專利名稱：一種非接觸誘導(dǎo)的直徑可控納米纖維電紡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜電紡絲裝置，尤其是涉及一種非接觸誘導(dǎo)的直徑可控納米纖維電紡裝置。
背景技術(shù)：
由于納米纖維具有特殊的物理和化學(xué)特性，在復(fù)合材料、生物醫(yī)學(xué)、電池電極、過濾薄膜、創(chuàng)傷敷料、催化劑載體以及微納米器件等領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用和廣闊的市場前景，如納米纖維替代微細(xì)纖維將大幅度提高產(chǎn)品工作性能，實(shí)現(xiàn)非織造布產(chǎn)業(yè)的革命性升級(jí)，因此批量制造直徑均勻可控的納米纖維是其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。靜電紡絲具有技術(shù)簡單、純物理過程等優(yōu)點(diǎn)，未來極有可能成為制造納米纖維的主要技術(shù)，但傳統(tǒng)電紡技術(shù)效率低下，科研人員開始致力于開發(fā)納米纖維批量制造裝置。目前，廣泛用于批量生產(chǎn)納米纖維的裝置大多是組合多針尖陣列電紡或無尖端批量電紡裝置。中國專利〔擬00720076卯4.6報(bào)道了一種朝上噴的多噴頭靜電紡絲裝置，該裝置是對傳統(tǒng)單噴頭的自然擴(kuò)展，將多個(gè)噴頭以陣列方式排列進(jìn)行噴射紡絲，但該裝置中各噴頭之間的電場相互影響，制備納米纖維的直徑差異性很大，甚至出現(xiàn)液滴和中間區(qū)域噴頭無法噴射的問題。中國專利CN200910235204公開了一種宏量制造納米纖維的電紡裝置，該裝置采用浸入在聚合物溶液中的可旋轉(zhuǎn)滾筒為噴射頭，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)組合多針尖陣列噴頭，產(chǎn)量顯著提高。但驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明，其需經(jīng)常清洗，更換噴頭，而且容易出現(xiàn)液滴，制備的納米纖維直徑很不均勻。此外，文獻(xiàn) A.L.Yarin 等(A. L. Yarin，E· Zussman· Upward needless electrospinning of multiple nanofibers. Polymer，2004，45 :2977-2980) 艮道了以色列理工學(xué)院Yarin等人將磁場引入靜電紡絲，提出了磁致噴射批量電紡技術(shù)，該技術(shù)將一個(gè)由上層聚合物溶液和下層磁流體構(gòu)成的分層溶液體系置于垂直磁場中，磁流體由于法向磁場作用產(chǎn)生許多圓錐刺尖穿透聚合物溶液上表面，這些錐尖處的溶液在外加場強(qiáng)為105V/ m的垂直電場強(qiáng)力拉伸下直接向上噴射，最終在收集板上得到大量的納米纖維，但該技術(shù)中電紡溶液含有磁粉或硅油等其他雜質(zhì)，影響了纖維的質(zhì)量，制備的納米纖維直徑差異較大， 限制了納米纖維的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供可克服現(xiàn)有的電紡技術(shù)存在的產(chǎn)量較低、直徑差異較大、帶珠狀結(jié)構(gòu)、易堵塞、不易清洗等缺陷，可批量生產(chǎn)不同勻徑納米纖維，能夠?qū)崿F(xiàn)對所要生產(chǎn)納米纖維直徑的有效控制的非接觸誘導(dǎo)的直徑可控納米纖維電紡裝置。本發(fā)明設(shè)有直流高壓電源、溶液槽、限徑板、金屬板、驅(qū)動(dòng)裝置和收集板；所述直流高壓電源的正極與溶液槽內(nèi)導(dǎo)電層連接，直流高壓電源的負(fù)極與收集板連接并接地；限徑板覆蓋在聚合物溶液表面，限徑板上設(shè)有通孔或槽陣列，用于限制液面產(chǎn)生射流的幾何尺寸，進(jìn)而控制納米纖維的直徑和均勻性；所述金屬板與驅(qū)動(dòng)裝置連接，金屬板設(shè)于溶液槽上，溶液槽內(nèi)注入聚合物溶液，金屬板用于誘導(dǎo)液面產(chǎn)生射流；驅(qū)動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)金屬板按所要求的路徑和運(yùn)動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)；收集板設(shè)于溶液槽上方，用于收集納米纖維。所述直流高壓電源輸出可大于30kV。所述限徑板上表面可高于聚合物溶液面或平齊，所述限徑板為絕緣材料且設(shè)有一定結(jié)構(gòu)、尺寸的通孔或槽陣列。所述通孔可以為但不局限于圓形、方形或菱形，最大尺寸小于2mm ；所述槽的最小矩形邊可小于2mm。所述限徑板覆蓋在聚合物溶液表面，限徑板上表面不低于溶液表面。所述金屬板與溶液液面可水平、垂直或傾斜放置；所述金屬板可帶有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。所述溶液槽可為雙層結(jié)構(gòu)，外層為絕緣層，內(nèi)層為導(dǎo)電層。所述金屬板距液面的垂直距離可不大于6cm。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)直徑均勻可控。溶液表面覆蓋有限徑板，能夠?qū)崿F(xiàn)對射流幾何尺寸的限制，從而可以實(shí)現(xiàn)對納米纖維直徑的有效控制，通過改變限徑板上通孔或槽的尺寸可以獲得不同直徑的納米纖維，而且纖維直徑均勻；( 低閾值電壓。采用金屬板誘導(dǎo)液面產(chǎn)生射流，可以有效的降低閾值電壓，使液面很容易在較低電壓下形成錐射流；(3) 結(jié)構(gòu)簡單。本裝置中的金屬板不與液面接觸，無需清洗，保證了納米纖維持續(xù)批量制造。


圖1為非接觸誘導(dǎo)的直徑可控納米纖維電紡裝置示意2為非接觸誘導(dǎo)的直徑可控納米纖維電紡裝置主視3為限徑板(圓形通槽陣列)主視圖。圖4為限徑板(長條形通槽陣列)主視圖。圖5為限徑板(正方形通槽陣列)主視圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1 5，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有直流高壓電源1、溶液槽2、限徑板3、金屬板4、 驅(qū)動(dòng)裝置5和收集板6 ；所述直流高壓電源1的正極與溶液槽2內(nèi)導(dǎo)電層連接，直流高壓電源1的負(fù)極與收集板6連接并接地；限徑板3覆蓋在聚合物溶液表面，限徑板3上設(shè)有通孔或槽陣列，用于限制液面產(chǎn)生射流的幾何尺寸，進(jìn)而控制納米纖維的直徑和均勻性；所述金屬板4與驅(qū)動(dòng)裝置5連接，金屬板4設(shè)于溶液槽2上，溶液槽2內(nèi)注入聚合物溶液，收集板 6設(shè)于溶液槽2上方。所述限徑板3上表面高于聚合物溶液面或平齊。直流高壓電源1采用120kV直流高壓電源。直流高壓電源1用于產(chǎn)生高壓。所述直流高壓電源輸出可大于30kV。所述限徑板3上表面可高于聚合物溶液面或平齊，所述限徑板3為絕緣材料且設(shè)有一定結(jié)構(gòu)、尺寸的通孔或槽陣列。所述通孔可采用圓形、方形或菱形通孔，最大尺寸小于2mm ；所述槽的最小矩形邊可小于2mmο所述限徑板3覆蓋在聚合物溶液表面，限徑板3上表面不低于溶液表面。所述金屬板4與溶液液面可水平、垂直或傾斜放置；所述金屬板4可帶有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
所述溶液槽2可為雙層結(jié)構(gòu)，外層為絕緣層，內(nèi)層為導(dǎo)電層。所述金屬板4距液面的垂直距離可不大于6cm。所述限徑板3上所設(shè)的通槽的寬度為1mm，用于限制聚合物溶液液面產(chǎn)生射流的幾何尺寸，進(jìn)而制得直徑均勻可控的納米纖維。金屬板4用于誘導(dǎo)聚合物溶液液面產(chǎn)生射流；驅(qū)動(dòng)裝置5用于驅(qū)動(dòng)金屬板4按所要求的路徑和運(yùn)動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)；收集板6設(shè)于溶液槽2 上方，用于收集納米纖維。當(dāng)批量制造納米纖維時(shí)，首先將限徑板3覆蓋在聚合物溶液表面，使液面與限徑板3上表面平齊，隨即開啟直流高壓電源1產(chǎn)生高壓，然后金屬板4在驅(qū)動(dòng)裝置5的驅(qū)動(dòng)下按照所要求的路徑和運(yùn)動(dòng)方式做周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，用于誘導(dǎo)液面產(chǎn)生射流，射流經(jīng)過電場拉伸和溶劑揮發(fā)，最終在收集板6上得到納米纖維。金屬板4與液面垂直距離為2cm，方向與液面垂直。由于限徑板3上設(shè)有寬度為Imm的通槽，當(dāng)覆蓋在聚合物溶液表面時(shí)，射流只能在槽內(nèi)溶液液面上形成，由于槽的限制，射流幾何尺寸受到限制，從而制得直徑均勻可控的納米纖維。因此，可以通過更換設(shè)有不同結(jié)構(gòu)、尺寸的通孔或槽來獲得不同直徑的納米纖維。
權(quán)利要求
1.一種非接觸誘導(dǎo)的直徑可控納米纖維電紡裝置，其特征在于設(shè)有直流高壓電源、溶液槽、限徑板、金屬板、驅(qū)動(dòng)裝置和收集板；所述直流高壓電源的正極與溶液槽內(nèi)導(dǎo)電層連接，直流高壓電源的負(fù)極與收集板連接并接地；限徑板覆蓋在聚合物溶液表面，限徑板上設(shè)有通孔或槽陣列；所述金屬板與驅(qū)動(dòng)裝置連接，金屬板設(shè)于溶液槽上，溶液槽內(nèi)注入聚合物溶液；收集板設(shè)于溶液槽上方，用于收集納米纖維。
2.如權(quán)利要求1所述的一種非接觸誘導(dǎo)的直徑可控納米纖維電紡裝置，其特征在于所述直流高壓電源輸出大于30kV。
3.如權(quán)利要求1所述的一種非接觸誘導(dǎo)的直徑可控納米纖維電紡裝置，其特征在于所述限徑板上表面高于聚合物溶液面或平齊，所述限徑板為絕緣板。
4.如權(quán)利要求1所述的一種非接觸誘導(dǎo)的直徑可控納米纖維電紡裝置，其特征在于所述通孔為但不局限于圓形、方形或菱形，最大尺寸小于2mm。
5.如權(quán)利要求1所述的一種非接觸誘導(dǎo)的直徑可控納米纖維電紡裝置，其特征在于所述槽的最小矩形邊小于2mm。
6.如權(quán)利要求1所述的一種非接觸誘導(dǎo)的直徑可控納米纖維電紡裝置，其特征在于所述限徑板覆蓋在聚合物溶液表面，限徑板上表面不低于溶液表面。
7.如權(quán)利要求1所述的一種非接觸誘導(dǎo)的直徑可控納米纖維電紡裝置，其特征在于所述金屬板與溶液液面水平、垂直或傾斜放置。
8.如權(quán)利要求1所述的一種非接觸誘導(dǎo)的直徑可控納米纖維電紡裝置，其特征在于所述金屬板帶有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的一種非接觸誘導(dǎo)的直徑可控納米纖維電紡裝置，其特征在于所述溶液槽為雙層結(jié)構(gòu)，外層為絕緣層，內(nèi)層為導(dǎo)電層。
10.如權(quán)利要求1所述的一種非接觸誘導(dǎo)的直徑可控納米纖維電紡裝置，其特征在于所述金屬板距液面的垂直距離不大于6cm。
全文摘要
一種非接觸誘導(dǎo)的直徑可控納米纖維電紡裝置，涉及一種靜電紡絲裝置。設(shè)有直流高壓電源、溶液槽、限徑板、金屬板、驅(qū)動(dòng)裝置和收集板；所述直流高壓電源的正極與溶液槽內(nèi)導(dǎo)電層連接，直流高壓電源的負(fù)極與收集板連接并接地；限徑板覆蓋在聚合物溶液表面，限徑板上設(shè)有通孔或槽陣列；所述金屬板與驅(qū)動(dòng)裝置連接，金屬板設(shè)于溶液槽上，溶液槽內(nèi)注入聚合物溶液；收集板設(shè)于溶液槽上方?？煽朔F(xiàn)有的電紡技術(shù)存在的產(chǎn)量較低、直徑差異較大、帶珠狀結(jié)構(gòu)、易堵塞、不易清洗等缺陷，可批量生產(chǎn)不同勻徑納米纖維，能夠?qū)崿F(xiàn)對所要生產(chǎn)納米纖維直徑的有效控制的非接觸誘導(dǎo)。
文檔編號(hào)D01D5/00GK102505157SQ20111034670
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者吳德志, 孫道恒, 朱睿, 王凌云, 胡興旺, 賴熙庭, 黃翔宇 申請人:廈門大學(xué)