本发明专利技术公开了一种聚合物溶液基磁流体自组装无针电纺装置，包括凹槽，还包括可控磁场发生模块、高压电场发生模块、用于收集纤维丝的具有导电性的纤维接收模块以及至少一个具有导电性和导磁性的圆锥塔，所述的圆锥塔的表面设有沿圆锥塔螺旋上升的螺纹槽。本发明专利技术的目的在于提供一种结构简单、操作可控易控、加工效率高的高分子聚合物溶液基磁流体自组装无针电纺装置，同时，本发明专利技术还提供一种采用该无针电纺装置的电纺纳米纤维的方法，该方法通过控制电、磁场来达到对高分子聚合物溶液基磁流体射流控制的目的，该方法可控易控，控制准确度好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及静电纺丝
，具体地说是一种聚合物溶液基磁流体自组装无针电纺装置，同时，本专利技术还公开了采用该无针电纺装置来进行纺丝的电纺纳米纤维的方法。
技术介绍
目前，在静电纺丝的
，各种材料的产量是供不应求，特别是纳米材料，纳米纤维材料可广泛应用于化工、医药等产品的提纯及过滤，还可以用于制作高级防护服等领域。静电纺丝装备就是一种可以制备纳米纤维材料的设备，并且静电纺丝技术已经发展的比较成熟。但是其中还存在一些问题，最明显的问题就是静电纺丝过程中出现的注射针头的堵塞和需要注射栗推注。CN 201110154158.0，公开了一种静电纺丝装置，包括喷丝模头、喷丝模头盖板、喷丝头、高压供电装置以及接收板，所述静电纺丝装置还包括原料输送装置、机械振动发生装置以及磁场发生装置，所述原料输送装置连接在喷丝模头的一侧，所述机械振动发生装置安装于喷丝模头的一端，所述磁场发生装置安装于喷丝模头的另一端，并位于喷丝头与接收板之间。其通过磁场来改变喷丝模头所喷出的聚合物丝的行动轨迹，防止泰勒锥出现从而降低纤维丝的收集难度。但是，其采用的是喷头式结构，容易产生聚合物堵塞喷口的故障。传统的静电纺丝装置的注射栗的针头直径一般都比较小，导致会发生的情况:不仅包括上文所叙述的针头的阻塞，而且对高分子聚合物溶液基的性质要求也比较严格。这些问题对纺丝过程构成了诸多的不便和阻力。而后，出现了无针电纺技术。目前作为世界主流的无针头静电纺丝技术，是捷克Elmarco公司的纳米蜘蛛(NanospiderTM)无针头静电纺丝技术，它采用光面或表面带螺纹、花纹等不同表面形貌的转辊(参见W02005/024101A1)作为静电纺丝头。在专利W02005/024101中，其通过滚辊作为纺丝聚合物的发射载体，容易出现纺丝不均匀、大部分的纤维较粗。针对上述技术的改进可见下述中国专利申请:CN201310186515.0，公开了一种尖端式无针头静电纺丝设备，其主要原理是将专利W02005/024101中的滚辊改成了设有多块针板的链条，通过链条带动针板不断的浸入聚合物溶液中，然后通过电场达到喷丝的目的。但是其存在结构复杂，生产过程难于精确控制。CN201510390839.5，公开了一种批量生产纳米纤维的静电纺丝装置，其包括接收板、高压直流电源、溶液槽、电动机及与喷丝装置，所述喷丝装置采用多重-带针尖金属圆盘或带针尖螺旋片或带针尖弹簧，所述多重-带针尖金属圆盘或带针尖螺旋片或带针尖弹簧置于溶液槽上且保证针尖接触到聚合物溶液。该装置虽然结构相比于CN201310186515.0进行了一定的简化，但是结构依然比较复杂，并且其针尖的聚合物的形态等生产过程及其参数是难于控制的。上述无针纺丝技术虽然有效地解决了传统静电纺丝设备存在的问题，但是这些无针电纺设备的结构过于复杂，生产过程难于稳定的控制，为大量生产纳米纤维材料带来了不便。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构简单、操作可控易控、加工效率高的聚合物溶液基磁流体自组装无针电纺装置，同时，本专利技术还提供一种采用该无针电纺装置的无针电纺方法，该方法通过控制电磁场来达到对高分子射流控制的目的，操作可控易控，控制精度尚O本专利技术的具体的技术方案为:一种聚合物溶液基磁流体自组装无针电纺装置，包括一种高分子聚合物溶液基磁流体自组装无针电纺装置，包括凹槽、可控磁场发生模块、高压电场发生模块、用于收集纤维丝的具有导电性的纤维接收模块以及至少一个具有导电性和导磁性的圆锥塔，所述的圆锥塔的表面设有沿圆锥塔螺旋上升的螺纹槽；所述的圆锥塔设置在凹槽内，所述的纤维接收模块设置在圆锥塔的上方，所述的可控磁场发生模块设置在凹槽下方且用于施加可控磁场于圆锥塔上，所述的高压电场发生模块的一端与纤维接收模块电连接且另一端与圆锥塔电连接；当高分子聚合物溶液基磁流体加入到凹槽之后，可控磁场发生模块使高分子聚合物溶液基磁流体沿圆锥塔的螺纹槽上升并在螺纹槽的边缘呈尖峰状排列;高压电场发生模块使高分子聚合物溶液基磁流体在电场作用下形成射流，并在纤维接收模块上形成磁性纳米纤维丝。在本专利技术中，圆锥塔优选为I个，当然也并不排斥圆锥塔的数量为2个或3个。作为本专利技术的进一步优选，所述的可控磁场发生模块包括铁芯和缠绕在铁芯表面的励磁线圈组成，所述的励磁线圈电连接有稳压直流电源和第一变阻器。进一步地，所述的高压电场发生模块包括高压直流电源和第二变阻器。进一步地，所述的高压电场发生模块的电压最低可调为0V，最高可调大于等于40KV;所述的可控磁场发生模块的磁场强度可调范围为O?400mT。进一步地，所述的圆锥塔的锥度范围为0.18?0.3;所述的圆锥塔的高度范围为5cm?8cm;螺纹槽的深度范围为0.20cm?0.5cm;螺纹槽的螺距范围为0.5cm?lcm。进一步地，所述的凹槽的材质为有机玻璃或工程塑料，如:聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)等材料。进一步地，所述的纤维接收模块为电的良导体，如铝箔;所述的圆锥塔为电和磁的良导体，如电工纯铁、钢等。进一步地，所述的纤维接收模块为具有内凹曲面的结构，所述的纤维接收模块与圆锥塔对应，所述的凹槽与纤维接收模块之间的距离为17cm至20cmo本专利技术的另外一个目的是提供一种利用上述的无针电纺装置来进行纺丝的电纺纳米纤维的方法，具体来说，首先将高分子聚合物溶液基磁流体加入到凹槽中，启动可控磁场发生模块，周期性的增大励磁线圈中的电流值，使高分子聚合物溶液基磁流体沿圆锥塔的螺纹槽上升并在螺纹槽的边缘呈尖峰状排列;然后启动高压电场发生模块，稳定后产生恒定电场强度，使高分子聚合物溶液基磁流体在电场作用下形成射流，并在纤维接收模块上形成磁性纳米纤维丝。本专利技术中，所述的周期性的增大励磁线圈中的电流值的步骤，具体可为:每隔一分钟励磁线圈中的电流值增大0.5A。作为本专利技术的进一步优选，所述的磁场强度的可调范围为O?0.4T，所述的高压电场发生模块工作电压为20KV?40KV。需要说明的是，本专利技术的高分子聚合物溶液基磁流体可选为四氧化三铁磁流体聚合物，其中高分子聚合物为聚乙烯醇(PVA)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，高分子聚合物溶液基磁流体的配制方法可以为:先配置7 %的PVA的水溶液，混合均匀后，将经过表面修饰的Fe3O4纳米颗粒以0.2g/ml的浓度加入到上述的溶液中混合均匀;或者先配置质量体积比为7%的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的无水乙醇溶液，混合均匀后，将包覆好Fe3O4粉0.2g/ml加入到溶液中混合均匀，对此本专利技术不做过多限制。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于:本专利技术与现有技术相比，通过采用可控磁场和高压电场配合，实现了高分子聚合物溶液基磁流体在磁场作用下自行螺旋上升，并横向扩展为尖峰，在电场作用下尖峰形成射流，经过电场拉伸，并在此过程中挥发溶剂和聚合物固化得到聚合物纤维丝。本专利技术克服了传统无针电纺需要不断采用驱动机构进行驱动、结构复杂的缺点，实现了结构简化、操作过程简化、提高生产效率的目的，并且本专利技术装置生产得到的聚合物纤维丝连续且规格一致。本专利技术采用优选的圆锥塔、螺纹槽的参数和可控磁场发生模块及其参数的选择，实现了聚合物稳定的沿螺纹槽上升，并在磁场作用下进一步螺纹槽的边缘拉伸形成尖峰，有助于聚合物射流稳定、规本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚合物溶液基磁流体自组装无针电纺装置，包括凹槽(1)，其特征在于，还包括可控磁场发生模块(2)、高压电场发生模块(3)、用于收集纤维丝的具有导电性的纤维接收模块(4)以及至少一个具有导电性和导磁性的圆锥塔(5)，所述的圆锥塔(5)的表面设有沿圆锥塔(5)螺旋上升的螺纹槽(51)；所述的圆锥塔(5)设置在凹槽(1)内，所述的纤维接收模块(4)设置在圆锥塔(5)的上方，所述的可控磁场发生模块(2)设置在凹槽(1)下方且用于施加可控磁场于圆锥塔(5)上，所述的高压电场发生模块(3)的一端与纤维接收模块(4)电连接且另一端与圆锥塔(5)电连接；当高分子聚合物溶液基磁流体加入到凹槽(1)之后，可控磁场发生模块(2)使高分子聚合物溶液基磁流体沿圆锥塔(5)的螺纹槽(51)上升并在螺纹槽(51)的边缘呈尖峰状排列；高压电场发生模块(3)使高分子聚合物溶液基磁流体在电场作用下形成射流，并在纤维接收模块(4)上形成磁性纳米纤维丝。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋乐伦，王红建，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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