一种循环使用的纳米纤维过滤网及其制备装置、方法与流程

本发明涉及静电纺丝技术领域，尤其是一种循环使用的纳米纤维过滤网及其制备装置、方法。

背景技术：

静电纺丝技术上一种利用静电场力生产纳米纤维的技术，其原理是：在高压静电场中，带电聚合物溶液在电场力的作用下形成泰勒锥，当电场力足够大，使得带电液滴克服表面张力形成带电射流，最后在收集机构上沉积固化成纳米纤维结构。

静电纺丝方法是生产纳米纤维最为简单且成本低廉的方法，在众多领域中都有较大的运用，如过滤行业、电子、能源、催化、生物医药等领域有着广阔的应用前景。其中静电纺丝纳米纤维制备过滤膜有着过滤效率高，技术成本低，能耗低等特点。

近年来，随着民众对空气污染的日益关注，对空气净化的需求不断增大，因此市场上也出现了多种空气过滤装置，例如带静电纳米纤维空气滤芯（cn204051237），但是该滤芯制备过程中，由于其支撑网采用金属材料，不仅在喷印时对静电纺丝的高压电场造成干扰，而且容易因静电吸附导致纳米纤维集中沉积于支撑网的金属线上，而非均匀沉积形成纳米纤维膜，导致过滤效果不佳。同时，目前用于空气净化的空气过滤膜价格高昂，且需定期更换，例如汽车的空气过滤装置，其使用频繁，更换周期短，对用户产生很大的经济压力，使得民众降低了更换过滤膜的动力，非常多的过滤膜均过期使用，达不到过滤效果的同时，也增加了病菌滋生带来的潜在威胁，此外，不断更换的过滤膜，带来了很大的环境污染问题。除此之外，功能化的、个性化的过滤膜的需求不断增加，民众根据不同的功能需求，如除尘、除菌、除有机废气等功能的需求不断增加，进而加大了对现有过滤膜的技术要求。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种制备过程简单、可循环使用的纳米纤维过滤网。

为了解决上述技术问题，本发明的另一目的是：提供一种制备过程简单、可循环使用的纳米纤维过滤网的制备装置。

为了解决上述技术问题，本发明的另一目的是：提供一种制备过程简单、可循环使用的纳米纤维过滤网的制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种循环使用的纳米纤维过滤网，包括有支撑架、过滤支撑网格和纳米纤维膜，所述支撑架用于支撑过滤支撑网格，所述支撑架和过滤支撑网格均由非导电材料制成，所述纳米纤维膜喷印于网格上。

本发明所采用的另一技术方案是：一种循环使用的纳米纤维过滤网的制备装置，包括有高压电源、控制单元、喷头支架、导液管、供液系统、图像处理单元、运动导轨、纺丝喷头、导电收集电极、绝缘板、支撑架和过滤支撑网格，所述运动导轨包括有纵向导轨和横向导轨，所述纵向导轨上设置可纵向移动的绝缘板，所述绝缘板上设置导电收集电极，所述支撑架和过滤支撑网格放置于导电收集电极上，所述支撑架用于支撑过滤支撑网格，所述横向导轨设置于纵向导轨上方，所述横向导轨上安装可横向移动的纺丝喷头，所述供液系统通过导液管连接至纺丝喷头，所述纺丝喷头位于绝缘板上方，所述高压电源的正负极分别纺丝喷头和导电收集电极连接，所述图像处理单元用于收集支撑架和过滤支撑网格的图像数据，所述控制单元分别连接至纵向导轨、横向导轨和图像处理单元。

进一步，所述支撑架和过滤支撑网格均由非导电材料制成。

进一步，所述图像处理单元与运动导轨相对静止。

本发明所采用的另一技术方案是：一种循环使用的纳米纤维过滤网的制备方法，包括有以下步骤：

a.将支撑架支撑的过滤支撑网格放置于导电收集电极上；

b.启动纺丝装置；

c.通过图像处理单元采集过滤支撑网格的位置、形状和尺寸；

d.控制单元根据图像处理单元采集的数据计算喷印轨迹；

e.控制单元根据上述喷印轨迹驱动运动导轨移动，从而使纺丝喷头相对于过滤支撑网格按照一定的运动轨迹进行喷印。

进一步，所述支撑架和过滤支撑网格均由非导电材料制成。

进一步，对于达到使用期限的纳米纤维过滤网，首先清洗掉过滤支撑网格上的纳米纤维膜，然后执行步骤a-e。

本发明的有益效果是：采用非导电材料制成的支撑架和过滤支撑网格对纳米纤维膜进行支撑，在静电纺丝制备纳米纤维膜过滤膜，可快速制备高效过滤膜，且可以实现不同功能纳米纤维膜的喷印；相比金属网格支架，可实现纳米纤维膜的均匀沉积，不需要采用转印技术，可即时喷印使用；且由于制备过程不需要采用转印技术，速度快，因此可对支撑架和过滤支撑网格重复利用，减小环境污染。

本发明的另一有益效果是：该装置采用静电纺丝制备纳米纤维膜过滤膜，可快速制备高效过滤膜，实现不同功能纳米纤维膜的喷印，且利用图像处理可以实现对不同支撑架和过滤支撑网格的喷印，从而能实现低成本、个性化的定制；相比金属网格支架，可实现纳米纤维膜的均匀沉积，不需要采用转印技术，可即时喷印使用；且由于制备过程不需要采用转印技术，速度快，因此可对支撑架和过滤支撑网格重复利用，减小环境污染。

本发明的另一有益效果是：该方法采用静电纺丝制备纳米纤维膜过滤膜，可快速制备高效过滤膜，实现不同功能纳米纤维膜的喷印，且利用图像处理可以实现对不同支撑架和过滤支撑网格的喷印，从而能实现低成本、个性化的定制；相比金属网格支架，可实现纳米纤维膜的均匀沉积，不需要采用转印技术，可即时喷印使用；且由于制备过程不需要采用转印技术，速度快，因此可对支撑架和过滤支撑网格重复利用，减小环境污染。

附图说明

图1为本发明纳米纤维过滤网的具体结构示意图；

图2为本发明装置结构示意图；

图3为本发明装置的部分结构侧视图；

图4为本发明装置的部分结构主视图；

图5为本发明方法的步骤流程图。

图中：1、高压电源；2、控制单元；3、图像处理单元；4、横向导轨；5、纵向导轨；6、喷头支架；7、供液系统；8、纺丝喷头；9、绝缘板；10、支撑架和过滤支撑网格；21、导电收集电极；22、连接图像处理单元的数据线；23、连接横向导轨的数据线；24、连接纵向导轨的数据线；25、导液管；26、连接导电收集电极的导线；27、连接纺丝喷头的导线；31、支撑架；32、过滤支撑网格；33、纳米纤维。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

参照图1，一种循环使用的纳米纤维过滤网，包括有支撑架、过滤支撑网格和纳米纤维膜，所述支撑架用于支撑过滤支撑网格，所述支撑架和过滤支撑网格均由非导电材料制成，所述纳米纤维膜喷印于网格上。

由于纳米纤维膜的自支撑性较差，而较厚的纳米纤维膜因空气阻力大而无法用于空气净化领域，因此用于空气净化的纳米纤维膜需要一个网格来作支撑，保证其力学性能的同时，保障其过滤性能。此外，网格支撑架可以循环使用，当作为过滤材料的核心纳米纤维膜的使用期限达到时，只需清洗掉网格上的纳米纤维膜之后，重新喷印上一层均匀的纳米纤维膜即可；本发明中采用静电纺丝技术进行喷印，为了制备均匀的纳米纤维膜，因此支撑架和过滤支撑网格均由非导电材料制成，避免在喷印时对静电纺丝的高压电场造成干扰；而传统制备工艺中，由于支撑架和过滤支撑网格由导电材料制成，不仅在喷印时对静电纺丝的高压电场造成干扰，因此容易因静电吸附导致纳米纤维集中沉积于支撑网格的金属线上，而非均匀沉积形成纳米纤维膜。

参照图2，一种循环使用的纳米纤维过滤网的制备装置，用于制备如图1中所示的纳米纤维过滤网：包括有高压电源、控制单元、喷头支架、导液管、供液系统、图像处理单元、运动导轨、纺丝喷头、导电收集电极、绝缘板、支撑架和过滤支撑网格，所述运动导轨包括有纵向导轨和横向导轨，所述纵向导轨上设置可纵向移动的绝缘板，所述绝缘板上设置导电收集电极，所述支撑架和过滤支撑网格放置于导电收集电极上，所述支撑架用于支撑过滤支撑网格，所述横向导轨设置于纵向导轨上方，所述横向导轨上安装有可横向移动的纺丝喷头，所述供液系统通过导液管连接至纺丝喷头，所述纺丝喷头位于绝缘板上方，所述高压电源的正负极分别纺丝喷头和导电收集电极连接，所述图像处理单元用于收集支撑架和过滤支撑网格的图像数据，所述控制单元分别连接至纵向导轨、横向导轨和图像处理单元。

进一步作为优选的实施方式，所述支撑架和过滤支撑网格均由非导电材料制成。由于纺丝喷头和导电收集电极之间存在高压电场，过滤支撑网格和支撑架是不导电的，因此过滤支撑网格和支撑架放置于导电收集电极上时对高压电场的干扰相对于金属导电材料对高压电场的干扰可忽略不计，纳米纤维可以均匀沉积在过滤支撑网格的网格孔隙上。

其中供液系统中可采用不同的材料，最后制备的纳米纤维膜也具备不同的性能，例如分别对不同的气体分子进行过滤。

进一步作为优选的实施方式，所述图像处理单元与运动导轨相对静止，用于拍摄绝缘板上的图像，从而收集到支撑架和过滤支撑网格的图像数据。

参照图3和图4，作为本发明装置一具体实施例，图像处理单元固定安装与横向导轨上，不随喷头支架一起运动，当过滤支撑网格和支撑架放置于导电收集电极上时，图像处理单元采集过滤支撑网格和支撑架的形状、大小、相对位置后，通过数据线反馈给控制单元，控制单元通过计算处理出过滤支撑网格和支撑架的形状、大小、相对位置之后，对纺丝喷头与过滤支撑网格和支撑架的相对运动轨迹进行计算，并将运动指令传输给纵向导轨和横向导轨，实现纺丝喷头对过滤支撑网格上的纳米纤维膜均匀喷印，使纳米纤维膜在过滤支撑网格上沉积，完成喷印后即可使用。当该纳米纤维过滤网达到使用期限后，对其进行清洗，将过滤支撑网格上面的纳米纤维清洗掉，之后重新将过滤支撑网格和支撑架放置于导电收集电极上，实现对纳米纤维膜的重新喷印，达到循环使用的目的。

参照图5，一种循环使用的纳米纤维过滤网的制备方法，包括有以下步骤：

a.将支撑架支撑的过滤支撑网格放置于导电收集电极上；

b.启动纺丝装置，即上述的制备装置，如图2所示，在纺丝喷头和导电收集电极上接入高压电源，使纺丝喷头和导电收集电极之间形成高压电场；

c.通过图像处理单元采集过滤支撑网格的位置、形状和尺寸；

d.控制单元根据图像处理单元采集的数据计算喷印轨迹；

e.控制单元根据上述喷印轨迹驱动运动导轨移动，从而使纺丝喷头相对于过滤支撑网格按照一定的运动轨迹进行喷印。

所述控制单元可根据过滤支撑网格的位置、形状和尺寸计算出相应的喷印轨迹，此外还可根据用户的规划计算出相应的喷印轨迹，将纳米纺丝在过滤支撑网格上喷印成特定的图案。

进一步作为优选的实施方式，所述支撑架和过滤支撑网格均由非导电材料制成。

进一步作为优选的实施方式，对于达到使用期限的纳米纤维过滤网，首先清洗掉过滤支撑网格上的纳米纤维膜，然后执行步骤a-e，从而实现循环利用。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以作出种种的等同变换或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。