本发明涉及一种顺重力多片层刷式静电纺丝装置及方法，属于静电纺丝和纺织机械技术领域。
背景技术：
静电纺丝是制备纳米纤维材料的最有效方式之一，相比于拉伸法、模板合成法、自组装等纳米材料的制备技术，静电纺丝具有操作简单、制备流程短、材料选择广泛等优点。而与传统纺织纤维材料相比，纳米纤维材料由于极小的尺度，拥有许多在大尺度下难以展现的特性，比如明显的表面与界面效应，特有的小尺寸效应，极大的比表面积和极高的孔隙率等。因此纳米纤维材料拥有更广泛的应用领域，比如在空气过滤，油水分离，医用辅料，组织工程支架等方向，纳米纤维材料都发挥着令整个行业为之瞩目的作用，使其拥有非常光明的应用前景。
传统的静电纺丝装置以单针头或多针头为主，但是该两种装置都存在产量低的缺陷，难以满足产业所需的生产量。近年来，设计改造静电纺丝装置，提高其纳米纤维的产量已经成为静电纺丝技术领域的一大研究热点。在全世界范围内，批量化生产静电纺纳米纤维的装置和方法也井喷式地不断涌现。其中最知名的就是elmarco公司依托捷克利贝雷茨工科大学开发的nanospider静电纺丝装置，其最早实现了静电纺纳米纤维的商业化生产。
目前实现批量化生产静电纺丝纳米纤维的设备，其纺丝方向大多是反重力式的自下而上，而在传统的纤维材料领域，纤维的收集方向恰恰相反，因此这一方向的技术缺失，局限了静电纺丝在实际生产中的应用。而限制其方向的重要原因是供液方式，对于批量化生产设备而言，大量的纺丝液需要被供给，而改变其装置的方向则极容易使得溶液外漏，无法连续生产并影响纺丝过程。因此，设计一种既能批量化生产静电纺纳米纤维又能改变其纺丝方向，并保证纺丝过程连续稳定静电纺丝装置是尤为必要的。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：目前批量化生产静电纺丝纳米纤维的技术，其纺丝方向是较为单一的自下而上，局限了静电纺丝技术更广泛的应用。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：提供一种顺重力多片层刷式静电纺丝装置，其特征在于，包括相互配合的往复运动式刷头与多片层纺丝头，所述多片层纺丝头下方设有至少两个三棱柱片，多片层纺丝头与高压正电极连接；所述往复式刷头包括与供液装置连接的刷头，刷头与电机连接，电机固定于支架上；刷头上设有多个与三棱柱片相配合的v型槽。
优选地，所述供液装置为微量注射泵，刷头通过软管与微量注射泵连接。
优选地，所述多片层纺丝头下方的三棱柱片的截面为等腰三角形，该等腰三角形的顶点向下设置，底边长度为10-20mm，高为100-150mm，三棱柱片的棱长为300-400mm，底部边缘打磨锋利。
更优选地，两个所述三棱柱顶部之间的距离为150-300mm。
优选地，所述刷头的材质为聚四氟乙烯；三棱柱片的材质为黄铜。
本发明还提供了一种顺重力多片层刷式静电纺丝方法，其特征在于，采用上述顺重力多片层刷式静电纺丝装置，将微量注射泵和电机打开，使得刷头进行往复运动，并为多片层纺丝头刷上纺丝溶液；打开高压正电极，缓慢增加高压，当电压超过临界值时，开始静电纺丝，通过收集装置收集，形成纳米纤维。
本发明设计了一种可以自上而下顺重力方向进行静电纺丝的装置和方法，相比于目前的批量化静电纺丝技术，实现了纺丝方向上的突破；该静电纺丝技术采用多片层纺丝头，进行无针式批量化静电纺纳米纤维的制备，既避免了喷头的堵塞，也大大提高了纺丝效率和产量；采用往复运动型刷头为纺丝头蘸取溶液，极大地提高了溶液利用效率，与此同时，克服了溶液滴落的困难，使得纺丝过程可以稳定连续地进行；此外纺丝头本身构造简单，便于清洁和操作。所以利用本发明可以实现顺重力方向的批量化静电纺丝过程，突破了批量化制备静电纺纳米纤维生产方向上的局限，拓宽了静电纺丝技术的应用前景。
附图说明
图1为实施例提供的顺重力双片层刷式静电纺丝装置的结构示意图；
图2为多片层纺丝头的侧视图；
图3为刷头的俯视图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例
本实施例采用的顺重力双片层刷式静电纺丝装置如图1-3所示，其包括相互配合的往复运动式刷头与多片层纺丝头1(本实施例采用双片层纺丝头)，所述多片层纺丝头1下方设有两个三棱柱片，多片层纺丝头1与高压正电极5连接；所述往复式刷头包括与供液装置连接的刷头2，刷头2与电机4连接，电机4固定于支架3上。供液装置为微量注射泵7，刷头2通过软管6与微量注射泵7连接。多片层纺丝头1下方的三棱柱片的截面为等腰三角形，该等腰三角形的顶点向下设置，底边长度为10-20mm，高为100-150mm，三棱柱片的棱长为300-400mm。两个三棱柱顶部之间的距离为150-300mm。刷头2上设有两个与三棱柱片相适应的v型槽。刷头2的材质为聚四氟乙烯；三棱柱片的材质为黄铜。
采用上述装置进行纺丝，溶液选用质量浓度为10％的聚丙烯腈(pan)的n，n二甲基甲酰胺(dmf)溶液。将配置好的聚合物溶液装入微量注射泵7中，设置注射泵流量为1.4ml/min，打开电机4，设置转速为20r/min，高聚物溶液经过软管6注入到刷头2中，往复运动的刷头2将纺丝溶液蘸取到刷头2的顶部，打开高压正电极5，缓慢增加电压至50-55kv，多片层纺丝头1的片层顶端就会出现多根射流，射流在运动过程中，溶剂快速挥发形成高聚物纳米纤维。