专利名称：一种气泡静电纺丝装置的制作方法
技术领域：
本发明属于静电纺丝领域，特别是涉及ー种温度可控的气泡静电纺丝装置。
背景技术：
静电纺丝技术是目前制备超细纤维和纳米纤维最直接也是最基本的方法之一，由静电纺丝技术制备的纳米纤维具有超高的比表面积、极大长径比、高表面活性、优越的机械性能(高强高韧)等特点，在纺织工程、环境工程、生物科技、医疗与卫生健康、能源贮存、军事与反恐安全等不同领域都具有十分广阔的应用前景。随着静电纺丝技术研究的不断深入，目前己经有几十种聚合物成功通过静电纺丝技术制备超细纤维，制备的超细纤维直径一般在几十纳米至ー微米之间，纺丝条件适当时纤维直径可达I纳米。静电纺丝法制备超 细纤维的基本原理可以简单概括为，聚合物溶液或熔体在高压静电场中电场カ的作用下，从毛细管或者气泡的末端形成射流飞向接收装置，射流在到达接收装置的过程中产生高度拉伸，纤维变细，同时溶液中的溶剂蒸发或是熔体固化，最后纤维沉积在接收装置上。相对于传统的静电纺丝技术，气泡静电纺丝技术的优势更大，具有可以提高纳米纤维的纺丝效率及其产量等优点。气泡静电纺丝技术是ー项重要的制备纳米纤维技术，有很多学者对其エ艺參数及喷丝体系等进行了研究,如中国专利ZL200420020596. 3、ZL200410025622. 6等；美国专利US6616435、US6753454等。研究表明，除了尖端电位、流体粘度、电导率、接收距离和表面张力等因素，环境因素包括温度、相対湿度对气泡静电纺丝得到的纤维尺度也有一定影响，但现有设备极少涉及对环境温度的控制与调节，大部分的气泡静电纺丝装置都没有温度调节与控制装置，一般只能选择室温，生产可控制性教差，易造成产品质量差异性大，生产效率降低等。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了ー种气泡静电纺丝装置，该气泡静电纺丝装置能够在静电纺丝过程中，通过外加的温度控制装置，对气泡温度进行控制，从而降低环境因素对气泡静电纺丝过程的影响，提高生产可控性，有利于实现纳米纤维的大規模エ业化生产。根据本发明的目的提出的ー种气泡静电纺丝装置，包括贮液池、高压静电发生器、气泵、喷气管、导气管、金属电极、接收极板、接地电极和加热装置，所述贮液池为装有溶液或熔体的容器，所述加热装置对贮液池的容器壁进行加热。优选的，所述加热容置为保温容器，里面装有载热媒质，所述贮液池设于该载热媒质之中。优选的，所述载热媒质为液体，其温度高于所述贮液池中的溶液或熔体温度。优选的，所述载热媒质的液面高于所述贮液池中的溶液或熔体液面。优选的，所述加热装置为电热丝，该电热丝连接于所述贮液池的侧部或底部之一的至少ー个容器壁上。
优选的，进ー步包括用于对所述贮液池中的溶液或熔体进行搅拌的搅拌器。优选的，所述喷气管设置于所述贮液池的溶液或熔体之中，该喷气管的管ロ低于所述贮液池的溶液或熔体液面。优选的，所述导气管连接所述气泵和所述喷气管。优选的，所述金属电极设置于所述喷气管中，并与所述高压静电发生器电性连接。优选的，所述接受极板电性连接与所述接地电极上，并与所述贮液池的溶液或熔体之间形成电场。上述的气泡静电纺丝装置，増加了对贮液池的加热装置，通过贮液池的容器壁将热量传导至里面的溶液或熔体中，从而使溶液或熔体的温度具有人为的可控性，从而降低环境因素对气泡静电纺丝过程的影响，提高了产品的质量稳定性和生产效率。
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。图I为本发明气泡静电纺丝装置第一实施方式的结构示意图；图2为本发明气泡静电纺丝装置第二实施方式的结构示意图。
具体实施例方式正如背景技术中所述的，现有的气泡静电纺丝装置，在静电纺丝过程中，缺乏对温度的有效控制，完全依赖于环境温度。然而环境温度会给静电纺丝过程带来不可控的不确定因素，使产品质量的差异性较大，对大規模生产造成不良影响。因此，本发明提出了一种可以控制气泡温度的气泡静电纺丝装置。该气泡静电纺丝装置在贮液池的容器壁上増加了一个加热装置，可以对贮液池的容器壁进行加热，使贮液池中的溶液或熔体温度維持在人为控制的所需温度上，从而降低由环境温度变化引起的产品品质的波动，提升工作效率。具体地，该加热装置可以是利用外部具有一定热量的载热媒质，比如水、油等液体，或者热沙、热盐等固体。将贮液池设置于这些载热媒质中，通过热传导对贮液池中的溶液或熔体进行加热或保温，从而达到本发明的目的。该加热装置也可以是设置在贮液池的容器壁上的电热丝等直接加热器件，通过对贮液池的容器壁直接加热，使贮液池中的溶液或熔体温度維持在所需温度上。进ー步地，为了使贮液池中的溶液或熔体温度均匀分布，还可以在该气泡静电纺丝装置上设置ー个搅拌器，通过对溶液或熔体的搅拌，使贮液池容器壁上的热量均匀分散到整个贮液池中的溶液或熔体之中，进ー步提升本发明的气泡静电纺丝装置做制作出来的纳米纤维的品质稳定性。下面，将通过具体实施方式
对本发明的气泡静电纺丝装置进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。第一实施方式请參见图1，图I是本发明第一实施方式下的气泡静电纺丝装置的结构示意图。如图所示，该气泡静电纺丝装置包括贮液池I、加热装置2、高压静电发生器3、气泵4、喷气管
5、导气管6、金属电极7、接收极板8、接地电极9、搅拌器10组成。所述贮液池I为内空容器，其容器壁最好是热的良导体，里面设有用以作为纳米纤维源的溶液或熔体。所述喷气管5设置于该贮液池I中，并通过导气管6与气泵4相连，所述气泵4用以提供正压气体，该正压气体从喷气管5中喷出，在溶液或熔体中形成气泡，气泵4具体可以为高压气瓶、气筒、手动挤压气嘴等。喷气管5的喷嘴应低于贮液池I中溶液或熔体液面。所述金属电极7设置于喷气管5中，该金属电极7与高压静电发生器3电性连接，贮液池I中的溶液或熔体通过金属电极7与高压静电发生器3相连，贮液池上方设有连接接地电极9的接收极板8，该接收极板8与贮液池I中的溶液或熔体之间形成电场。在本实施方式中，所述加热装置2为ー种保温容器，里面装有载热媒质，该载热媒质可以是水、油等液体，也可以是热沙、热盐等固体。贮液池I设于该载热媒质之中，由于载热媒质的温度高于贮液池I中的溶液或熔体温度，所以通过贮液池I的容器壁将载热媒质中的热量传导至溶液或熔体中。这里载热媒质的温度可以是通过外部加热达到所需的温度后，装载到该保温容易里，也可以使保温容器具有加热功能，对装载在里面的载热媒质进行加热，从而达到所需的温度。特别的，当该载热媒质为液体时，该载热媒质的液面应当高于 贮液池I中的溶液或熔体液面，这样能够对贮液池I中的溶液或熔体进行整体加热，使热量更快、更均匀的分布。进ー步地，为了使贮液池I中的溶液或熔体温度均匀分布，还可以在该气泡静电纺丝装置上设置ー个搅拌器10，通过对溶液或熔体的搅拌，使贮液池容器壁上的热量均匀分散到整个贮液池I中的溶液或熔体之中，进ー步提升本发明的气泡静电纺丝装置做制作出来的纳米纤维的品质稳定性。本发明装置工作时，首先在贮液池I中加入溶液或熔体，在加热装置2中加入载热媒质，比如热水，热水的液面要高于贮液池I的溶液或熔体液面，加热装置可以使贮液池I中溶液或熔体均匀受热；打开气泵4，被加热的溶液或熔体表面可出现有规律的液泡；然后打开高也静电发生器3，溶液或熔体内部自由电荷在高压静电作用下被极化，特别是气泡顶端，在适当条件下，由于静电力的作用，气泡顶端就会产生喷射细流射向与接地电极9相连的接收极板8，即可得到大量的纳米纤维。第二实施方式请參见图2，图2是本发明第二实施方式下的气泡静电纺丝装置的结构示意图。如图所示，该气泡静电纺丝装置包括贮液池I、高压静电发生器3、气泵4、喷气管5、导气管6、金属电极7、接收极板8、接地电极9、搅拌器10、热传感器11和加热装置12组成。贮液池I中设有喷气管5，喷气管5通过导气管6与气泵4相连，喷气管5的喷嘴应低于贮液池I中溶液或熔体液面。金属电极7设于喷气管5中，贮液池I通过金属电极7与高压静电发生器3相连，贮液池上方设有连接接地电极9的接收极板8。
在本实施方式中，加热装置12比如是电热丝，连接在热传感器11上，而热传感器11可以是接触在贮液池I容器壁上的导热媒质，也可以是贮液池I的容器壁本身。在后一种情况中，该加热装置12可以通过连接在贮液池的侧部或底部之一的至少ー个容器壁上，将热量传导至贮液池I中的溶液或熔体中去。进ー步地，为了使贮液池I中的溶液或熔体温度均匀分布，还可以在该气泡静电纺丝装置上设置ー个搅拌器10，通过对溶液或熔体的搅拌，使贮液池容器壁上的热量均匀分散到整个贮液池I中的溶液或熔体之中，进ー步提升本发明的气泡静电纺丝装置做制作出来的纳米纤维的品质稳定性。本发明装置工作时，首先在贮液池I中加入溶液或熔体，对加热装置12通电产生热量，将热量通过热传感器11传导至贮液池I中溶液或熔体，并利用搅拌器10使溶液或熔 体均匀受热；打开气泵4，被加热的溶液或熔体表面可出现有规律的液泡；然后打开高也静电发生器3，溶液或熔体内部自由电荷在高压静电作用下被极化，特别是气泡顶端，在适当条件下，由于静电力的作用，气泡顶端就会产生喷射细流射向与接地电极9相连的接收极板8，即可得到大量的纳米纤維。综上所述，本发明提出了ー种气泡静电纺丝装置，该气泡静电纺丝装置在贮液池的容器壁上増加了一个加热装置，可以对贮液池的容器壁进行加热，使贮液池中的溶液或熔体温度維持在人为控制的所需温度上，从而降低由环境温度变化引起的产品品质的波动，提升工作效率。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。
权利要求
1.一种气泡静电纺丝装置，包括贮液池、高压静电发生器、气泵、喷气管、导气管、金属电极、接收极板、接地电极，所述贮液池为装有溶液或熔体的容器，其特征在于所述气泡静电装置还包括对贮液池的容器壁进行加热的加热装置。
2.如权利要求I所述的气泡静电纺丝装置，其特征在于所述加热容置为保温容器，里面装有载热媒质，所述贮液池设于该载热媒质之中。
3.如权利要求2所述的气泡静电纺丝装置，其特征在于所述载热媒质为液体，其温度高于所述贮液池中的溶液或熔体温度。
4.如权利要求3所述的气泡静电纺丝装置，其特征在于所述载热媒质的液面高于所述贮液池中的溶液或熔体液面。
5.如权利要求I所述的气泡静电纺丝装置，其特征在于所述加热装置为电热丝，该电热丝连接于所述贮液池的侧部或底部之一的至少一个容器壁上。
6.如权利要求I所述的气泡静电纺丝装置，其特征在于进一步包括用于对所述贮液池中的溶液或熔体进行搅拌的搅拌器。
7.如权利要求I所述的气泡静电纺丝装置，其特征在于所述喷气管设置于所述贮液池的溶液或熔体之中，该喷气管的管口低于所述贮液池的溶液或熔体液面。
8.如权利要求I所述的气泡静电纺丝装置，其特征在于所述导气管连接所述气泵和所述喷气管。
9.如权利要求I所述的气泡静电纺丝装置，其特征在于所述金属电极设置于所述喷气管中，并与所述高压静电发生器电性连接。
10.如权利要求I所述的气泡静电纺丝装置，其特征在于所述接受极板电性连接与所述接地电极上，并与所述贮液池的溶液或熔体之间形成电场。
全文摘要
一种气泡静电纺丝装置，该气泡静电纺丝装置在贮液池的容器壁上增加了一个加热装置，可以对贮液池的容器壁进行加热，使贮液池中的溶液或熔体温度维持在人为控制的所需温度上，从而降低由环境温度变化引起的产品品质的波动，提升工作效率。
文档编号D01D5/00GK102677197SQ201210185550
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者何吉欢, 周丽霞, 孔海燕 申请人:苏州大学