本發明屬于靜電紡絲技術領域，涉及一種往復給液式無噴嘴靜電紡絲裝置，本發明還涉及利用上述裝置制備納米纖維膜的方法。

背景技術：

納米纖維由于比表面積大，導致其表面能和表面活性增大，從而產生了小尺寸效應、表面或界面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等，在光學、電學、磁學以及熱學等方面表現出優異的性質，在物理、化學、電子和材料等領域得到廣泛關注。目前，在多種制備納米纖維的方法中，靜電紡絲法以操作簡單、適用范圍廣等優點而被廣泛使用。

目前傳統靜電紡絲技術最大的缺點是采用單根針頭作為噴絲頭，一般一根針頭只能產生一束射流，噴射效率很低，無法滿足多種應用要求，因此如何實現批量化制造納米纖維是靜電紡絲技術獲得工業應用的關鍵。到目前為止，提高納米纖維產量的技術主要包括多噴嘴靜電紡絲技術、無噴嘴靜電紡絲技術、氣流輔助多噴嘴靜電紡絲技術和離心靜電紡絲技術等。

其中，多噴嘴靜電紡絲技術和無噴嘴靜電紡絲技術是實現納米纖維批量化生產的主要途徑，因此關于這方面的研究較多。但是對于多噴嘴靜電紡絲裝置，各針尖尖端電場相互影響，纖網均勻性難以保證，且噴頭容易堵塞，使生產無法連續進行。所以我們更多的關注無針頭多射流靜電紡，其能明顯地改善有針靜電紡中針頭易阻塞的缺點，且能夠更大限度地提高靜電紡纖維的產量。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種往復給液式無噴嘴靜電紡絲裝置，解決了現有多噴嘴靜電紡絲過程中噴絲頭易堵塞的問題。

本發明的另一目的是提供利用上述一種往復給液式無噴嘴靜電紡絲裝置制備納米纖維膜的方法。

本發明所采用的技術方案是，一種往復給液式無噴嘴靜電紡絲裝置，包括空心槽筒和設置于空心槽筒腔體內的氣囊，氣囊開口與空心槽筒一端連接，空心槽筒與氣囊開口連接的一端設置有電子氣泵，空心槽筒另一端與儲液槽連接，且與儲液槽相通；儲液槽相對的兩個側壁上均設置有導絲塊，導絲塊之間設置有不銹鋼絲，不銹鋼絲一端與直流高壓發生器正極連接，儲液槽上方設置有收集簾，收集簾接地。

本發明的特點還在于，

導絲塊高于儲液槽與槽筒的連接處，導絲塊所在的其中一個側壁與空心槽筒連接。

導絲塊中空，導絲塊上設置有孔眼，不銹鋼絲經孔眼相互平行排布。

本發明所采用的另一技術方案是，一種制備納米纖維膜的方法，所采用的一種往復給液式無噴嘴靜電紡絲裝置，包括空心槽筒和設置于空心槽筒腔體內的氣囊，氣囊開口與空心槽筒一端連接，空心槽筒與氣囊開口連接的一端設置有電子氣泵，空心槽筒另一端與儲液槽連接，且與儲液槽相通；儲液槽相對的兩個側壁上均設置有導絲塊，導絲塊之間設置有不銹鋼絲，不銹鋼絲一端與直流高壓發生器正極連接，儲液槽上方設置有收集簾，收集簾接地；

導絲塊高于儲液槽與槽筒的連接處，導絲塊所在的其中一個側壁與空心槽筒連接；

導絲塊中空，導絲塊上設置有孔眼，不銹鋼絲經孔眼相互平行排布；

具體按照以下步驟實施：

將紡絲液注入儲液槽中，控制環境溫度和濕度，調節不銹鋼絲與收集簾的距離，開啟電子氣泵，調節輸送氣體的總量和速度，開啟直流高壓發生器，調節外加電壓，在電場力的作用下，不銹鋼絲上涂覆的紡絲液產生射流，射流固化形成納米纖維沉積在收集簾上，經過一定時間的紡絲后即得到納米纖維膜。

本發明的特點還在于，

環境溫度為室溫，相對濕度范圍為40％～60％。

不銹鋼絲與收集簾的垂直距離為100mm～300mm。

外加電壓為10kV～30kV。

電子氣泵開啟前，儲液槽中紡絲液與不銹鋼絲處于一種絕對接近但未相互接觸的狀態。

電子氣泵輸送氣體的總量和速度，以使氣囊產生穩定的體積變化，并且在氣囊體積最大時紡絲液與不銹鋼絲充分接觸為準。

本發明的有益效果是，

1.本發明裝置結構簡單，操作便利，采用無噴嘴靜電紡絲裝置可有效提高納米纖維膜的產量；

2.本發明使用不銹鋼絲作為載體，并在紡絲過程中保持固定不動的狀態，控制條件要求較低，可有效提高納米纖維的細度均勻性；

3.本發明采用電子氣泵以一定速率周期性充氣抽氣來控制氣泵的充滿狀態，持續調節液面高度，使紡絲可持續不間斷進行。

附圖說明

圖1是本發明一種往復給液式無噴嘴靜電紡絲裝置的結構示意圖。

圖中，1.氣囊，2.空心槽筒，3.電子氣泵，4.儲液槽，5.不銹鋼絲，6.導絲塊，7.直流高壓發生器，8.收集簾。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

本發明一種往復給液式無噴嘴靜電紡絲裝置其結構如圖1所示，包括空心槽筒2和設置于空心槽筒2腔體內的氣囊1，氣囊1開口與空心槽筒2一端連接，空心槽筒2與氣囊1開口連接的一端設置有電子氣泵3，空心槽筒2另一端與儲液槽4連接，且與儲液槽4相通；儲液槽4相對的兩個側壁上均設置有導絲塊6，導絲塊6之間設置有不銹鋼絲5，不銹鋼絲5一端與直流高壓發生器7正極連接，儲液槽4上方設置有收集簾8，收集簾8接地。

其中導絲塊6所在的其中一個側壁與空心槽筒2連接，導絲塊6高于儲液槽4與槽筒2的連接處。

導絲塊6中空，導絲塊6上設置有孔眼，不銹鋼絲5經孔眼相互平行排布。

采用上述往復給液式無噴嘴靜電紡絲裝置制備納米纖維膜，具體按照以下步驟實施：

將紡絲液注入儲液槽4中，控制環境溫度為室溫，相對濕度范圍為40％～60％，調節不銹鋼絲5與收集簾8的距離為100mm～300mm，開啟電子氣泵3，調節輸送氣體的總量和速度，使得氣囊1產生穩定的體積變化，并且保證在氣囊1體積最大時紡絲液與不銹鋼絲5充分接觸；然后開啟直流高壓發生器7，調節外加電壓為10kV～30kV，在電場力的作用下，不銹鋼絲5上涂覆的紡絲液產生射流，射流固化后形成的納米纖維沉積在收集簾8上，經過一定時間的紡絲后即得到納米纖維膜。

紡絲過程中，不銹鋼絲5與紡絲液液面平行。電子氣泵3開啟前，儲液槽4中紡絲液與不銹鋼絲5處于一種絕對接近但未相互接觸的狀態；由于儲液槽4、空心槽筒2和電子氣泵3之間緊密連接，同時氣囊1內部與電子氣泵3構成一個封閉的空間，電子氣泵3啟動之后，開始對氣囊1充氣，使氣囊1內氣體增多，體積變大，使槽筒2內紡絲液逐漸向儲液槽4中移動，從而導致儲液槽4中紡絲液面升高，使紡絲液面與不銹鋼絲5接觸，接觸之后調節電子氣泵3抽出一定量氣體，氣囊1體積變小，部分紡絲液再次返回槽筒2中，同時使紡絲液面與不銹鋼絲5分離。在不銹鋼絲5與液面分離后，不銹鋼絲5的的表面會包覆一層較薄的溶液，進而在電場力的作用下使得溶液層形成凸起，最后產生納米纖維。如此通過調節電子氣泵3來控制氣囊1的充滿狀態，使紡絲液以一定速率升降，從而與不銹鋼絲5不斷接觸、分離，實現納米纖維膜的制備。

本發明使用不銹鋼絲作為載體，并在紡絲過程中保持固定不動的狀態，控制條件要求較低，可有效提高納米纖維的細度均勻性；本發明采用電子氣泵以一定速率周期性充氣抽氣來控制氣泵的充滿狀態，持續調節液面高度，使紡絲可持續不間斷進行。由于采用無噴頭靜電紡絲裝置進行紡絲，有效提高了納米纖維膜的產量。

實施例1

將聚丙烯腈(PAN)溶解在溶劑N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，配置成濃度為12wt％的紡絲溶液。在室溫和相對濕度為40％的環境下，將紡絲液注入到儲液槽4中，不銹鋼絲5與收集簾8的垂直距離為100mm，開啟直流高壓發生器7，逐漸增加電壓，直到靜電紡射流剛好形成，此時電壓為10kV，納米纖維沉積在收集簾8上，紡絲時間為1小時，得到了厚度均勻的納米纖維膜。實驗結果表明，利用此設備紡絲，納米纖維的單位時間產量相比于單針頭靜電紡絲提高了70倍，同時有效改善了纖維的細度均勻性。

實施例2

將聚乙烯醇(PVA)1788型粉末溶解于70℃蒸餾水中，配成濃度為12wt％的紡絲液；在室溫和相對濕度為60％的環境下，將紡絲液注入到儲液槽4中，不銹鋼絲5與收集簾8的垂直距離為300mm，開啟直流高壓發生器7，逐漸增加電壓，直到靜電紡射流剛好形成，此時電壓為30kV，納米纖維沉積在收集簾8上，紡絲時間為1小時，得到了厚度均勻的納米纖維膜。實驗結果表明，利用此設備紡絲，納米纖維的單位時間產量相比于單針頭靜電紡絲提高了100倍，同時有效改善了纖維的細度均勻性。

實施例3

將聚氧化乙烯(PEO)溶解在60℃蒸餾水中，配置成濃度為15wt％的紡絲液。在室溫和相對濕度為50％的環境下，將紡絲液注入到儲液槽4中，不銹鋼絲5與收集簾8的垂直距離為200mm，開啟直流高壓發生器7，逐漸增加電壓，直到靜電紡射流剛好形成，此時電壓為20kV，納米纖維沉積在收集簾8上，紡絲時間為1小時，得到了厚度均勻的納米纖維膜。實驗結果表明，利用此設備紡絲，納米纖維的單位時間產量相比于單針頭靜電紡絲提高了80倍，同時有效改善了纖維的細度均勻性。