一种滑轮电极静电纺丝方法与装置

1.本发明涉及静电纺丝技术领域，特别涉及一种滑轮电极静电纺丝方法与装置。

背景技术：

2.静电纺丝方法制备纳米纤维具有工艺简单、原料选择范围广、纤维连续、生产成本低、纤维直径形貌可控性好等优点。
3.无针静电纺丝是一种新型静电纺丝技术，具有纤维产量高、设备结构简单、使用与维护容易等优点。无针静电纺丝同常规针式静电纺丝技术相比能够大幅度提高纳米纤维的产量。无针静电纺丝利用电场力牵伸克服表面张力，将聚合物溶液从喷丝头上的喷射出形成超细流体射流，溶液射流在静电场力、表面张力、粘滞力、电荷排斥力等共同作用下被逐渐牵伸变细，同时伴随着溶剂挥发，最终形成微纳米纤维沉积到收集电极上。
4.无针静电纺丝技术已成为纳米纤维制备领域的研究热点，如《螺旋叶片纳米纤维发生器及静电螺旋纺丝装置》(申请号201020650021.5)、《一种基于分形结构的无针头静电纺丝组件》(申请号201610569146.7)等利用纺丝头旋转或熔体在圆面的流动附着等供料方式形成溶液或熔体自由表面，在静电场的作用下进行静电纺丝。但是这些专利中静电纺丝电极的极片之间存在电场干扰，影响纳米纤维在横向的均匀性，还存在溶剂挥发速度快的问题。专利(申请号200880025156.8)使用静止金属丝作为纺丝电极通过往复涂液的时候进行静电纺丝，这种方式采用的往复涂液的装置会改变纺丝电极电场，影响纺丝过程和纳米纤维质量，而且存在纳米纤维产量低的问题。

技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种滑轮电极静电纺丝装置，是高纺丝稳定性、高纺丝效率、纳米纤维直径小、产量高的新型无针静电纺丝装备。
6.本发明还提供了一种应用上述装置的滑轮电极静电纺丝方法。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种滑轮电极静电纺丝装置，包括：纺丝电极、狭缝溶液槽、收集电极和高压电源；
9.所述纺丝电极连接于所述高压电源；
10.所述纺丝电极包括：多个滑轮电极、自转轴和自转轴承；多个所述滑轮电极之间相互独立，所述滑轮电极的材质是导电材料；所述狭缝溶液槽的材质是绝缘材料，且不溶解于纺丝使用的溶剂；
11.多个所述滑轮电极均位于所述狭缝溶液槽内，所述滑轮电极的半径大于所述狭缝溶液槽的槽深，所述狭缝溶液槽的槽宽大于所述滑轮电极的轮片厚度l；所述滑轮电极通过所述自转轴承可旋转安装于所述自转轴；
12.所述自转轴能够在驱动装置的作用下带着所述滑轮电极沿所述狭缝溶液槽的槽长方向运动。
13.优选地，所述狭缝溶液槽为圆环形状；
14.所述滑轮电极静电纺丝装置还包括：设置于所述狭缝溶液槽圆心的驱动轴；
15.所述自转轴的第一端垂直连接于所述驱动轴，所述滑轮电极和所述自转轴承垂直安装于所述自转轴的第二端；
16.所述驱动轴能够在驱动装置的作用下通过所述自转轴带着所述滑轮电极沿所述狭缝溶液槽在同一平面内作圆周运动。
17.优选地，所述滑轮电极中轮片的数量为一个；
18.或者，所述滑轮电极中轮片的数量为多个，沿所述自转轴轴向的间距在20mm到400mm之间；所述狭缝溶液槽具有多圈同心的圆环狭缝槽，且数量和间距与所述滑轮电极的轮片相对应。
19.优选地，所述狭缝溶液槽的直径至少为20mm。
20.优选地，所述狭缝溶液槽为线性结构；
21.所述自转轴能够在驱动装置的作用下带着所述滑轮电极沿所述狭缝溶液槽线性往复运动运动。
22.优选地，所述滑轮电极中轮片的数量为一个；
23.或者，所述滑轮电极中轮片的数量为多个，沿所述自转轴轴向的间距在20mm到400mm之间；
24.所述狭缝溶液槽具有多排平行的线性狭缝槽，且数量和间距与所述滑轮电极的轮片相对应。
25.优选地，还包括：连接装置、收紧装置和收紧轴承；
26.所述连接装置用于连接驱动装置；
27.所述收紧装置通过所述收紧轴承可在竖直面内旋转安装于所述连接装置，所述自转轴连接于所述收紧装置。
28.优选地，所述收紧装置包括：水平杆、竖撑杆和斜撑杆；
29.所述水平杆的第一端同轴连接于所述自转轴，第二端通过所述收紧轴承安装于所述连接装置；
30.所述竖撑杆的顶端连接于所述水平杆的第二端，所述斜撑杆连接于所述水平杆的第一端和所述竖撑杆的底端之间。
31.优选地，所述滑轮电极的材质是金属材料。
32.优选地，相邻两个所述滑轮电极的轮片间距在0mm到50mm之间。
33.优选地，所述滑轮电极的纵截面形状为单边轮、多边轮或环形。
34.优选地，所述滑轮电极的直径d在5mm到80mm之间，厚度w在2mm到200mm之间，轮片厚度l在0.5mm到10mm之间，间距h不小于2mm。
35.优选地，所述狭缝溶液槽的材质是塑料或陶瓷。
36.优选地，所述收集电极的形式为平板、网链或辊筒。
37.优选地，所述纺丝电极与所述收集电极之间的距离在100mm到500mm之间。
38.优选地，所述狭缝溶液槽内纺丝液为聚合物溶液、聚合物熔体、溶胶-凝胶或颗粒悬浮液。
39.优选地，所述纺丝液的粘度为1mpas至100000mpas。
40.一种滑轮电极静电纺丝方法，采用如上述的滑轮电极静电纺丝装置；所述方法包
括：
41.使所述收集电极接地或接与所述纺丝电极相反的电势；
42.控制所述高压电源对所述纺丝电极充电，使所述纺丝电极和所述收集电极之间产生电位差；当纺丝电压超过临界值，电场力将溶液射流从滑轮电极上牵伸出，溶液射流沉积到收集电极形成纳米纤维；
43.控制所述驱动装置通过所述自转轴带着所述滑轮电极沿所述狭缝溶液槽的槽长方向运动。
44.优选地，所述滑轮电极在所述狭缝溶液槽中自转的转速为1-50rpm。
45.从上述的技术方案可以看出，本发明提供的滑轮电极静电纺丝方法与装置，包括纺丝电极、收集电极以及用以盛装纺丝溶液的狭缝溶液槽，所述纺丝电极和所述收集电极二者在电场的作用下形成纺丝区，所述纺丝电极是多个滑轮电极排列构成，滑轮电极的旋转将狭缝溶液槽内的纺丝溶液带入纺丝区进行纺丝，纺丝电极通过滑轮电极的旋转实现连续工作。滑轮电极纺丝的过程中能够实现自清洁，避免局部边缘溶液浓度过高而固化的情况发生。上述静电纺丝装置具有结构简单、易维护，电场强度高，纤维直径小、分布窄，纳米纤维产量高，纳米纤维膜均匀性好等优点。
附图说明
46.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。
47.图1为本发明一个优选实施例提供的滑轮电极静电纺丝装置的结构示意图；
48.图2为图1所示的制备装置中的纺丝电极、狭缝溶液槽更为详细的结构示意图；
49.图3为图1所示的制备装置中的狭缝溶液槽截面和纺丝电极的结构示意图；
50.图4为图1所示的制备装置中滑轮电极与尺寸标注；
51.图5为本发明中可使用的三边滑轮电极的结构示意图；
52.图6为本发明中可使用的单边滑轮电极的结构示意图；
53.图7为本发明中可使用的环状滑轮电极的结构示意图；
54.图8为本发明一个优选实施例提供的的线性滑轮静电纺丝装置的结构示意图；
55.图9为使用图6所示的滑轮电极在绕驱动轴转动0度、5度、10度、15度时分布，以及滑轮电极在四个角度递加效果图；
56.图10为本发明实施例提供的制备装置中滑轮电极与连接装置；
57.图11为使用图1所示制备装置得到的聚乙烯醇纳米纤维的电镜图片。
58.其中，1为纺丝电极，2为纳米纤维，3为狭缝溶液槽，4为收集电极，5为高压电源，6为滑轮电极，7为自转轴，8为自转轴承，9为驱动轴，10为连接装置，11为收紧装置，12为收紧轴承。
具体实施方式
59.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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做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。
60.本发明实施例提供的滑轮电极静电纺丝装置，包括：纺丝电极1、狭缝溶液槽3、收集电极4和高压电源5；其结构可以参照图1所示；
61.其中，纺丝电极1连接于高压电源5，收集电极4接地或接与纺丝电极1相反的电势；纺丝电极1和收集电极4二者在电场的作用下形成纺丝区；
62.如图2所示，纺丝电极1包括：多个滑轮电极6、自转轴7和自转轴承8；多个滑轮电极6之间相互独立没有连接，滑轮电极6的材质是导电材料；狭缝溶液槽3的材质是绝缘材料，且不溶解于纺丝使用的溶剂；
63.多个滑轮电极6均位于狭缝溶液槽3内，滑轮电极6的半径大于狭缝溶液槽3的槽深；狭缝溶液槽3可以根据滑轮电极6轮片的大小设计狭缝的宽度，狭缝的宽度比滑轮电极6轮片厚度l大，溶液槽上的狭缝有利于防止溶液槽中溶剂挥发；滑轮电极6通过自转轴承8可旋转安装于自转轴7；即滑轮电极6通过自转轴承8与自转轴7连接，通过滑轮电极6的旋转实现连续纺丝；
64.自转轴7能够在驱动装置的作用下带着滑轮电极6沿狭缝溶液槽3的槽长方向运动。
65.工作原理：在静电纺丝过程中，所有滑轮电极6绕自转轴7旋转，从狭缝溶液槽3中带上溶液把纺丝液送入狭缝溶液槽3与收集电极4之间的纺丝区域，在高压电场的作用下进行静电纺丝。滑轮电极6不断旋转从狭缝溶液槽3带上溶液实现连续纺丝。
66.纺丝电极1上的所有滑轮电极6同时旋转带上溶液，每个滑轮电极6都可以形成一个或多个溶液射流，溶液射流在静电场的作用下被牵伸变细，飞向收集电极4上，在这一过程中溶液射流中的溶剂挥发，最终纤维沉积在收集电极上形成均匀的纤维膜。
67.从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的滑轮电极静电纺丝装置，滑轮电极6是二维结构，具有曲率半径小，电场强度高的优点，能够在较低的电压下开始纺丝，具有纳米纤维产量高的特点；
68.纺丝电极1中的每一个滑轮电极6都可以产生集中分布的电场，纺丝电极整体电场分布均匀，产生收集的纳米纤维均匀；
69.滑轮电极6之间是独立的，纺丝干扰小；
70.滑轮电极6的绕自转轴7转动，能够连续不断将狭缝溶液槽3的纺丝液输送到纺丝区，实现连续纺丝；采用滑轮电极6旋转供液的方式不干扰纺丝电场，不影响纳米纤维的产生过程，纤维质量高，纤维膜均匀性好；
71.滑轮电极6和狭缝溶液槽3底部的接触能够对滑轮电极6旋转一圈纺丝后残留的溶液进行清理，使滑轮电极6一直维持在起始最佳纺丝状态。
72.本发明提供的优选实施例中，狭缝溶液槽3为圆环形状；
73.滑轮电极静电纺丝装置还包括：设置于狭缝溶液槽3圆心的驱动轴9；
74.自转轴7的第一端垂直连接于驱动轴9，滑轮电极6和自转轴承8垂直安装于自转轴7的第二端；即滑轮电极6沿圆环狭缝溶液槽3的切向设置
75.驱动轴9能够在驱动装置的作用下通过自转轴7带着滑轮电极6沿狭缝溶液槽3在
同一平面内作圆周运动。即所有滑轮电极6同时绕自转轴7自转动和绕驱动轴9公转，滑轮电极6绕驱动轴9作圆周运动时的切线与滑轮电极6是位于同一平面。则滑轮电极6除了自转，同时还进行圆周运动。如图9所示纺丝电极1中滑轮电极6在快速转动的过程中，产生叠加效果；使纺丝电极1生产的纳米纤维在圆周上分布更加均匀。
76.进一步的，滑轮电极6中轮片的数量为一个；
77.或者，滑轮电极6中轮片的数量为多个，沿自转轴7轴向的间距在20mm到400mm之间；狭缝溶液槽3具有多圈同心的圆环狭缝槽，且数量和间距与滑轮电极6的轮片相对应。如图2和图3所示，全部所述滑轮电极6成圆周排列时，沿放射方向可以为1圈或多圈；滑轮电极6为多圈时，圈间距在20mm到400mm之间，以获得良好的纺丝效果。
78.作为优选，狭缝溶液槽3的直径至少为20mm。即纺丝电极1为圆形时，圆周的直径至少为20mm，纺丝电极1转动的时候，产生的纳米纤维成圆周分布，以满足特定纺丝需求。
79.如图8所示，本发明提供的另一实施例中，狭缝溶液槽3为线性结构；
80.自转轴7能够在驱动装置的作用下带着滑轮电极6沿狭缝溶液槽3线性往复运动运动。即滑轮电极1可以成线性排列，纺丝电极1可以线性往复运动，产生的纳米纤维成线性排列，以满足不同纺丝需求。
81.进一步的，滑轮电极6中轮片的数量为一个；
82.或者，滑轮电极6中轮片的数量为多个，沿自转轴7轴向的间距在20mm到400mm之间；
83.狭缝溶液槽3具有多排平行的线性狭缝槽，且数量和间距与滑轮电极6的轮片相对应。如图8所示，全部所述滑轮电极6成线性排列时，沿轴向为1排或多排；滑轮电极6为多排时，排间距在20mm到400mm之间，以获得良好的纺丝效果。
84.本发明实施例提供的滑轮电极静电纺丝装置，还包括：连接装置10、收紧装置11和收紧轴承12；其结构可以参照图10所示；
85.其中，连接装置10用于连接驱动装置；对于圆形方案，滑轮电极6通过自转轴7、连接装置10与驱动轴9连接；
86.收紧装置11通过收紧轴承12可在竖直面内旋转安装于连接装置10，自转轴7连接于收紧装置11。如此一来，在重力的作用下，连接装置10通过收紧装置11和收紧轴承12对滑轮电极6自动产生向下压力，增加滑轮电极6与狭缝溶液槽3底部的摩擦。需要说明的是，这只是一种收紧方式，本方案并仅仅不局限于此。只要能实现对滑轮电极6产生向下的作用力，增加滑轮和狭缝槽的摩擦力都可以。
87.进一步的，收紧装置11包括：水平杆、竖撑杆和斜撑杆；
88.水平杆的第一端同轴连接于自转轴7，第二端通过收紧轴承12安装于连接装置10，以实现水平方向的连接和力传递；
89.竖撑杆的顶端连接于水平杆的第二端，斜撑杆连接于水平杆的第一端和竖撑杆的底端之间。如图10所示，可以通过竖撑杆提供竖直方向的辅助支撑。
90.作为优选，滑轮电极6的材质是金属材料，以实现良好的导电效果。
91.滑轮电极6之间是独立的，纺丝干扰小，可以通过调节滑轮电极6之间的间距优化纺丝效果。进一步，相邻两个滑轮电极6的轮片间距在0mm到50mm之间。滑轮电极6间距可以相同也可以不同。
92.根据截面形状，滑轮电极6可分为双边轮、单边轮以及多边轮。如图5、图6和图7所示，滑轮电极6的纵截面形状为单边轮、多边轮或环形，可以实现不同的纺丝结构。
93.如图4所示，具体的，滑轮电极6具有以下特征：直径d在5mm到80mm之间，减小滑轮直径能够得到分布更均匀的电场，收集到更均匀纳米纤维产品；厚度w在2mm到200mm之间，轮片厚度l在0.5mm到10mm之间，间距h不小于2mm，以实现良好的纺丝效果。
94.作为优选，狭缝溶液槽3是使用塑料、陶瓷等绝缘材料加工成的，以起到良好的绝缘效果，配合纺丝过程。
95.收集电极4可以采用各种不同形式，包括：平板、网链或辊筒。
96.如图1所示，纺丝电极1与收集电极4之间的距离在100mm到500mm之间，可得到理想的纳米纤维。
97.狭缝溶液槽3内所使用的纺丝液为聚合物溶液、聚合物熔体、溶胶-凝胶或颗粒悬浮液等。进一步的，纺丝液的粘度为1mpas至100000mpas。
98.下面结合具体实施例对本方案的装置作进一步说明：
99.本发明实施例提供的滑轮电极静电纺丝装置，包括：
100.纺丝电极1，所述纺丝电极1可以产生纳米纤维2，纺丝电极1由多个滑轮电极6排列构成；
101.狭缝溶液槽3，所述狭缝溶液槽3用于储存并提供纺丝用的纺丝液；
102.收集电极4，所述收集电极4用于收集产生的纳米纤维，可以接地或接与纺丝电极相反的电势；
103.以及高压电源5，所述高压电源与纺丝电极连接，可对纺丝电极充电，使纺丝电极和收集电极之间产生电位差。
104.通过滑轮电极6的旋转把纺丝液从溶液槽带到纺丝电极1和收集电极4之间的纺丝区，在高压电场的作用下，纺丝电极1中每一个滑轮电极6所携带的纺丝液形成溶液射流，溶液射流在电场力的作用下飞向收集电极4，并且不断被牵伸变细，最终形成纳米纤维2沉积到纤维收集电极4上；
105.所述滑轮电极6轮片的底部和狭缝溶液槽3的底面接触，使纺丝电极1绕驱动轴9转动的时候，每个滑轮电极6通过和底部的摩擦作用实现绕自转轴7的自转；
106.滑轮电极6旋转的时候，狭缝溶液槽的底面对滑轮电极产生摩擦，对滑轮电极6上的纺丝残余溶液进行刮除；
107.纺丝电极在快速转动的时候产生的纳米纤维分布更均匀；
108.所述的狭缝溶液槽3的狭缝允许多个滑轮电极6绕驱动轴9做圆周运动。
109.本发明实施例还提供了一种滑轮电极静电纺丝方法，采用如上述的滑轮电极静电纺丝装置；该方法包括：
110.使收集电极4接地或接与纺丝电极1相反的电势；
111.控制高压电源5对纺丝电极1充电，使纺丝电极1和收集电极4之间产生电位差；当纺丝电压超过临界值，电场力将溶液射流从滑轮电极6牵伸出，溶液射流沉积到收集电极4形成纳米纤维2；
112.控制驱动装置通过自转轴7带着滑轮电极6沿狭缝溶液槽3的槽长方向运动。
113.进一步的，滑轮电极6在狭缝溶液槽3中做自转的转速为1-50rpm，优选为2-8rpm。
114.以下为结合实施例对本发明的方法作进一步说明：
115.实施例1：
116.本发明实施例1使用的静电纺丝装置如图1所示。所述静电纺丝装置包括纺丝电极1、圆环的狭缝溶液槽3、收集电极4、高压电源5。收集电极4的转速是50rpm。高压直流电源5连接纺丝电极1，用于产生纳米纤维。收集电极4与接地极连接，用于接收产生的纳米纤维。
117.滑轮电极具体形状如图4所示，直径d在40mm，厚度w在10m，轮片厚度l在1.5mm，间距h为30mm。圆环狭缝溶液槽的直径为240mm，滑轮电极6间距为5mm。图3为狭缝溶液槽，使用的材质是聚丙烯塑料，里面盛有聚合物溶液。
118.形成纳米纤维所使用的是聚合物水溶液，粘度为1200mpa s，含有pva(聚乙烯醇，平均分子量为146,000至186,000，96％被水解)。狭缝溶液槽中的聚合物溶液通过一个浸没的电极与高压电源连接。当进行纺丝时，高压电源聚合物溶液充电，在纺丝电极1与纤维收集电极4之间产生70kv的电势差。
119.本实施例制备得到的pva纳米纤维扫描电镜如图11所示，纤维粗细均匀、表面没有串珠，纤维平均直径为410nm。纤维的平均产量为25.6g/h。
120.实施例2：
121.本实施例使用的纺丝装置参考图8，直径d在40mm，厚度w在100m，轮片厚度l在1.5mm，间距h为30mm。圆环狭缝溶液槽的直径为240mm，滑轮电极6间距为5mm。图3为狭缝溶液槽，使用的材质是聚丙烯塑料，里面盛有聚合物溶液。
122.形成纳米纤维所使用的是聚合物溶液，粘度为1500mpa s，含有pva(聚乙烯醇，平均分子量为146,000至186,000)。进行纺丝时，外加电压为70kv。本实施例制备得到的pva纳米纤维的平均直径为400nm，平均产量为29.2g/h。
123.综上所述，本发明实施例公开了一种滑轮电极静电纺丝装置，包括：纺丝电极、收集电极以及用以盛装纺丝溶液的狭缝溶液槽和高压电源。本方案具有以下优点：
124.滑轮电极是二维结构，具有曲率半径小，电场强度高的优点，能够在较低的电压下开始纺丝，具有纳米纤维产量高的特点；
125.纺丝电极中的每一个滑轮电极都可以产生集中分布的电场，纺丝电极整体电场分布均匀，产生收集的纳米纤维均匀；减小滑轮直径能够得到分布更均匀的电场，收集到更均匀纳米纤维产品；
126.滑轮电极之间是独立的，纺丝干扰小，可以通过调节滑轮之间的间距优化纺丝效果；
127.滑轮电极的绕自转轴转动，能够连续不断将狭缝溶液槽的纺丝液输送到纺丝区，实现连续纺丝。采用滑轮电极旋转供液的方式不干扰纺丝电场，不影响纳米纤维的产生过程，纤维质量高，纤维膜均匀性好；
128.滑轮电极和狭缝溶液槽底部的接触能够对滑轮电极旋转一圈纺丝后残留的溶液进行清理，使滑轮电极一直维持在起始最佳纺丝状态；
129.滑轮电极除了自转，同时还进行圆周运动。如图9所示纺丝电极中滑轮电极在快速转动的过程中，产生叠加效果；使纺丝电极生产的纳米纤维在圆周上分布更加均匀；
130.纺丝电极可以生产沿圆周分布的纳米纤维，也可以生产线性排列的纳米纤维。
131.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他
实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
132.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。

技术特征：

1.一种滑轮电极静电纺丝装置，其特征在于，包括：纺丝电极(1)、狭缝溶液槽(3)、收集电极(4)和高压电源(5)；所述纺丝电极(1)连接于所述高压电源(5)，所述收集电极(4)接地或接与所述纺丝电极(1)相反的电势；所述纺丝电极(1)包括：多个滑轮电极(6)、自转轴(7)和自转轴承(8)；多个所述滑轮电极(6)之间相互独立，所述滑轮电极(6)的材质是导电材料；所述狭缝溶液槽(3)的材质是绝缘材料，且不溶解于纺丝使用的溶剂；多个所述滑轮电极(6)均位于所述狭缝溶液槽(3)内，所述滑轮电极(6)的半径大于所述狭缝溶液槽(3)的槽深，所述狭缝溶液槽(3)的槽宽大于所述滑轮电极(6)的轮片厚度l；所述滑轮电极(6)通过所述自转轴承(8)可旋转安装于所述自转轴(7)；所述自转轴(7)能够在驱动装置的作用下带着所述滑轮电极(6)沿所述狭缝溶液槽(3)的槽长方向运动。2.根据权利要求1所述的滑轮电极静电纺丝装置，其特征在于，所述狭缝溶液槽(3)为圆环形状；所述滑轮电极静电纺丝装置还包括：设置于所述狭缝溶液槽(3)圆心的驱动轴(9)；所述自转轴(7)的第一端垂直连接于所述驱动轴(9)，所述滑轮电极(6)和所述自转轴承(8)垂直安装于所述自转轴(7)的第二端；所述驱动轴(9)能够在驱动装置的作用下通过所述自转轴(7)带着所述滑轮电极(6)沿所述狭缝溶液槽(3)在同一平面内作圆周运动。3.根据权利要求2所述的滑轮电极静电纺丝装置，其特征在于，所述滑轮电极(6)中轮片的数量为一个；或者，所述滑轮电极(6)中轮片的数量为多个，沿所述自转轴(7)轴向的间距在20mm到400mm之间；所述狭缝溶液槽(3)具有多圈同心的圆环狭缝槽，且数量和间距与所述滑轮电极(6)的轮片相对应。4.根据权利要求2所述的滑轮电极静电纺丝装置，其特征在于，所述狭缝溶液槽(3)的直径至少为20mm。5.根据权利要求1所述的滑轮电极静电纺丝装置，其特征在于，所述狭缝溶液槽(3)为线性结构；所述自转轴(7)能够在驱动装置的作用下带着所述滑轮电极(6)沿所述狭缝溶液槽(3)线性往复运动运动。6.根据权利要求5所述的滑轮电极静电纺丝装置，其特征在于，所述滑轮电极(6)中轮片的数量为一个；或者，所述滑轮电极(6)中轮片的数量为多个，沿所述自转轴(7)轴向的间距在20mm到400mm之间；所述狭缝溶液槽(3)具有多排平行的线性狭缝槽，且数量和间距与所述滑轮电极(6)的轮片相对应。7.根据权利要求1所述的滑轮电极静电纺丝装置，其特征在于，还包括：连接装置(10)、收紧装置(11)和收紧轴承(12)；所述连接装置(10)用于连接驱动装置；
所述收紧装置(11)通过所述收紧轴承(12)可在竖直面内旋转安装于所述连接装置(10)，所述自转轴(7)连接于所述收紧装置(11)。8.根据权利要求7所述的滑轮电极静电纺丝装置，其特征在于，所述收紧装置(11)包括：水平杆、竖撑杆和斜撑杆；所述水平杆的第一端同轴连接于所述自转轴(7)，第二端通过所述收紧轴承(12)安装于所述连接装置(10)；所述竖撑杆的顶端连接于所述水平杆的第二端，所述斜撑杆连接于所述水平杆的第一端和所述竖撑杆的底端之间。9.根据权利要求1所述的滑轮电极静电纺丝装置，其特征在于，所述滑轮电极(6)的材质是金属材料。10.根据权利要求1所述的滑轮电极静电纺丝装置，其特征在于，相邻两个所述滑轮电极(6)的轮片间距在0mm到50mm之间。11.根据权利要求1所述的滑轮电极静电纺丝装置，其特征在于，所述滑轮电极(6)的纵截面形状为单边轮、多边轮或环形。12.根据权利要求1所述的滑轮电极静电纺丝装置，其特征在于，所述滑轮电极(6)的直径d在5mm到80mm之间，厚度w在2mm到200mm之间，轮片厚度l在0.5mm到10mm之间，间距h不小于2mm。13.根据权利要求1所述的滑轮电极静电纺丝装置，其特征在于，所述狭缝溶液槽(3)的材质是塑料或陶瓷。14.根据权利要求1所述的滑轮电极静电纺丝装置，其特征在于，所述收集电极(4)的形式为平板、网链或辊筒。15.根据权利要求1所述的滑轮电极静电纺丝装置，其特征在于，所述纺丝电极(1)与所述收集电极(4)之间的距离在100mm到500mm之间。16.根据权利要求1所述的滑轮电极静电纺丝装置，其特征在于，所述狭缝溶液槽(3)内纺丝液为聚合物溶液、聚合物熔体、溶胶-凝胶或颗粒悬浮液。17.根据权利要求16所述的滑轮电极静电纺丝装置，其特征在于，所述纺丝液的粘度为1mpas至100000mpas。18.一种滑轮电极静电纺丝方法，其特征在于，采用如权利要求1-17任意一项所述的滑轮电极静电纺丝装置；所述方法包括：使所述收集电极(4)接地或接与所述纺丝电极(1)相反的电势；控制所述高压电源(5)对所述纺丝电极(1)充电，使所述纺丝电极(1)和所述收集电极(4)之间产生电位差；当纺丝电压超过临界值，电场力将溶液射流从滑轮电极(6)上牵伸出，溶液射流沉积到收集电极(4)形成纳米纤维(2)；控制所述驱动装置通过所述自转轴(7)带着所述滑轮电极(6)沿所述狭缝溶液槽(3)的槽长方向运动。19.根据权利要求18所述的滑轮电极静电纺丝方法，其特征在于，所述滑轮电极(6)在所述狭缝溶液槽(3)中自转的转速为1-50rpm。

技术总结

本发明公开了一种滑轮电极静电纺丝方法与装置，包括纺丝电极、收集电极以及用以盛装纺丝溶液的狭缝溶液槽，所述纺丝电极和所述收集电极二者在电场的作用下形成纺丝区，所述纺丝电极是多个滑轮电极排列构成，滑轮电极的旋转将狭缝溶液槽内的纺丝溶液带入纺丝区进行纺丝，纺丝电极通过滑轮电极的旋转实现连续工作。滑轮电极纺丝的过程中能够实现自清洁，避免局部边缘溶液浓度过高而固化的情况发生。上述静电纺丝装置具有结构简单、易维护，电场强度高，纤维直径小、分布窄，纳米纤维产量高，纳米纤维膜均匀性好等优点。米纤维膜均匀性好等优点。米纤维膜均匀性好等优点。