气泡静电纺丝装置的制作方法

本实用新型涉及一种气泡静电纺丝装置，属于气泡静电纺丝领域。

背景技术：

微纳米纤维具有尺寸小，比表面积大，纤维连续性好，理化性能优异等优点，广泛的应用于电子、生物医药、环境、传感器、纺织、能源、军事国防等领域。随着社会和科技的不断发展，对纳米纤维的需求也越来越强烈，制备高性能、多功能的复合型的纳米纤维材料已成为当前静电纺丝领域的研究热点。智能化、功能化、超能化、绿色化的材料是当代材料的发展方向。以纳米粒子为基础单元，自上而下的组装纳米阵列、纳米网络和纳米结构，是新材料、微电子、生命科学和药学领域取得突破的关键技术之一。当材料在分子级的纳米尺度上有序时，可以进一步提高复合材料的机械性能、热学性能、化学性能、光学性能、磁性能等，使材料具有特殊的物理化学结构、性能和用途，实现材料的智能化、功能化、超能化、绿色化。具有纳米级层次结构的复合材料，可以展现出材料很多优异的特性，这是非层次结构无法实现的。

目前制造复合纳米纤维的方法有很多，气泡静电纺丝法是一种工艺简单、成本低廉、效率高、产量大的制备纳米纤维的方法。通过气流在溶液表面形成单个或多个有规律的气泡，在气泡破裂后通过高压静电作用形成无数的射流，从而产生大量的纳米纤维。但是目前气泡静电纺丝技术制备纳米纤维复合材料时存在纺丝液暴露在空气中导致溶液性质发生变化从而降低纺丝效率，多气泡之间产生影响，不同性质和功能的溶液不能很好的混合、生成的复合纤维大分子无序等问题。

针对以上问题，有必要提供一种制备大分子有序的纳米复合材料的装置，从而控制纺丝过程复合纤维大分子的取向，进一步优化复合纳米纤维材料的性能，实现分子有序的复合纳米纤维高效生产。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种能够对纺丝过程中纳米纤维中大分子有序控制，同时可以实现多种纺丝溶液共纺，获得复合纳米纤维的气泡静电纺丝装置。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种气泡静电纺丝装置包括喷头装置、注射装置、气泵装置、接收装置和高压静电装置，所述喷头装置包括导气管和套接在所述导气管外部的溶液输送管，所述溶液输送管包括至少一个输送通道，当输送通道为2个及2个以上时，在相邻的输送通道之间设置有隔板，所述注射装置与所述溶液输送管连接，所述气泵装置与所述导气管连接，所述高压静电装置分别与所述喷头装置及所述接收装置连接。

进一步地，所述溶液输送管包括4个通过不同的纺丝溶液的输送通道。通过在不同的输送管道中通入不同的纺丝溶液，可以防止不同的纺丝溶液混合时间较长而影响纺丝质量，又能实现不同纺丝溶液的结合纺丝，改善纳米纤维的性能。

进一步地，所述气泡静电纺丝装置包括设置在所述溶液输送管外侧的延伸部，所述延伸部内开设有以所述导气管的轴线为轴对称设置的导气通道，两侧的导气通道的延长线的交点在所述导气管的轴线上，所述导气通道被定义有进气口和出气口，所述出气口朝向所述溶液输送管。

进一步地，所述气泡静电纺丝装置还包括鼓风装置，所述鼓风装置与所述进气口连通。

进一步地，所述导气管内部为圆形，且所述导气管的内径小于3mm，所述溶液输送管内径为1mm导气管的内径为2mm。

进一步地，所述高压静电装置的正极与所述溶液输送管连接所述高压静电装置的负极与所述接收装置连接。

进一步地，所述溶液输送管为金属管。

进一步地，所述溶液输送管的高度大于10cm。

进一步地，所述接收装置为滚筒式接收装置或平板式接收装置。

进一步地，所述导气管和所述溶液输运管的外壁均为圆形。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型涉及的气泡静电纺丝装置，将溶液输液管进行分区，不同的纺丝液放置于不同的输运管中，在气流和电场力的作用下喷头装置处气泡破裂，形成复合射流，形成了分子有序的复合纳米纤维，通过调整纺丝喷头装置中溶液输送管的长度和内径来控制大分子的运输过程，通过长程内持久的层流使大分子有序，控制纳米纤维中分子的方向，提高了纤维的结晶度，从而优化材料的各项性能。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本实用新型气泡静电纺丝装置的结构示意图。

图2为图1中输送管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

参照图1-图2，在本实用新型一较佳实施例中的气泡静电纺丝装置包括喷头装置1、注射装置2、气泵装置3、接收装置4和高压静电装置5，所述喷头装置1包括导气管11和套接在所述导气管11外部的溶液输送管12，所述溶液输送管12包括至少一个输送通道121，当输送通道121为2个及2个以上时，在相邻的输送通道121之间设置有隔板122，所述注射装置2与所述溶液输送管12连接，所述气泵装置3与所述导气管11连接，所述高压静电装置5分别与所述喷头装置1及所述接收装置4连接。

在上述实施例中，所述溶液输送管12包括4个通过不同的纺丝溶液的输送通道121。通过在不同的输送管道121中通入不同的纺丝溶液，可以防止不同的纺丝溶液混合时间较长而影响纺丝质量，又能实现不同纺丝溶液的结合纺丝，改善纳米纤维的性能。

在上述实施例中，气泡静电纺丝装置包括设置在溶液输送管12外侧的延伸部6，延伸部6内开设有以导气管11的轴线为轴对称设置的导气通道61，两侧的导气通道61的延长线的交点在导气管11的轴线上，导气通道61被定义有进气口611和出气口612，出气口612朝向溶液输送管，气泡静电纺丝装置还包括鼓风装置(未图示)，鼓风装置与进气口611连通。

在上述实施例中，导气管11的内部为圆形，导气管11内径小于3mm，在实际实施过程中，在具体实施的过程中，导气管11内径为2mm，导气管11和溶液输运管12的外壁均为圆形。

在上述实施例中，高压静电装置5的正极与溶液输送管12连接，高压静电装置5的负极与接收装置4连接，溶液输送管12为金属管。

在上述实施例中，接收装置4为滚筒式接收装置或平板式接收装置。

在具体使用过程中，本实用新型通过控制喷头装置1的长度和内径来控制大分子的运输过程，纺丝喷头中的溶液输运管的长度很长且极细窄，溶液在喷头中的运输过程变长，在溶液输运管中靠近管壁的分子运动速度小于管中心处的分子运动，大分子8的运动速度从管壁到管中心逐渐增大(分子在管中的速度分布9)，大分子8在溶液输运管12中喷头内部形成了长程持久的层流，管中的速度差使分子逐渐被拉直，从而变得有序，在溶液管输运过程中完成自组装，在气泡7中大分子8沿着气泡纵向有序的排列在气泡7中，使形成的纳米纤维中分子有序，有效的控制纳米纤维中分子的取向。

当纺丝液泵进溶液输送管12后，纺丝液随狭缝流向喷头装置1的喷嘴。在流动过程中，溶液输送管中间速度最大，在溶液输送管12内壁和靠近导气管11外壁速度最小。大分子随着狭缝中的流动，排列变得越来越有序。当在喷嘴端口处形成气泡时，能充分保证气泡7底部大分子8的有序排列。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型涉及的气泡静电纺丝装置，将溶液输液管12进行分区，不同的纺丝液放置于不同的输运管中，在气流和电场力的作用下喷嘴处气泡破裂，形成复合射流，形成了分子有序的多种纺丝溶液混纺的复合纳米纤维，通过调整喷头装置1中溶液输送管12的长度和内径来控制大分子的运输过程，通过长程内持久的层流使大分子有序，控制纳米纤维中分子的方向，提高了纤维的结晶度，从而优化材料的各项性能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。