于储存电纺用前驱物溶液与喷射纳米喷丝用多孔喷丝头的储液器，用于向储液器中连续式输送电纺前驱物溶液的供液器，以及与所述多孔喷丝头配合设置、且用于接收纳米喷丝的传输带式收集器；所述气体式助推器，通过管道与储液器连通，向储液器中输送位于前驱物溶液上方的气体；所述高压电源的正极与多孔喷丝头连接，负极接地；所述供液器通过管道与储液器连通，传输带式收集器与电源的负极连接并接地。
2.根据权利要求1所述的基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置，其特征在于，所述储液器包括圆柱状管体，在所述圆柱状管体的顶端加装有第一法兰，在所述圆柱状管体的底端加装有第二法兰。
3.根据权利要求2所述的基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置，其特征在于，所述第二法兰为开口法兰；所述多孔喷丝头安装在第二法兰内部，并从第二法兰引出正极接线柱与电源的正极连接。
4.根据权利要求3所述的基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置，其特征在于，所述第一法兰为封口法兰，在第一法兰上开设有进气口与进液口 ；所述气体式助推器，通过管道连通至进气口，向储液器中输送位于前驱物溶液上方的气体；所述供液器，通过管道连通至进液口，并伸至储液器底部，向储液器中连续式输送前驱物溶液。
5.根据权利要求1所述的基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置，其特征在于，所述多孔喷丝头包括金属片基体，开设在所述金属片基体上的多个通孔，以及与每个通孔匹配设置、且自每个通孔延伸出的喷嘴。
6.根据权利要求5所述的基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置，其特征在于，所述金属片基体至少包括铜片与不锈钢片。
7.根据权利要求1所述的基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置，其特征在于，所述传输带式收集器的传输带为绝缘体，传输带下面安装一金属板，金属板接地。
8.根据权利要求1所述的基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置，其特征在于，所述前驱物溶液包括多种有机、无极纳米材料的前驱物溶液。
全文摘要
本发明公开了一种基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置，包括高压电源，用于通过气压控制喷丝流速的气体式助推器，用于储存电纺用前驱物溶液与喷射纳米喷丝用多孔喷丝头的储液器，用于向储液器中连续式输送电纺前驱物溶液的供液器，以及与多孔喷丝头配合设置、且用于接收纳米喷丝的传输带式收集器；气体式助推器与储液器连通，向储液器中输送气体；高压电源的正极与多孔喷丝头连接，负极接地；供液器与储液器连通，传输带式收集器与电源的负极连接。本发明所述基于静电纺丝技术的纳米材料连续式生产装置，可以克服现有技术中速率慢、产量低、效益差与难以大批量生产等缺陷，以实现速率快、产量高、成本低、效益好与易于产业化的优点。
文档编号D01D5/00GK102534821SQ20121003133
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月13日 优先权日2012年2月13日
发明者兰伟, 景盼盼, 朱承泉, 苏庆, 谢二庆 申请人:兰州大学