本發(fā)明涉及納米纖維膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及納米纖維膜的制備裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

納米纖維近幾年一直是各行各業(yè)的研究熱點(diǎn)，其主要原因在于納米纖維有較小的比表面積，使它的小尺寸效應(yīng)明顯、顯著的量子尺寸效應(yīng)，摻雜功能性納米顆粒可賦予納米纖維優(yōu)良的表面活性、防紫外、屏蔽電磁波等特點(diǎn)，這些獨(dú)特的效應(yīng)極大地擴(kuò)大了原料的應(yīng)用范圍，納米纖維的應(yīng)用已經(jīng)涉及到環(huán)境領(lǐng)域、材料領(lǐng)域、生物醫(yī)學(xué)、廢水離子吸收、功能服裝等多行業(yè)。因此納米纖維的研發(fā)與生產(chǎn)裝置一直在更新?lián)Q代，從原先的單針頭紡絲發(fā)展到多針頭紡絲，又從多針頭紡絲發(fā)展到無針頭紡絲(如氣泡紡絲、氣流氣泡紡絲等)，這些紡絲裝置在技術(shù)上的更新?lián)Q代，極大的提高了納米纖維的產(chǎn)量及其質(zhì)量，然而，目前無針頭紡絲技術(shù)已經(jīng)在產(chǎn)業(yè)化開發(fā)上有了很大的突破，但都或多或少存在這樣或者那樣的小缺點(diǎn)，如單純的氣泡紡絲雖然克服了針頭紡絲產(chǎn)量低、針頭容易堵塞等缺點(diǎn)，但仍然需要依靠較高的電壓(高壓電源)形成對紡絲液的高倍牽伸，但高壓電源需要我們對儀器的維護(hù)安全等有更高的要求；氣流氣泡紡絲依靠高壓氣流的作用形成對紡絲液的高倍牽伸，但氣流形成高壓時也需要對儀器的安全性有很高的要求。因此我們突破這兩種紡絲方法的缺陷，開發(fā)一種對電源和氣流要求都不高的新型靜電紡絲裝置，可用于開發(fā)多功能納米纖維或者納米纖維膜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種納米纖維膜的制備裝置，旨在改善現(xiàn)有的紡絲裝置對電壓和氣流都很高的問題。

本發(fā)明還提供了一種納米纖維膜的制備系統(tǒng)，該系統(tǒng)的制得的納米纖維膜性能好，且系統(tǒng)的安全性高。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種納米纖維膜的制備裝置，包括儲液桶、紡絲盤、帶動紡絲盤進(jìn)行升降運(yùn)動的升降桿、收集板、噴氣機(jī)構(gòu)以及靜電發(fā)生器，升降桿設(shè)置于儲液桶內(nèi)，升降桿的一端與儲液桶的底部連接，升降桿的另一端與紡絲盤連接，紡絲盤設(shè)置有多個附著孔，收集板設(shè)置于紡絲盤的上方，收集板連接有第二電極；靜電發(fā)生器連接有第一電極，第一電極遠(yuǎn)離靜電發(fā)生器的一端位于紡絲盤的上方，當(dāng)升降桿帶動紡絲盤上升至最高位置時，噴氣機(jī)構(gòu)的噴氣口由下朝上與多個附著孔對應(yīng)，紡絲盤與第一電極接觸。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，噴氣機(jī)構(gòu)包括漸擴(kuò)管，漸擴(kuò)管的大口為噴氣口。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，漸擴(kuò)管的數(shù)量至少為2，其圍繞儲液桶均勻分布。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，漸擴(kuò)管數(shù)量為4，紡絲盤為圓形，紡絲盤的直徑為10-11cm，噴氣口的口徑為1-1.5cm。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，儲液桶具有圓柱形的內(nèi)腔，內(nèi)腔的橫截面的直徑與紡絲盤的直徑相同。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，漸擴(kuò)管與紡絲盤之間的夾角為30°-60°。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，靜電發(fā)生器的可控電壓范圍為10-15kv。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，附著孔的孔徑為0.8-1.2cm。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，儲液桶底部設(shè)置有液面提升臺，升降桿包括活動桿和套筒，活動桿設(shè)置于套筒內(nèi)，液面提升臺設(shè)置有置桿腔，套筒設(shè)置于置桿腔內(nèi)。

一種納米纖維膜的制備系統(tǒng)，包括上述的納米纖維膜的制備裝置。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過上述設(shè)計得到的納米纖維膜的制備裝置，使用時，由于采用靜電發(fā)生器在進(jìn)行紡絲時產(chǎn)生瞬時高壓電，相比較現(xiàn)有的紡絲裝置，其安全性能好，且該裝置對氣壓的要求不高，只要能夠達(dá)到將將在附著孔形成的液膜吹脫即可，而因為不需采用高壓電源以及太高氣壓，故設(shè)備穩(wěn)定性好，制得的納米纖維膜品質(zhì)好。上述設(shè)計得到的納米纖維膜的制備系統(tǒng)，由于其包括本發(fā)明所提供的納米纖維膜的制備裝置，故其制得的納米纖維膜性能好，且系統(tǒng)的安全性高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施方式的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的納米纖維膜的制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中升降桿上升到與第一電極接觸時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是納米纖維膜的制備裝置工作室的示意圖；

圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的納米纖維膜的制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖標(biāo)：100-納米纖維膜的制備裝置；110-儲液桶；111-內(nèi)腔；120-紡絲盤；121-附著孔；130-升降桿；140-收集板；150-噴氣機(jī)構(gòu)；151-漸擴(kuò)管；153-噴氣口；161-第一電極；162-第二電極；163-靜電發(fā)生器；170-機(jī)架；171-漸擴(kuò)管固定件；181-控制按鈕；10-紡絲液量；200-納米纖維膜的制備裝置；220-紡絲盤；230-升降桿；231-套筒；232-活動桿；290-液面提升臺；291-置桿腔；20-紡絲液量。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施方式的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施方式中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施方式中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施方式是本發(fā)明一部分實(shí)施方式，而不是全部的實(shí)施方式。基于本發(fā)明中的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施方式，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施方式的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施方式。基于本發(fā)明中的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施方式，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“上”、“下”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的設(shè)備或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

第一實(shí)施例

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種納米纖維膜的制備裝置100，其包括儲液桶110、紡絲盤120、帶動紡絲盤120進(jìn)行升降運(yùn)動的升降桿130、收集板140、噴氣機(jī)構(gòu)150以及靜電發(fā)生器163。

具體地，結(jié)合圖2所示，升降桿130設(shè)置于儲液桶110內(nèi)，升降桿130的一端與儲液桶110的底部連接，升降桿130的另一端與紡絲盤120連接，紡絲盤120設(shè)置有多個附著孔121，收集板140設(shè)置于紡絲盤120的上方，收集板140連接有第二電極162；靜電發(fā)生器163連接有第一電極161，第一電極161遠(yuǎn)離靜電發(fā)生器163的一端位于紡絲盤120的上方。

啟動升降桿130，當(dāng)升降桿130帶動紡絲盤120上升至最高位置時，噴氣機(jī)構(gòu)150的噴氣口153由下朝上與多個附著孔121對應(yīng)，紡絲盤120與第一電極161接觸。需要指出的是，紡絲盤120與收集板140均導(dǎo)電。

納米纖維膜的制備方法，以制備醋酸纖維素納米纖維膜為例：首先制備紡絲液，將醋酸纖維素按照濃度為12％加入到復(fù)合溶劑中，以醋酸纖維素質(zhì)量為基準(zhǔn)，納米銀、石墨烯氧化物、碳納米管的添加含量均為醋酸纖維素質(zhì)量的5％，磁力攪拌12小時配制復(fù)合紡絲溶液，并用超聲波振蕩器震蕩2-3小時，以保證功能納米級顆粒分子在紡絲液中的均勻分配。

參考附圖1-3所示，當(dāng)需要進(jìn)行紡絲時，向儲液桶110內(nèi)加入紡絲液，此時升降桿130處于收縮狀態(tài)，紡絲液加至液面淹沒紡絲盤120，然后打開控制按鈕181啟動升降桿130，升降桿130帶動紡絲盤120一起上升，當(dāng)紡絲盤120脫離紡絲液液面時，附著孔121處形成紡絲液薄膜，當(dāng)紡絲盤120上升至與第一電極161接觸距離儲液桶11010-12cm時，第二電極162接地極，通電后第一電極161與第二電極162電性相異，使得收集板140與紡絲盤120之間形成靜電場，此時啟動噴氣機(jī)構(gòu)150，使噴氣口153從下至上向附著孔121吹氣，紡絲液薄膜破碎成微米級的液滴，使液滴在高壓靜電場與氣流的雙重作用下拉伸成所需規(guī)格的納米纖維，并最終附著于收集板140的下表面。

最終可得到含納米銀、石墨烯氧化物、碳納米管三種功能納米顆粒的醋酸纖維素納米纖維，沉積24小時后，在收集板140上聚集成集抗菌、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等多種功能于一體的醋酸纖維素納米纖維膜。

需要注意的是，漸擴(kuò)管151噴吹時間與紡絲盤120上升到最高點(diǎn)的停留時間要相互一致，停留時間控制在10秒以內(nèi)，當(dāng)紡絲盤120下降或上升的過程中漸擴(kuò)管151噴吹過程暫停；升降桿130的上升高度是一定的，但下降的高度是可控的，主要是為了配合儲液桶110內(nèi)紡絲液的深度。

上述設(shè)計，由于采用靜電發(fā)生器163在進(jìn)行紡絲時產(chǎn)生瞬時高壓電，相比較現(xiàn)有的紡絲裝置，其安全性能好，且該裝置對氣壓的要求不高，只要能夠達(dá)到將將在附著孔121形成的液膜吹脫即可，而因為不需采用高壓電源以及太高氣壓，故設(shè)備穩(wěn)定性好，制得的納米纖維膜品質(zhì)好。

進(jìn)一步地，為了能夠使最終得到的納米纖維膜物理性能更好，收集板140與紡絲盤120上升到最高處時的距離為18-20cm。

進(jìn)一步地，納米纖維膜的制備裝置100還包括機(jī)架170，儲液桶110、收集板140、噴氣機(jī)構(gòu)150以及靜電發(fā)生器163均安裝于機(jī)架170。將上述結(jié)構(gòu)均設(shè)置于機(jī)架170上便于納米纖維膜的制備裝置100更好工作，也便于納米纖維膜的制備裝置100整體移動。

進(jìn)一步地，靜電發(fā)生器163的可控電壓范圍為10-15kv，不同電壓下拉伸處的納米纖維規(guī)格不同，根據(jù)所要拉伸的納米纖維的規(guī)格選擇不同的電壓，但電壓超出或低于此范圍內(nèi)拉伸處的纖維性能差，則難以指出優(yōu)質(zhì)纖維膜。

進(jìn)一步地，噴氣機(jī)構(gòu)150包括漸擴(kuò)管151，漸擴(kuò)管151的大口為噴氣口153。需要注意的是，在開啟噴氣機(jī)構(gòu)150時，保持漸擴(kuò)管151內(nèi)氣壓小于5kpa。

漸擴(kuò)管151為沿長度方向直徑逐漸變大或變小的異徑管，呈喇叭形。由于漸擴(kuò)管151呈喇叭形，其能夠?qū)饬鞲蠓秶稚娤蚣徑z盤120。

進(jìn)一步地，漸擴(kuò)管151的數(shù)量至少為2，其圍繞儲液桶110均勻分布。多個漸擴(kuò)管151以盡量將紡絲液都從紡絲盤120上吹脫，提高納米纖維膜的產(chǎn)率。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例例中，漸擴(kuò)管151的數(shù)量為4，其分別圍繞儲液桶110均勻分布，當(dāng)啟動噴氣機(jī)構(gòu)150時，該四個漸擴(kuò)管151同時朝向紡絲盤120噴氣。

需要說明的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，漸擴(kuò)管151的數(shù)量可以是兩個、三個或者四個以上。

具體地，紡絲盤120為圓形，紡絲盤120的直徑為10-11cm，噴氣口153的口徑為1-1.5cm。當(dāng)漸擴(kuò)管151的數(shù)量為4個，紡絲盤120的形狀和尺寸以及噴氣口153的口徑如上述時，其能夠保證將附著于紡絲盤120上的紡絲液完全吹離。

漸擴(kuò)管151設(shè)置的越多越能確保附著于附著孔121上的紡絲液被完全吹離。但漸擴(kuò)管151設(shè)置過多則裝置生產(chǎn)過程中所用材料也就越多，生產(chǎn)成本也就越大，當(dāng)設(shè)置4個漸擴(kuò)管151，紡絲盤120的形狀和尺寸以及噴氣口153的口徑如上述時，即能夠確保附著孔121上附著的紡絲液被全部吹離至收集板140又能使生產(chǎn)成本降到最小。

需要指出的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，根據(jù)實(shí)際使用需要，紡絲盤120還可以是其他形狀，而紡絲盤120的直徑以及噴氣口153的口徑也可以根據(jù)生產(chǎn)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步地，機(jī)架170設(shè)置有用于固定漸擴(kuò)管151的漸擴(kuò)管固定件171，其數(shù)量與漸擴(kuò)管151的數(shù)量相對應(yīng)。設(shè)置漸擴(kuò)管固定件171后將漸擴(kuò)管151固定住，放置噴氣機(jī)構(gòu)150啟動時氣壓過大造成漸擴(kuò)管151位移。

進(jìn)一步地，漸擴(kuò)管151與紡絲盤120之間的夾角為30°-60°。當(dāng)紡絲盤120上升至與第一電極161接觸時，漸擴(kuò)管151位于紡絲盤120下方與紡絲盤120之間成30°-60°夾角，此角度下能夠使?jié)u擴(kuò)管151更大面積向紡絲盤120吹出氣流。

進(jìn)一步地，附著孔121的孔徑為0.8-1.2cm，附著孔121直徑不同以適合不同性質(zhì)的紡絲液，例如某些紡絲液的黏度高一點(diǎn)則可以選附著孔121大一點(diǎn)的裝置，某些紡絲液黏度小一些則可以選擇附著孔121小一點(diǎn)的裝置。

進(jìn)一步地，儲液桶110具有圓柱形的內(nèi)腔111，內(nèi)腔111的橫截面的直徑與紡絲盤120的直徑相同。

上述設(shè)計使得，紡絲盤120位于內(nèi)腔111中時，紡絲盤120的邊緣與內(nèi)腔111對應(yīng)的儲液桶110的內(nèi)壁貼合，紡絲盤120與儲液桶110的內(nèi)壁之間無空隙，能夠大大節(jié)約內(nèi)腔111的空間，減小儲液桶110中紡絲液的儲備量。

第二實(shí)施例

本發(fā)明實(shí)施例所提供的納米纖維膜的制備裝置200，其實(shí)現(xiàn)原理及產(chǎn)生的技術(shù)效果和第一實(shí)施例相同，為簡要描述，本實(shí)施例未提及之處，可參考第一實(shí)施例中相應(yīng)內(nèi)容。

請參照附圖3所示，儲液桶110底部設(shè)置有液面提升臺290，升降桿130包括活動桿232和套筒231，活動桿232設(shè)置于套筒231內(nèi)，液面提升臺290設(shè)置有置桿腔291，套筒231設(shè)置于置桿腔291內(nèi)。

升降桿130可以選用液壓式升降桿130。設(shè)置液面提升臺290能夠占據(jù)紡絲盤220以下的空間，減少紡絲液的進(jìn)入量，也能避免紡絲液的浪費(fèi)。對比圖3和圖4，第一實(shí)施例提供的納米纖維膜的制備裝置100的紡絲液量10很明顯多與第二實(shí)施例提供的納米纖維膜的制備裝置200的紡絲液量20。

綜上所述，本發(fā)明所提供的納米纖維膜的制備裝置由于采用靜電發(fā)生器在進(jìn)行紡絲時產(chǎn)生瞬時高壓電，相比較現(xiàn)有的紡絲裝置，其安全性能好，且該裝置對氣壓的要求不高，只要能夠達(dá)到將將在附著孔形成的液膜吹脫即可，而因為不需采用高壓電源以及太高氣壓，故設(shè)備穩(wěn)定性好，制得的納米纖維膜品質(zhì)好。

故本發(fā)明提供的納米纖維膜具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、采用新型的薄膜紡絲技術(shù)，整個薄膜靜電紡絲過程的一致性與均勻性較高，在一定程度上保留針頭紡絲的優(yōu)點(diǎn)；2、與現(xiàn)有的很多靜電紡絲技術(shù)相比，采用的高壓電源相對較低，采用的氣流的負(fù)壓相對偏小，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全系數(shù)較高；3、氣泡靜電紡技術(shù)過程需要嚴(yán)格控制好氣流大小以形成均勻的氣泡，但實(shí)際因受溶液性質(zhì)的影響及流體作用，氣泡的大小無法做到很均勻，因此與目前氣泡靜電紡技術(shù)相比，本技術(shù)能夠嚴(yán)格控制好薄膜的厚度，也能在產(chǎn)量上有所突破。

本發(fā)明還提供了一種納米纖維膜的制備系統(tǒng)，其包括本發(fā)明所提供的納米纖維膜的制備裝置，由于其包括本發(fā)明所提供的納米纖維膜的制備裝置，故其制得的納米纖維膜性能好，且系統(tǒng)的安全性高。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。