CN108330550A - 无喷头式静电纺丝装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无喷头式静电纺丝装置及其使用方法，涉及静电纺丝技技术领域。该装置包括圆柱芯体、圆柱壳体、转轴、圆柱形接收装置、驱动装置和高压静电发生器，圆柱芯体具有实心结构，圆柱壳体具有中空结构，圆柱芯体设于中空结构内并与圆柱壳体同心，圆柱芯体上底面与圆柱壳体上底面连接，圆柱芯体下底面与圆柱壳体下底面连接，圆柱芯体侧面与圆柱壳体侧面形成环状溶液槽，圆柱壳体侧面均匀设有预设数量微孔，圆柱壳体设于中空凹槽结构内；转轴上部与圆柱壳体底部固定连接，转轴下部与驱动装置可传动连接；高压静电发生器正极与圆柱壳体底部相连，负极与圆柱形接收装置相连。该装置具有静电纺丝效率高，生产的纳米纤维膜厚度均匀的优点。
Description
技术领域
本发明涉及静电纺丝技术领域，特别涉及一种无喷头式静电纺丝装置及其使用方法。
背景技术
静电纺丝技术始于20世纪30年代，是一种直接生产纳米纤维的常用方法。该方法工艺流程短，操作简单，其产品多用于高效的过滤材料、生物医学材料、化学传感器等高科技领域。
传统的静电纺丝设备是将注射器挤出的聚合物溶液置于高压静电场中，带电的聚合物液滴在电场库仑力的作用下形成泰勒锥被拉伸，当电场力足够大时，聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流，细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成非织造布状的微纳米纤维膜。
传统静电纺丝方法所制备的产品用途狭窄且产量低，近年来人们提出了不同的静电纺丝方法和装置，如单喷头、多喷头、旋转喷头或复合喷头的静电纺丝装置，比如，欧洲专利（WO2005024101）设计了一种无喷头纳米纤维纺丝机，该专利通过带有正电荷的金属棒旋转汲取溶液并将溶液带出到金属棒的表面以形成泰勒锥，在静电场作用下拉伸成丝并由接收装置接收来实现微纳米纤维膜的制备。但实验证明，当金属棒在聚合物溶液中旋转时，在高压静电作用下，会四处飞溅，无法集中收集到接收装置。同时根据Simon L.Gorenr和S.Tomotika等专家关于液体自由表面不稳定性的研究认为液滴的形成与电极自由表面的直径有很大的关系，只有电极直径小于某一临界值时才能形成稳定的液滴进行纺丝，如果上述专利提供的电极金属棒直径较大时，溶液会在电极表面成为膜状，难以拉伸成丝；而直径较小时却又无法满足大批量生产的目的；另外，不管是单喷头、多喷头、旋转喷头或复合喷头，纺丝装置多为导电的金属材料，在高压静电场中，由于接受距离较短，装置部件之间的电场会相互干扰，甚至在电压较高时容易击穿，无法纺丝，这大大影响了静电纺丝的效率和纳米纤维的质量。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种无喷头式静电纺丝装置及其使用方法，所述无喷头式静电纺丝装置具有静电纺丝效率高，生产的纳米纤维膜厚度均匀，产品质量高，生产耗能少，生产成本低的优点，本发明的技术方案如下：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种无喷头式静电纺丝装置，所述装置包括：圆柱芯体、圆柱壳体、转轴、圆柱形接收装置、驱动装置和高压静电发生器；
其中，所述圆柱芯体具有实心结构，所述圆柱壳体具有圆柱形的中空结构，所述圆柱芯体设于所述中空结构内并与所述圆柱壳体同心，且所述圆柱芯体的上底面与所述圆柱壳体的上底面固定连接，所述圆柱芯体的下底面与所述圆柱壳体的下底面固定连接，所述圆柱芯体的侧面与所述圆柱壳体的侧面共同形成环状溶液槽，所述圆柱壳体的侧面还均匀设有预设数量的微孔；
所述圆柱形接收装置为无上底面的中空凹槽结构，所述圆柱壳体设于所述中空凹槽结构内；
所述转轴的上部通过所述圆柱形接收装置的下底面与所述圆柱壳体的底部固定连接，所述转轴的下部与所述驱动装置可传动连接；
所述高压静电发生器的正极与所述圆柱壳体的底部相连，所述高压静电发生器的负极与所述圆柱形接收装置相连；
所述圆柱芯体、所述圆柱壳体以及所述转轴的材质均为绝缘材料，所述圆柱形接收装置的材质为导电金属材料。
在一个优选的实施例中，所述微孔的贯通长度为5～10mm。
在一个优选的实施例中，所述微孔的形状为三角形或菱形结构。
在一个优选的实施例中，所述装置还包括溶液输入装置，所述溶液输入装置通过输液管与所述环状溶液槽相连通，所述溶液输入装置内存储有高分子聚合物溶液。
在一个优选的实施例中，所述高压静电发生器的输出电压为40~70KV。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种无喷头式静电纺丝装置的使用方法，所述无喷头式静电纺丝装置为上述任一所述的装置，所述方法包括：
将高分子聚合物溶解于溶液或去离子水中制备得到高分子聚合物溶液，将所述高分子聚合物溶液输入所述环状溶液槽内；
启动所述驱动装置，使得所述转轴在所述驱动装置的传动作用下转动，并带动所述环状溶液槽内的所述高分子聚合物溶液旋转；
通过调整所述驱动装置的输出频率来调整所述转轴的转速，使得所述环状溶液槽内的所述高分子聚合物溶液在离心力作用下通过所述微孔，并在所述圆柱壳体的侧面形成泰勒锥；
启动所述高压静电发生器，使得所述圆柱壳体侧面的泰勒锥表面集聚正电荷；
调整所述高压静电发生器的输出电压，调节所述圆柱形接收装置的半径，使得所述圆柱壳体侧面的泰勒锥在静电场的作用下拉伸为纳米纤维，所述纳米纤维由所述圆柱形接收装置的内侧表面接收并形成纳米纤维非织造布；
在静电纺丝工作结束时，先关闭所述高压静电发生器，再关闭所述驱动装置，取下所述圆柱形接收装置内侧的所述纳米纤维非织造布。
在一个优选的实施例中，所述高分子聚合物为聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷或聚乳酸中的任意一种，分子量为10万~100万。
在一个优选的实施例中，所述高压静电发生器的输出电压为40~70KV。
与现有技术相比，本发明提供的无喷头式静电纺丝装置及其使用方法具有以下优点：
本发明提供的无喷头式静电纺丝装置，作为静电纺丝端的圆柱芯体和圆柱壳体均为绝缘材质，可消除纺丝装置各部件之间电场的干扰，且电荷集中在环状溶液槽中的高分子聚合物溶液中，有利于有效快速纺丝和牵伸制备纳米纤维；此外，实际工作中，本装置的圆柱壳体表面可形成多个均匀的泰勒锥，静电纺丝产量高，可高效率制备纳米纤维管；纳米纤维的接收方向集中统一，接收距离相等，避免了纳米纤维飞溅造成的浪费，也保障了纳米纤维的均匀性，提高了静电纺丝生产效率和产品质量，降低了能量消耗。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并于说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种无喷头式静电纺丝装置的装置示意图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种无喷头式静电纺丝装置的俯视图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种三角形微孔的示意图。
图4是根据一示例性实施例示出的一种菱形微孔的示意图。
图5是根据一示例性实施例示出的一种无喷头式静电纺丝装置的使用方法的流程图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是根据一示例性实施例示出的一种无喷头式静电纺丝装置的装置示意图，如图1所示，该装置包括：圆柱芯体1、圆柱壳体2、转轴6、圆柱形接收装置8、驱动装置5和高压静电发生器7。
其中，所述圆柱芯体1具有实心结构，所述圆柱壳体2具有圆柱形的中空结构，所述圆柱芯体1设于所述中空结构内并与所述圆柱壳体2同心，且所述圆柱芯体1的上底面与所述圆柱壳体2的上底面固定连接，所述圆柱芯体1的下底面与所述圆柱壳体2的下底面固定连接，所述圆柱芯体1的侧面与所述圆柱壳体2的侧面共同形成环状溶液槽4，所述圆柱壳体2的侧面还均匀设有预设数量的微孔3；所述圆柱形接收装置8为无上底面的中空凹槽结构，所述圆柱壳体2设于所述中空凹槽结构内；所述转轴6的上部通过所述圆柱形接收装置8的下底面与所述圆柱壳体2的底部固定连接，所述转轴6的下部与所述驱动装置5可传动连接；所述高压静电发生器7的正极与所述圆柱壳体2的底部相连，所述高压静电发生器7的负极与所述圆柱形接收装置8相连；所述圆柱芯体1、所述圆柱壳体2以及所述转轴6的材质均为绝缘材料，所述圆柱形接收装置8的材质为导电金属材料。
其中，圆柱芯体1、所述圆柱壳体2以及所述转轴6的材质可以为玻璃、聚四氟乙烯等绝缘材料，所述圆柱形接收装置8的材质可为不锈钢、铁等导电金属材料。
在一个可能的场景下，工作人员可以通过调整圆柱形接收装置8的半径来调节纳米纤维的接收距离。
为更好的说明本发明实施例提供的无喷头式静电纺丝装置中圆柱芯体1、圆柱壳体2和圆柱形接收装置8的位置关系，本实施例还示出了无喷头式静电纺丝装置的俯视图，如图2所示，在图2中，圆柱芯体1位于圆柱壳体2内部，圆柱壳体位于圆柱形接收装置8内部。
在一个可行的实施例中，所述微孔3的贯通长度为5～10mm，所述环状溶液槽4中的高分子聚合物溶液可在离心力的作用下贯穿所述微孔3。
在一个优选的实施例中，所述微孔3的形状为三角形或菱形结构。
比如，图3为三角形微孔的示意图，在图3中，三角形微孔的标号为9；图4为菱形微孔的示意图，在图4中，菱形微孔的标号为10。
在一个优选的实施例中，所述装置还包括溶液输入装置，所述溶液输入装置通过输液管与所述环状溶液槽相连通，所述溶液输入装置内存储有高分子聚合物溶液。
在一个优选的实施例中，所述高压静电发生器的输出电压为40~70KV。
综上所述，本发明提供的无喷头式静电纺丝装置，作为静电纺丝端的圆柱芯体和圆柱壳体均为绝缘材质，可消除纺丝装置各部件之间电场的干扰，且电荷集中在环状溶液槽中的高分子聚合物溶液中，有利于有效快速纺丝和牵伸制备纳米纤维；此外，实际工作中，本装置的圆柱壳体表面可形成多个均匀的泰勒锥，静电纺丝产量高，可高效率制备纳米纤维管；纳米纤维的接收方向集中统一，接收距离相等，避免了纳米纤维飞溅造成的浪费，也保障了纳米纤维的均匀性，提高了静电纺丝生产效率和产品质量，降低了能量消耗。
图5是根据一示例性实施例示出的一种无喷头式静电纺丝装置的使用方法的流程图，该方法应用于上述无喷头式静电纺丝装置，包括：
步骤501，将高分子聚合物溶解于溶液或去离子水中制备得到高分子聚合物溶液，将高分子聚合物溶液输入环状溶液槽内。
步骤502，启动驱动装置，使得转轴在驱动装置的传动作用下转动，并带动环状溶液槽内的高分子聚合物溶液旋转。
步骤503，通过调整驱动装置的输出频率来调整转轴的转速，使得环状溶液槽内的高分子聚合物溶液在离心力作用下通过微孔，并在圆柱壳体的侧面形成泰勒锥。
步骤504，启动高压静电发生器，使得圆柱壳体侧面的泰勒锥表面集聚正电荷。
步骤505，调整高压静电发生器的输出电压，调节圆柱形接收装置的半径，使得圆柱壳体侧面的泰勒锥在静电场的作用下拉伸为纳米纤维，纳米纤维由圆柱形接收装置的内侧表面接收并形成纳米纤维非织造布。
步骤506，在静电纺丝工作结束时，先关闭高压静电发生器，再关闭驱动装置，取下圆柱形接收装置内侧的纳米纤维非织造布。
在一个优选的实施例中，高分子聚合物为聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷或聚乳酸中的任意一种，分子量为10万~100万。
在一个优选的实施例中，高压静电发生器的输出电压为40~70KV。
在本发明装置中，环状溶液槽由绝缘材料的圆柱壳体嵌套圆柱芯体形成，本发明装置在实际作业时，圆柱壳体接有正电极，电荷可完全分布在高分子聚合物溶液中，增加了高分子聚合物溶液的电荷数，从而便于纺丝而且电场分布均匀，能够稳定地进行纺丝，使生产过程更加的稳定。另外，本发明采用的圆柱壳体与环状溶液槽之间由微孔贯穿，通过控制转轴的转速产生离心力实现高分子聚合物溶液的挤出，圆柱壳体整个表面均设有微孔，从而达到成倍提高产量的目的。
此外，本发明装置的结构简单，使用方法便捷，且易于清洗，减少了设备配套成本，可通过增加圆柱壳体的表面积和微孔数进一步提高产量，还可通过替换高分子聚合物溶液的方式，制造多种材料复合的纳米纤维非织造布。
本发明通过以下实施例来说明本发明提供的无喷头式静电纺丝装置所带来的有益效果，其中，实施例A所使用的高分子聚合物为聚环氧乙烷，实施例B所使用的高分子聚合物为聚丙烯腈，实施例C所使用的高分子聚合物为聚乳酸，实施例D所使用的高分子聚合物为聚羟基丁酸戊酸共聚酯PHBV：
实施例A
将聚环氧乙烷（PEO，分子量40万）40g溶解于960mL去离子水中，在常温水浴中搅拌配制成质量浓度为4%透明无沉淀的高分子聚合物溶液，并将其放进环状溶液槽中进行静电纺丝，转轴的转速为3500r/min，圆柱形接收装置内侧面至圆柱壳体的距离为50cm，施加电压为40KV。按照上述无喷头式静电纺丝装置的使用方法的实施步骤，制得纳米纤维非织造布，纤维直径分布在300~700nm之间，平均产量为12g/h/m。
实施例B
将聚丙烯腈（PAN，分子量8万）100g溶解于9000g二甲基乙酰胺中，在60度水浴中搅拌配制成质量浓度为10%透明无沉淀的高分子聚合物溶液，并将其放进环状溶液槽中进行静电纺丝，转轴的转速为5000r/min，圆柱形接收装置内侧面至圆柱壳体的距离为50cm，施加电压为50KV。按照上述无喷头式静电纺丝装置的使用方法的实施步骤，制得纳米纤维非织造布，纤维直径分布在300~900nm之间，平均产量为15g/h/m。
实施例C
将聚乳酸（PLA，相对分子质量为1.0×105）120g溶解于1980mL二氯甲烷溶剂中，在常温水浴中搅拌配制成质量浓度为6%透明无沉淀的高分子聚合物溶液，并将其放进环状溶液槽中进行静电纺丝，转轴的转速为5000r/min，圆柱形接收装置内侧面至圆柱壳体的距离为50cm，施加电压为50KV。按照上述无喷头式静电纺丝装置的使用方法的实施步骤，制得纳米纤维非织造布，纤维直径分布在500~1000nm之间，平均产量为10g/h/m。
实施例D
将聚羟基丁酸戊酸共聚酯PHBV溶解于体积比为2:1～8:1的三氯甲烷/丙酮溶液中，搅拌均匀，得到PHBV质量百分比为5～15%的PHBV/三氯甲烷/丙酮混合溶液，并将其放进环状溶液槽中进行静电纺丝，转轴的转速为7000r/min，圆柱形接收装置内侧面至圆柱壳体的距离为60cm，施加电压为70KV。按照上述无喷头式静电纺丝装置的使用方法的实施步骤，制得纳米纤维非织造布，纤维直径分布在500~1200nm之间，平均产量为18g/h/m。
可见，通过采用本发明提供的无喷头式静电纺丝装置制备的纤维细度可达到纳米级，且本发明提供的无喷头式静电纺丝装置由大多数绝缘体材料构成，使电荷完全分布在高分子聚合物溶液中，可增加高分子聚合物溶液的电荷数且电场分布均匀，能够稳定地进行纺丝，使生产过程更加的稳定。另外，本发明通过控制转轴的转速产生离心力实现高分子聚合物溶液的挤出，圆柱壳体整个表面都具有微孔，从而达到成倍提高产量的目的。
虽然，前文已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之进行修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明的后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。
Claims (8)
1.一种无喷头式静电纺丝装置，其特征在于，所述装置包括：圆柱芯体、圆柱壳体、转轴、圆柱形接收装置、驱动装置和高压静电发生器；
其中，所述圆柱芯体具有实心结构，所述圆柱壳体具有圆柱形的中空结构，所述圆柱芯体设于所述中空结构内并与所述圆柱壳体同心，且所述圆柱芯体的上底面与所述圆柱壳体的上底面固定连接，所述圆柱芯体的下底面与所述圆柱壳体的下底面固定连接，所述圆柱芯体的侧面与所述圆柱壳体的侧面共同形成环状溶液槽，所述圆柱壳体的侧面还均匀设有预设数量的微孔；
所述圆柱形接收装置为无上底面的中空凹槽结构，所述圆柱壳体设于所述中空凹槽结构内；
所述转轴的上部通过所述圆柱形接收装置的下底面与所述圆柱壳体的底部固定连接，所述转轴的下部与所述驱动装置可传动连接；
所述高压静电发生器的正极与所述圆柱壳体的底部相连，所述高压静电发生器的负极与所述圆柱形接收装置相连；
所述圆柱芯体、所述圆柱壳体以及所述转轴的材质均为绝缘材料，所述圆柱形接收装置的材质为导电金属材料。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微孔的贯通长度为5～10mm。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微孔的形状为三角形或菱形结构。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括溶液输入装置，所述溶液输入装置通过输液管与所述环状溶液槽相连通，所述溶液输入装置内存储有高分子聚合物溶液。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高压静电发生器的输出电压为40~70KV。
6.一种无喷头式静电纺丝装置的使用方法，其特征在于，所述无喷头式静电纺丝装置为权利要求1~5任一所述的装置，所述方法包括：
将高分子聚合物溶解于溶液或去离子水中制备得到高分子聚合物溶液，将所述高分子聚合物溶液输入所述环状溶液槽内；
启动所述驱动装置，使得所述转轴在所述驱动装置的传动作用下转动，并带动所述环状溶液槽内的所述高分子聚合物溶液旋转；
通过调整所述驱动装置的输出频率来调整所述转轴的转速，使得所述环状溶液槽内的所述高分子聚合物溶液在离心力作用下通过所述微孔，并在所述圆柱壳体的侧面形成泰勒锥；
启动所述高压静电发生器，使得所述圆柱壳体侧面的泰勒锥表面集聚正电荷；
调整所述高压静电发生器的输出电压，调节所述圆柱形接收装置的半径，使得所述圆柱壳体侧面的泰勒锥在静电场的作用下拉伸为纳米纤维，所述纳米纤维由所述圆柱形接收装置的内侧表面接收并形成纳米纤维非织造布；
在静电纺丝工作结束时，先关闭所述高压静电发生器，再关闭所述驱动装置，取下所述圆柱形接收装置内侧的所述纳米纤维非织造布。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述高分子聚合物为聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷或聚乳酸中的任意一种，分子量为10万~100万。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述高压静电发生器的输出电压为40~70KV。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109457394A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-03-12 | 李瑞锋 | 一种多腔滚筒式静电纺丝装置及其使用方法 |
| CN110592688A (zh) * | 2019-10-11 | 2019-12-20 | 天津工业大学 | 一种圆柱静电纺丝装置 |
| CN112680800A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-20 | 江苏臻中滤料科技有限公司 | 一种纳米纤维无纺布生产装置及使用方法 |
| CN112680801A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-20 | 江苏臻中滤料科技有限公司 | 一种用于空气过滤的无纺布生产装置及使用方法 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4830965B1 (zh) * | 1970-09-14 | 1973-09-26 | ||
| SU588266A1 (ru) * | 1976-04-27 | 1978-01-15 | Предприятие П/Я А-3324 | Устройство дл центробежного формовани нитей из полимерной массы |
| CN1472373A (zh) * | 2003-03-28 | 2004-02-04 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 旋碟纺丝法及纺丝装置 |
| WO2006016641A1 (ja) * | 2004-08-11 | 2006-02-16 | National University Corporation Gunma University | カーボンナノ材料の製造方法及び遠心溶融紡糸装置 |
| JP2008031624A (ja) * | 2006-07-05 | 2008-02-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ナノファイバー及び高分子ウェブの製造方法と装置 |
| SE0700403L (sv) * | 2007-02-20 | 2008-08-21 | Ifp Res Ab | Anordning för framställning av nanofiber |
| KR20100077913A (ko) * | 2008-12-29 | 2010-07-08 | (주)엔티시 | 원심전기방사장치 |
| CN103215666A (zh) * | 2013-05-09 | 2013-07-24 | 北京化工大学 | 一种新型离心熔体静电纺丝装置 |
| CN203820941U (zh) * | 2014-04-29 | 2014-09-10 | 南京新月材料科技有限公司 | 一种大量制备石墨烯与聚合物共混的静电纺丝装置 |
| CN104178826A (zh) * | 2014-08-13 | 2014-12-03 | 杭州大铭光电复合材料研究院有限公司 | 离心静电连续纺纳米纤维装置 |
| US20150265746A1 (en) * | 2014-03-18 | 2015-09-24 | Tepha, Inc. | Micro-fiber webs of poly-4-hydroxybutyrate and copolymers thereof produced by centrifugal spinning |
-
2018
- 2018-04-19 CN CN201810355658.2A patent/CN108330550B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4830965B1 (zh) * | 1970-09-14 | 1973-09-26 | ||
| SU588266A1 (ru) * | 1976-04-27 | 1978-01-15 | Предприятие П/Я А-3324 | Устройство дл центробежного формовани нитей из полимерной массы |
| CN1472373A (zh) * | 2003-03-28 | 2004-02-04 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 旋碟纺丝法及纺丝装置 |
| WO2006016641A1 (ja) * | 2004-08-11 | 2006-02-16 | National University Corporation Gunma University | カーボンナノ材料の製造方法及び遠心溶融紡糸装置 |
| JP2008031624A (ja) * | 2006-07-05 | 2008-02-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ナノファイバー及び高分子ウェブの製造方法と装置 |
| SE0700403L (sv) * | 2007-02-20 | 2008-08-21 | Ifp Res Ab | Anordning för framställning av nanofiber |
| KR20100077913A (ko) * | 2008-12-29 | 2010-07-08 | (주)엔티시 | 원심전기방사장치 |
| CN103215666A (zh) * | 2013-05-09 | 2013-07-24 | 北京化工大学 | 一种新型离心熔体静电纺丝装置 |
| US20150265746A1 (en) * | 2014-03-18 | 2015-09-24 | Tepha, Inc. | Micro-fiber webs of poly-4-hydroxybutyrate and copolymers thereof produced by centrifugal spinning |
| CN203820941U (zh) * | 2014-04-29 | 2014-09-10 | 南京新月材料科技有限公司 | 一种大量制备石墨烯与聚合物共混的静电纺丝装置 |
| CN104178826A (zh) * | 2014-08-13 | 2014-12-03 | 杭州大铭光电复合材料研究院有限公司 | 离心静电连续纺纳米纤维装置 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109457394A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-03-12 | 李瑞锋 | 一种多腔滚筒式静电纺丝装置及其使用方法 |
| CN110592688A (zh) * | 2019-10-11 | 2019-12-20 | 天津工业大学 | 一种圆柱静电纺丝装置 |
| CN112680800A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-20 | 江苏臻中滤料科技有限公司 | 一种纳米纤维无纺布生产装置及使用方法 |
| CN112680801A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-20 | 江苏臻中滤料科技有限公司 | 一种用于空气过滤的无纺布生产装置及使用方法 |
| CN112680801B (zh) * | 2020-12-22 | 2021-11-23 | 江苏臻中滤料科技有限公司 | 一种用于空气过滤的无纺布生产装置及使用方法 |
| CN112680800B (zh) * | 2020-12-22 | 2022-01-07 | 咸宁优维科技有限公司 | 一种纳米纤维无纺布生产装置及使用方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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