CN106835305A - 一种气泡液膜纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气泡液膜纺丝装置，该纺丝装置通过在储液池中设置铜柱以实现支撑作用，首先气泡依靠铜柱延展液膜，之后铜柱之间及铜柱与储液池内壁之间延展形成更大的液膜，使气泡液膜表面积增大很多倍，并且铜柱增加了气泡液膜导电性，在电场力作用下拉伸气泡液膜进行纺丝，可实现微米或纳米纤维的高效率、低耗能、连续化生产；生产效率高，生产成本低。该纺丝装置为无针纺丝，不会出现纤维堵塞纺丝喷头的现象，且不会造成溶液污染，溶液聚合物可选范围大，比较灵活，同时保证了工作环境的安全。

Description

一种气泡液膜纺丝装置

技术领域

本发明属于纺丝技术领域，具体涉及一种气泡液膜纺丝装置。

背景技术

纳米纤维的批量化生产是最近几年的一个热点和难点方向，传统制备超细纤维和纳米纤维最直接也是最基本的方法是静电纺丝方法。静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝，以制备纳米级的纤维丝。

目前，实验室和工业界制备纳米纤维均广泛采用单喷头或多喷头针筒式静电纺或者无针静电纺纳米纤维的装置，但传统的纳米静电纺丝技术存在一些缺陷，具体如下：

针筒式静电纺方法制备纳米纤维的产量非常低，很难实现工业化的批量生产。而且作为喷丝孔的微孔针的孔径较小，使用时极易被阻塞，需频繁更换及清洗喷丝孔，且清洗起来也比较困难，因而导致了纺丝生产效率低下，根本无法进行规模化生产，更无法满足产品应用的要求。

无针静电纺丝产量大，但为了得到极高分子量的聚合物纳米纤维，必须加很高的静电。然而，当电压高于十几万伏特时，空气容易被击穿，对实验室人员的生命安全造成很大的威胁。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种气泡液膜纺丝装置，以克服上述缺陷，实现纳米纤维的规模化生产，且保证生产安全。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种气泡液膜纺丝装置，通过在储液池内设置铜柱以支撑，使得气泡依靠铜柱延展液膜，有效增大气泡液膜表面积，实现纳米纤维的规模化生产，且保证生产安全。

根据本发明的目的提出的一种气泡液膜纺丝装置，包括纤维发生装置与接收装置，所述纤维发生装置包括储液池、分别与储液池连通的高压静电发生器与气泡发生器，其特征在于，所述纤维发生装置还包括设置于所述储液池内部的导电柱，所述导电柱朝向所述接收装置的一侧延伸；

储液池内的溶液经所述气泡发生器吹出气泡，气泡在气流的作用下沿所述导电柱外壁向上生长延展液膜；所述高压静电发生器通过一导电线连通至储液池内部，在电场力的作用下液膜被拉伸，溶液顶部喷射出的纳米纤维收集在所述接收装置上。

优选的，所述导电柱为垂直设置于所述储液池内的若干个，气泡在气流的作用下首先沿所述导电柱向上生长延展液膜，之后相邻导电柱之间及导电柱与储液池内壁间进一步延展形成液膜。

优选的，所述导电柱的长度均相等或部分相等或长短不一，所述导电柱尺寸由储液池边缘向中部逐渐递增或递减。

优选的，所述导电柱顶端为圆柱状或圆锥状结构，所述导电柱表面为光滑曲面或锯齿形结构。

优选的，所述导电柱的排列方式为均匀或者非均匀，排列形状为环状、矩阵状或自由状。

优选的，所述导电柱为铜柱，所述铜柱顶端距离储液池开口顶部0-10cm。

优选的，所述气泡发生器包括空气压缩机与导气管，所述导气管连通至所述储液池的底部；所述导气管横向水平设置，所述导气管的端部由横向转为竖直向上，形成开口向上的导出口，所述导出口开口直径范围为0—10cm，所述导出口的最下端与储液池底部的距离范围为0—10cm。

优选的，所述空气压缩机气流强度范围为10—1000L/min，所述空气压缩机上连接有N(1≤N≤1000)个导气管，当储液池为一个大储液池时，N个导气管均连通至所述大储液池内，当储液池包括一个大储液池与若干个分布于大储液池内的小单元储液池时，每一小单元储液池内至少连通有一个导气管。

优选的，所述储液池内部还插入有一导线管，所述导线管内部形成导线通道，高压静电发生器的导电线沿所述导线通道连通至所述储液池内，所述导电线外径与所述导线通道内径相匹配。

优选的，所述导线管最上端开口高于储液池最上端开口或至少高于液面设置。

与现有技术相比，本发明公开的气泡液膜纺丝装置的优点是：

该纺丝装置通过在储液池中设置导电柱以实现支撑作用，首先气泡依靠导电柱延展液膜，之后导电柱之间及导电柱与储液池内壁之间延展形成更大的液膜，使气泡液膜表面积增大很多倍，并且导电柱增加了气泡液膜导电性，在电场力作用下拉伸气泡液膜进行纺丝，可实现微米或纳米纤维的高效率、低耗能、连续化生产，为纳米纤维的规模化生产打下基础，生产效率高，生产成本低。且设备简单，易操作，适应性强，为满足大批量生产及产品应用等对纳米纤维及其相关产品的需求提供帮助。

该纺丝装置为无针纺丝，不会出现纤维堵塞纺丝喷头的现象，且不会造成溶液污染，溶液聚合物可选范围大，比较灵活，同时保证了工作环境的安全。

附图说明

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1为本发明公开的气泡液膜纺丝装置的结构示意图。

图2为图1中储液池的俯视图。

图3为实施例2中储液池的俯视图。

图中的数字或字母所代表的相应部件的名称：

1、储液池；2、导线管；3、导电线；4、高压静电发生器；5、接收装置；6、导出口；7、空气压缩机；8、导气管；9、铜柱；1-1、小单元储液池。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，传统的纳米静电纺丝技术存在一些缺陷，纺丝生产效率低下，无法进行规模化生产，更无法满足产品应用的要求。

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种气泡液膜纺丝装置，通过在储液池内设置导电柱以支撑，使得气泡依靠导电柱延展液膜，有效增大气泡液膜表面积，实现微纳米纤维的规模化生产，且保证生产安全。

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、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。

请参见图1，一种气泡液膜纺丝装置，包括纤维发生装置与接收装置，纤维发生装置包括储液池1、分别与储液池1连通的高压静电发生器4与气泡发生器，纤维发生装置还包括设置于储液池1内部的导电柱，导电柱朝向接收装置的一侧延伸；本发明中导电柱优选采用铜柱。

气泡发生器包括空气压缩机7与导气管8，导气管8连通至储液池1的底部。导气管插入储液池的一端形成气流导出口6，气流通过导气管输送并由导出口排出至储液池内，将储液池内的溶液吹出气泡。

具体使用时，储液池1内的溶液经气泡发生器吹出气泡，气泡在气流的作用下沿铜柱外壁向上生长延展液膜；高压静电发生器通过一导电线连通至储液池内部，在电场力的作用下液膜被拉伸，溶液顶部喷射出的纳米纤维收集在接收装置5上。

优选的，铜柱为垂直设置于储液池1内的若干个，气泡在气流的作用下首先沿铜柱向上生长延展液膜，之后相邻铜柱之间及铜柱与储液池内壁间进一步延展形成液膜。具体地，储液池1中的铜柱9最上端距离储液池1开口最上端高度范围为0—10cm，储液池1直径范围为0—300cm，储液池1深度范围为0—300cm，储液池1最上端开口与接收装置5之间的距离范围为0—100m，储液池1中的铜柱9数量范围为0—1000个。以上尺寸及数量根据需要而定，在此不做限制。

储液池内部溶液可为单种聚合物溶液或多种混合聚合物溶液。

铜柱9最上端可以为圆柱状或圆锥状尖端，表面为光滑曲面或者锯齿状，铜柱外表面还可为规则形状或不规则形状，排列形状可以是环状、矩阵状或者其他自由状。圆柱状最上端直径范围为0—10cm，圆锥状尖端最上端直径范围为0—5cm。通过采用圆锥状结构形式，可进一步提高气泡破碎率。以上形状及尺寸根据需要而定，在此不做限制。

此外，导电柱的长度可均相等或部分相等或长短不一，导电柱的尺寸可由储液池边缘向中部逐渐递增或递减。通过不同尺寸的设置可进一步的增大纺丝面积，提高纤维纺丝效率。

优选的，导气管8横向水平设置，导气管的端部由横向转为竖直向上，形成开口向上的导出口6，导气管8的直径范围为0—10cm，导出口开口直径范围为0—10cm，导出口的最下端与储液池底部的距离范围为0—10cm。

其中，导出口可为锥状结构，上端开口较底部小，通过调节空气压缩机，使得气流在导出口处进一步压缩后释放，使得导出口向上高速喷出气流，大量形成气泡，提高生产效率高。

优选的，空气压缩机7气流强度范围为10—1000L/min，空气压缩机7上连接有N(1≤N≤1000)个导气管8，当储液池为一个大储液池时，N个导气管均连通至该大储液池内，当储液池包括一个大储液池与若干个分布于大储液池内的小单元储液池1-1时，每一小单元储液池内至少连通有一个导气管8。

储液池1内部还插入有一导线管2，导线管内部形成导线通道，导线通道直径范围为0—5cm。高压静电发生器4的导电线3沿导线通道连通至储液池1内，导电线外径与导线通道内径相匹配，使导电线3正好通过，这样不会余留太多空间使溶液残余在导线通道中，避免了纺丝装置使用过程中的污染问题。

优选的，导线管最上端开口高于储液池1最上端开口或至少高于液面设置，利用连通器原理，避免了溶液从导线通道最上端渗出。

如图1所示，储液池1中的铜柱9在高压静电发生器4的作用下连接导电，这样导出口6处的初始气泡在气流的作用下沿着铜柱9生长，使气泡能够在铜柱9的支撑作用下连接，增大纺丝面积，延长了气泡的破裂时间，并且导电的铜柱增加了液膜导电性，大大提高了纺丝效率。

本发明气泡液膜纺丝装置的工作原理是：使用时首先将储液池1装满纺丝溶液，通过空气压缩机7外接的导气管8将气流从导出口6中瞬间集中作用于溶液，使溶液在导出口6处被吹成气泡，储液池1中初始气泡在气流的作用下沿着铜柱9生长，使气泡能够在铜柱9的支撑作用下连接。接通高压静电发生器4，气泡液膜通过导电线3的传输作用导电并被电场力拉伸，并且导电的铜柱增加了液膜导电性，最后，将得到的纳米纤维接收到接收装置5上。

实施例1

如图1、2所示，本发明在使用时首先将储液池1装满纺丝溶液，通过空气压缩机7外接的导气管8将气流从导出口6中瞬间集中作用于溶液，使溶液在导出口6处被吹成气泡，储液池1中初始气泡在气流的作用下沿着铜柱9生长，其中储液池1中铜柱9排列俯视图如图2所示，呈圆环状排列，使气泡能够在铜柱9的支撑作用下连接。接通高压静电发生器4，气泡液膜通过导电线3的传输作用导电并被电场力拉伸，并且导电的铜柱增加了液膜导电性。最后，将得到的纳米纤维接收到接收装置5上。

实施例2

如图3所示，其余与实施例1相同，不同之处在于，储液池分为多个不同的小单元储液池1-1，空气压缩机7外接7个导气管8，每个导气管8对应一个小单元储液池1-1，分别在多个小单元储液池上方形成纳米纤维丝。

此外，还可在纤维发生装置与接收装置之间设置金属圆环或磁铁，用以收敛射流，保证纳米纤维丝的有序性。

本发明公开了一种气泡液膜纺丝装置，该纺丝装置通过在储液池中设置铜柱以实现支撑作用，首先气泡依靠铜柱延展液膜，之后铜柱之间及铜柱与储液池内壁之间延展形成更大的液膜，使气泡液膜表面积增大很多倍，并且铜柱增加了气泡液膜导电性，在电场力作用下拉伸气泡液膜进行纺丝，可实现微米或纳米纤维的高效率、低耗能、连续化生产；为纳米纤维的规模化生产打下基础，生产效率高，生产成本低。且设备简单，易操作，适应性强，为满足大批量生产及产品应用等对纳米纤维及其相关产品的需求提供帮助。

该纺丝装置为无针纺丝，不会出现纤维堵塞纺丝喷头的现象，且不会造成溶液污染，溶液聚合物可选范围大，比较灵活，同时保证了工作环境的安全。

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。

Claims (10)

1.一种气泡液膜纺丝装置，包括纤维发生装置与接收装置，所述纤维发生装置包括储液池、分别与储液池连通的高压静电发生器与气泡发生器，其特征在于，所述纤维发生装置还包括设置于所述储液池内部的导电柱，所述导电柱朝向所述接收装置的一侧延伸；

储液池内的溶液经所述气泡发生器吹出气泡，气泡在气流的作用下沿所述导电柱外壁向上生长延展液膜；所述高压静电发生器通过一导电线连通至储液池内部，在电场力的作用下液膜被拉伸，溶液顶部喷射出的纳米纤维收集在所述接收装置上。

2.根据权利要求1所述的气泡液膜纺丝装置，其特征在于，所述导电柱为垂直设置于所述储液池内的若干个，气泡在气流的作用下首先沿所述导电柱向上生长延展液膜，之后相邻导电柱之间及导电柱与储液池内壁间进一步延展形成液膜。

3.根据权利要求1所述的气泡液膜纺丝装置，其特征在于，所述导电柱的长度均相等或部分相等或长短不一，所述导电柱尺寸由储液池边缘向中部逐渐递增或递减。

4.根据权利要求1所述的气泡液膜纺丝装置，其特征在于，所述导电柱顶端为圆柱状或圆锥状结构，所述导电柱表面为光滑曲面或锯齿形结构。

5.根据权利要求1所述的气泡液膜纺丝装置，其特征在于，所述导电柱的排列方式为均匀或者非均匀，排列形状为环状、矩阵状或自由状。

6.根据权利要求1-5任一项所述的气泡液膜纺丝装置，其特征在于，所述导电柱为铜柱，所述铜柱顶端距离储液池开口顶部0-10cm。

7.根据权利要求1所述的气泡液膜纺丝装置，其特征在于，所述气泡发生器包括空气压缩机与导气管，所述导气管连通至所述储液池的底部；所述导气管横向水平设置，所述导气管的端部由横向转为竖直向上，形成开口向上的导出口，所述导出口开口直径范围为0—10cm，所述导出口的最下端与储液池底部的距离范围为0—10cm。

8.根据权利要求7所述的气泡液膜纺丝装置，其特征在于，所述空气压缩机气流强度范围为10—1000L/min，所述空气压缩机上连接有N(1≤N≤1000)个导气管，当储液池为一个大储液池时，N个导气管均连通至所述大储液池内，当储液池包括一个大储液池与若干个分布于大储液池内的小单元储液池时，每一小单元储液池内至少连通有一个导气管。

9.根据权利要求1所述的气泡液膜纺丝装置，其特征在于，所述储液池内部还插入有一导线管，所述导线管内部形成导线通道，高压静电发生器的导电线沿所述导线通道连通至所述储液池内，所述导电线外径与所述导线通道内径相匹配。

10.根据权利要求9所述的气泡液膜纺丝装置，其特征在于，所述导线管最上端开口高于储液池最上端开口或至少高于液面设置。