專利名稱：聚合物纖維靜電仿絲的冰面收集方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚合物纖維靜電紡絲的冰面收集方法及其裝置，屬聚合物纖維制造工藝 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
靜電紡絲是目前制備聚合物纖維無(wú)紡布的重要方法，其易于成絲，絲徑可通過(guò)控制聚合 物溶膠粘度、靜電電壓、收集板離噴絲口距離等調(diào)節(jié)，能獲得大部分聚合物的連續(xù)紡絲生產(chǎn)， 應(yīng)用范圍廣闊。目前現(xiàn)有收集方法主要是使用金屬板作為收集面進(jìn)行纖維絲的收集，簡(jiǎn)單易 行，能滿足一般要求，其缺陷在于只能獲得平面制品；金屬板的存在對(duì)高衛(wèi)生要求產(chǎn)品造成 污染；難以實(shí)現(xiàn)高精度的紋理尺寸控制。
目前，利用電子紡絲技術(shù)開發(fā)生物醫(yī)用材料制品已成為研究的熱點(diǎn)。研究的方向主要集 中在兩方面 一方面是利用電子紡絲制備的納米級(jí)纖維，作為細(xì)胞支架、藥物等添加劑的載 體以及納米級(jí)仿生材料等；第二方面是改變收集方法以獲得薄膜及管狀物等功能性形態(tài)結(jié)構(gòu)， 可廣泛用于傷口包覆材料、功能性膜、人造導(dǎo)管等。電子紡絲能獲得納米級(jí)纖維，采用不同 收集方法可以使纖維呈功能性形態(tài)結(jié)構(gòu)?；谒龅牡诙矫?，本發(fā)明利用冰制品作為纖維
收集裝置取代傳統(tǒng)的金屬板收集，可獲得網(wǎng)紋狀膜，球狀、管狀立體空心纖維制品等，在靜
電紡絲的纖維絲收集方面取得新的開拓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種聚合物纖維靜電紡絲的冰面收集 方法及其裝置，以用于制備包括平面、立體等各種形狀的纖維制品。
本發(fā)明的構(gòu)思是針對(duì)金屬板收集的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提出在一個(gè)靜電紡絲裝置中，放 置冰制模具作為纖維絲的收集體，冰面可以刻以紋理和圖案，在噴絲口下適當(dāng)位置作平移移 動(dòng)，以獲得具有相應(yīng)紋理的纖維氈、纖維膜或無(wú)紡布。另外，可通過(guò)特殊形狀的冰制模具， 在噴絲口下適當(dāng)位置作平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，收集噴出的纖維絲，來(lái)獲得立體結(jié)構(gòu)的無(wú)紡制品， 如立體空心的球形或管形纖維制品。
本發(fā)明一種聚合物纖維靜電紡絲的冰面收集方法，其特征在于具有以下的過(guò)程和步驟
a. 首先制作收集纖維絲的冰制模具，所述冰制模具為平面冰塊、或刻有紋理圖案的平面 冰塊、或特殊立體形狀的冰制模具；待用；
b. 將所述的冰制模具放置于紡絲坩堝底噴絲口下適當(dāng)位置，進(jìn)行纖維絲的平移或旋轉(zhuǎn)收 集，待冰制模具溶化為水流出并干燥后，得到所需形狀的纖維制品；包括纖維無(wú)紡布、纖維氈、纖維網(wǎng)、纖維膜、球形立體纖維制品、或管狀立體纖維制品中的任一種；
C.上述工藝過(guò)程中，所用的聚合物纖維的原料為左旋聚乳酸的二氯甲垸、N,N-二甲基甲 酰胺的混合溶膠；溶劑二氯甲烷和N，N-二甲基甲酰胺的配比，其重量百分比為65: 35;左旋 聚乳酸的重量百分比濃度為8%;工藝過(guò)程中采用的直流電壓為5.6kV;噴絲孔至收集冰面面
的距離為7cm;注射泵泵送流量為0.2ml/h;噴絲孔孔經(jīng)為0.5mm;
一種聚合物纖維靜電紡絲的冰面收集方法所用的專用裝置，包括有紡絲坩堝、噴絲口針
頭、纖維、聚合物噴絲液、電腦微量注射泵、高壓直流電源、冰面收集裝置；其特征在于 盛有聚合物噴絲液的紡絲坩堝位于冰面收集裝置的上方，在紡絲坩堝的底部設(shè)置有一金屬制 的噴絲口針頭；在紡絲坩堝的上部無(wú)口處設(shè)有一電腦微量注射泵，以注射聚合物噴絲液并對(duì) 其加壓；設(shè)在一側(cè)的直流高壓電源，其正極通過(guò)導(dǎo)體與金屬噴絲口針頭相連接；其負(fù)極通過(guò) 導(dǎo)線與下方的冰面收集裝置的外圍結(jié)構(gòu)物冷卻裝置或保溫裝置的外殼體相連接；使噴絲口針 頭與冰平面間形成較高的電壓降，以到于收集纖維；冰平面上或有純平面、或有刻有紋理、 或?yàn)榭逃袌D案的冰面；以獲得不同圖形的纖維膜、或纖維氈、或無(wú)仿布纖維制品。
一種聚合物纖維靜電紡絲的冰面收集方法所用的專用裝置，包括有紡絲坩堝、噴絲口針 頭、纖維、聚合物噴絲液、電腦微量注射泵、高壓直流電源、支架、冰制模具和微型電動(dòng)機(jī)； 其特征在于盛有聚合物噴絲液的紡絲坩堝位于冰制模具的上方，在紡絲坩堝的底部設(shè)置有 一金屬制的噴絲口針頭，在紡絲坩堝的上部開口處設(shè)有一電腦微量注射泵，以注射聚合物噴 絲液并對(duì)其加壓；設(shè)在一側(cè)的直流高壓電源，其正極通過(guò)導(dǎo)體與金屬噴絲口針頭相連接；其 負(fù)極通過(guò)導(dǎo)體與下方的冰制模具的外圍結(jié)構(gòu)冷卻裝置或保^L裝置的外殼體相連接；使噴絲口 針頭與冰制模具的冰表面間形成較高的電壓降，以利于收集纖維；冰制模具的兩端設(shè)在2個(gè) 支架上，冰制模具的一端與微型電動(dòng)機(jī)相連，以帶動(dòng)冰制模具作旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，并獲得立體球狀 或管狀纖維制品或其他形狀空心立體纖維制品。
本發(fā)明的原理如下所述
聚合物溶液或熔體受到高壓靜電作用，與電極極性相同的離子，積聚在依靠表面張力固 著在噴絲管末端的紡絲液表面，電荷受到的電場(chǎng)力(或說(shuō)是排戈力)與表面張力方向相反。 伴隨電場(chǎng)強(qiáng)度的提高，在噴絲口處的半球形液體拉伸形成Tayior錐形管，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界 值時(shí)，電場(chǎng)力克服表面張力，在錐形管頂端，形成一股帶電的噴射流。之后，溶劑揮發(fā)，纖 維固化，并以序狀排列于收集裝置上，形成類似非織造布的纖維氈(網(wǎng)或者膜)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下所述
本發(fā)明由于采用冰面收集纖維的方法，有利于實(shí)現(xiàn)各種形狀纖維制品的制備；在工藝過(guò)
5程中沒(méi)有任何外加的污染，可以獲得聚合物紡絲的精確制品，包括平面、立體等各種形狀的
制品；另外本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉。


圖1為本發(fā)明聚合物纖維靜電紡絲冰面平面收集的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明聚合物纖維靜電紡絲冰制模具立體收集的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中冰面平面收集的刻有圖案冰塊的放大正視圖和俯視圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的無(wú)紡布實(shí)體樣品照片。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例2中冰制模具的放大示意圖。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例2所制得的立體纖維制品樣品照片。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。 實(shí)施例1
A、 聚合物纖維靜電紡絲冰面平面收集裝置
參見圖l，該裝置包括有紡絲坩堝l、噴絲口針頭2、纖維3、聚合物噴絲液即左旋聚乳 酸溶膠4、電腦微量注射泵5、高壓直流電源6、冰面收集裝置7;盛有聚合物噴絲液4的紡 絲坩堝1位于冰面收集裝置7的上方，在紡絲坩堝1的底部設(shè)置有一金屬制的噴絲口針頭2; 在紡絲坩堝1的上部無(wú)口處設(shè)有一電腦微量注射泵5，以注射聚合物噴絲液并對(duì)其加壓；設(shè)
在一側(cè)的直流高壓電源6，其正極通過(guò)導(dǎo)體與金屬噴絲口針頭2相連接；其負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線與 下方的冰面收集裝置7的外圍結(jié)構(gòu)物冷卻裝置或保溫裝置的外殼體相連接；使噴絲口針頭2
與冰平面7a間形成較高的電壓降，以到于收集纖維3;冰平面7a上為刻有圖案的冰面；以獲 得有一定圖案的無(wú)仿布纖維制品。
B、 制備工藝
利用上述如圖l的裝置，將附圖3所示圖案形狀的冰塊置于噴絲口下方適當(dāng)距離處，被 噴絲溶膠為左旋聚乳酸的二氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺的混合溶膠。噴絲口和接收冰塊間加 5.6kV電壓，空間距離為7cm,溶膠以0.2mL/h的流量恒速均勻地推出。冰面在水平方向緩慢 移動(dòng)以保證纖維絲在收集面的沉積均勻，每平方厘米在噴絲口正下方停留的時(shí)間約為15秒。 待整個(gè)冰面沉積完畢，即可取下具有冰塊柵格特點(diǎn)相應(yīng)圖案的無(wú)紡布樣品，其干燥后得到的 放大照片如附圖4所示。 實(shí)施例2
A、聚合物纖維靜電紡絲冰刻模具立體收集裝置參見圖2，該裝置包括有紡絲坩堝l、噴絲口針頭2、纖維3、聚合物噴絲液4、電腦微 量注射泵5、高壓直流電源6、支架8、冰制模具9和微型電動(dòng)機(jī)10;其特征在于盛有聚合 物噴絲液4的紡絲坩堝1位于冰制模具9的上方，在紡絲坩堝1的底部設(shè)置有一金屬制的噴 絲口針頭2，在紡絲柑堝1的上部開口處設(shè)有一電腦微量注射泵5，以注射聚合物噴絲液并對(duì) 其加壓；設(shè)在一側(cè)的直流高壓電源6，其正極通過(guò)導(dǎo)體與金屬噴絲n針頭2相連接；其負(fù)極 通過(guò)導(dǎo)體與下方的冰制模具9的外圍結(jié)構(gòu)冷卻裝置或保溫裝置的外殼體相連接；使噴絲口針 頭2與冰制模具9的冰表面間形成較高的電壓降，以利于收集纖維3;冰制模具9的兩端設(shè) 在2個(gè)支架8上，冰制模具9的一端與微型電動(dòng)機(jī)10相連，以帶動(dòng)冰制模具9作旋轉(zhuǎn)動(dòng)作， 并獲得立體球狀或管狀纖維制品或其他形狀空心立體纖維制品。
B、制備工藝
利用上述如圖1的裝置，將附圖5所示形狀的冰制模具置于噴絲口下方適當(dāng)距離處，被 噴絲溶膠為左旋聚乳酸的二氯甲垸、N,N-二甲基甲酰胺的混合溶膠。噴絲口和接收冰塊間加 5.6kV電壓，空間距離為7cm，溶膠以0.2mL/h的流量恒速均勻地推出。通過(guò)冰制模具在法向 的轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行，保證纖維絲在收集面的沉積均勻，每平方厘米在噴絲口正下 方停留的時(shí)間約為15秒。待整個(gè)冰制模具表面沉積完畢，在室溫下靜置約IO分鐘后，冰制 模具溶化為液態(tài)水流出，即可獲得冰制模具形狀相應(yīng)的無(wú)紡立體樣品，其干燥后得到的放大 照片如附圖6所示。
權(quán)利要求
1. 一種聚合物纖維靜電紡絲的冰面收集方法，其特征在于具有以下的過(guò)程和步驟a. 首先制作收集纖維絲的冰制模具，所述冰制模具為平面冰塊、或刻有紋理圖案的平面冰塊、或特殊立體形狀的冰制模具；待用；b. 將所述的冰制模具放置于紡絲坩堝底噴絲口下適當(dāng)位置，進(jìn)行纖維絲的平移或旋轉(zhuǎn)收集，待冰制模具溶化為水流出并干燥后，得到所需形狀的纖維制品；包括纖維無(wú)紡布、纖維氈、纖維網(wǎng)、纖維膜、球形立體纖維制品、或管狀立體纖維制品中的任一種；c. 上述工藝過(guò)程中，所用的聚合物纖維的原料為左旋聚乳酸的二氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺的混合溶膠；溶劑二氯甲烷和N，N-二甲基甲酰胺的配比，其重量百分比為6535；左旋聚乳酸的重量百分比濃度為8％；工藝過(guò)程中采用的直流電壓為5.6kV；噴絲孔至收集冰面面的距離為7cm；注射泵泵送流量為0.2ml/h；噴絲孔孔經(jīng)為0.5mm。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種聚合物纖維靜電紡絲的冰面收集方法所用的專用裝置，包括有紡 絲坩堝(1)、噴絲口針頭(2)、纖維(3)、聚合物噴絲液(4)、電腦微量注射泵(5)、高 壓直流電源(6)、冰面收集裝置(7);其特征在于盛有聚合物噴絲液(4)的紡絲坩堝(1)位于冰面收集裝置(7)的上方，在紡絲坩堝(1)的底部設(shè)置有一金屬制的噴絲口 針頭(2);在紡絲坩堝(1)的上部無(wú)口處設(shè)有一電腦微量注射泵(5)，以注射聚合物噴 絲液并對(duì)其加壓；設(shè)在一側(cè)的直流高壓電源(6),其正極通過(guò)導(dǎo)體與金屬噴絲口針頭(2) 相連接；其負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線與下方的冰面收集裝置(7)的外圍結(jié)構(gòu)物冷卻裝置或保溫裝置 的外殼體相連接；使噴絲口針頭(2)與冰平面(7a)間形成較高的電壓降，以到于收集 纖維(3);冰平面(7a)上或有純平面、或有刻有紋理、或?yàn)榭逃袌D案的冰面；以獲得不 同圖形的纖維膜、或纖維氈、或無(wú)仿布纖維制品。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種聚合物纖維靜電紡絲的冰面收集方法所用的專用裝置，包括有紡 絲坩堝(1)、噴絲口針頭(2)、纖維(3)、聚合物噴絲液(4)、電腦微量注射泵(5)、高 壓直流電源(6)、支架(8)、冰制模具(9)和微型電動(dòng)機(jī)(10);其特征在于盛有聚合 物噴絲液(4)的紡絲坩堝(1)位于冰制模具(9)的上方，在紡絲坩堝(1)的底部設(shè)置 有一金屬制的噴絲口針頭(2)，在紡絲坩堝(1)的上部開口處設(shè)有一電腦微量注射泵(5)， 以注射聚合物噴絲液并對(duì)其加壓；設(shè)在一側(cè)的直流高壓電源(6)，其正極通過(guò)導(dǎo)體與金屬 噴絲口針頭(2)相連接；其負(fù)極通過(guò)導(dǎo)體與下方的冰制模具(9)的外圍結(jié)構(gòu)冷卻裝置或 保溫裝置的外殼體相連接；使噴絲口針頭(2)與冰制模具(9)的冰表面間形成較高的電 壓降，以利于收集纖維(3);冰制模具(9)的兩端設(shè)在2個(gè)支架(8)上，冰制模具(9) 的一端與微型電動(dòng)機(jī)(10)相連，以帶動(dòng)冰制模具(9)作旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，并獲得立體球狀或管狀纖維制品或其他形狀空心立體纖維制品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚合物纖維靜電紡絲的冰面收集方法及其裝置，屬聚合物制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的特點(diǎn)是在一個(gè)靜電紡絲裝置中，放置冰制模具在噴絲口下方適當(dāng)位置，并以平移或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作方式來(lái)收集噴出的纖維絲，待冰制模具溶化為水流出并干燥后，獲得立體結(jié)構(gòu)的無(wú)紡制品。本發(fā)明的工藝過(guò)程中，所用的聚合物纖維的復(fù)料為左旋聚乳酸的二氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺的混合溶膠；左旋聚乳酸的重量百分比濃度為8％；工藝過(guò)程中采用的直流電壓為5.6kV；噴絲孔至收集水面間的距離為7cm；注射泵泵送流量為0.2ml/h；噴絲孔孔徑為0.5mm。本發(fā)明方法可制備包括平面、立體等各種形狀的纖維制品，過(guò)程安全無(wú)污染，產(chǎn)品尺寸控制精確，且工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。
文檔編號(hào)D01D11/00GK101423984SQ200810203989
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月4日
發(fā)明者攀 張, 熙 易, 李建林 申請(qǐng)人:上海大學(xué)