專利名稱：一種制備空間有序靜電紡絲納米纖維的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種制備空間有序靜電紡絲納米纖維的裝置，屬靜電紡絲制備工
藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
靜電紡絲技術(shù)就是在高壓電場下獲得納米纖維的一種技術(shù)。其基本過程是，聚合 物溶液或熔體在幾千至幾萬伏的高壓靜電場下克服表面張力而產(chǎn)生導電噴射流，溶液或熔 體在噴射過程中干燥、固化最終落在接收裝置上形成纖維結(jié)構(gòu)。這一靜電過程容許連續(xù)性 地生產(chǎn)納米纖維，纖維直徑范圍在幾個納米至1微米之間，可以用于制備很多種類高分子 聚合物及復合材料的納米纖維。這種技術(shù)始于上世紀30年代，興起于上世紀90年代。由 于其制備工藝簡單，成本低廉等特點越來越受到研究人員的重視。最初主要應(yīng)用于紡織領(lǐng) 域的生產(chǎn)和研究，研究主要集中在靜電紡絲工藝參數(shù)對納米纖維形貌和韌性等結(jié)構(gòu)性能的 影響上。隨著研究的進展，靜電紡絲技術(shù)又被引入到功能材料的制備中，如場效應(yīng)二極管等 材料等。近幾年，其在無機材料制備方面的應(yīng)用，由于無機電紡納米纖維在光、熱、電、理學 和化學等方面的特性及廣泛的應(yīng)用前景逐漸受到研究者的青睞，如MgO、 NiO、 ZnO以及碳納 米管電紡纖纖都成為主要研究對象。此外，在生物醫(yī)學方面的應(yīng)用，尤其是作為細胞組織等 的支架材料，也成為靜電紡絲技術(shù)的研究熱點之一。 在生物醫(yī)學材料和無機功能納米纖維的應(yīng)用中，對纖維的結(jié)構(gòu)和形貌都有嚴格的 要求，因此，電紡納米纖維組織結(jié)構(gòu)和形貌(包括直徑的粗細、纖維的排列)可控性成為主 要研究方向和技術(shù)難點之一。雖然人們可以用旋轉(zhuǎn)的收集裝置、采用近場電紡技術(shù)，改變收 集電極等方法對靜電紡絲納米纖維的取向進行了一定的控制，但其電場的不穩(wěn)定仍對纖維 形貌的可控性造成了一定的困擾。本發(fā)明基于此，提出了一種雙陽極雙陰極的靜電紡絲制 備方法。采用這種方在以很大程度上對電場的不穩(wěn)定性進行改善，大大提高了靜電仿絲納 米纖維直徑的均勻度。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種制備空間有序靜電紡絲納米纖維的裝置。 本實用新型一種制備空間有序靜電紡絲納米纖維的裝置，包括有儲液裝置、噴射
頭、金屬環(huán)狀電極、板狀收集器、金屬條狀電極及高壓電源；其特征在于盛有紡絲熔液或
溶液的儲液裝置的底部設(shè)有噴射頭，噴射頭的口端作為陽極；金屬環(huán)狀電極設(shè)置在噴射頭
和板狀收集器之間，金屬環(huán)狀電極和噴射頭口端共同形成雙陽極，且與高壓電源正極相連
接；板狀收集器的下面設(shè)置有二條左右平行對稱布置的金屬條狀電極，作為雙陰極，且與高
壓電源的負極相連接，或者接地；兩個金屬條狀電極的間距根據(jù)纖維長短要求可進行調(diào)節(jié)；
板狀收集器和上方的儲液裝置之間的距離在工藝要求長度之間，能連續(xù)可調(diào)。 所述的高壓電源，施加于電紡熔液和金屬條狀雙陰極之間，其較合適的電壓為
10 20KV。[0007] 所述的板狀收集器為一板狀結(jié)構(gòu)的不導電絕緣材料制成。 所述的儲液裝置內(nèi)盛放的紡絲熔液為各種高分子聚合物溶液及添加的顆粒，如聚 乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、尼龍、滌綸中的任一種；無機顆粒為Mg0、 Ni0、 Zn0、 CNT中的任一 種。 本實用新型靜電紡絲裝置的特點是采用了雙陽極雙陰極，電紡熔液在高電壓作用 下由噴射口噴出，且在雙陽極形成的穩(wěn)定電場下，形成穩(wěn)定均一的噴射流，噴射流在收集裝 置附近的雙陰極形成的分裂電場的作用下，纖維以空間有序方式落到板狀收集裝置上，形 成在兩個陰極之間空間有序的電紡納米纖維。 本實用新型靜電紡絲裝置，不僅可以控制靜電紡絲納米纖維的排列取向，而且還 能有效地對納米纖維直的均一性進行控制。

圖1為本實用新型靜電紡絲裝置的簡單示意圖。 圖2為圖1中的雙陰極結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式現(xiàn)將本實用新型的靜電紡絲裝置結(jié)合附圖和實施例詳細敘述于后。 實施例參見圖1和圖2，本靜電紡絲裝置包括有儲液裝置1、噴射頭2、金屬環(huán)狀 電極3、板狀收集器4、金屬條狀電極5及高壓直流電源裝置6 ;盛有紡絲熔液或溶液的儲液 裝置1的底部設(shè)有噴射頭2，噴射頭2的口端作為陽極、實際上噴射頭整體與儲液裝置盛有 的能導電的電紡連成整體構(gòu)成陽極；在噴射頭2的下面，也即在噴射頭2和板狀收集器4之 間，設(shè)置有金屬環(huán)狀電極3，該金屬環(huán)狀電極3和噴射頭2 口端共同形成雙陽極結(jié)構(gòu)，且與高 式直流電源裝置6的正極相連接；板狀收集器4的下面設(shè)置有二條左右平行對稱布置的金 屬條狀電極5，其作為雙陰極結(jié)構(gòu)，且與高壓直流電源裝置6的負極相連接，或者接地；兩個 金屬條狀電極5的間距根據(jù)纖維長短要求由調(diào)節(jié)機構(gòu)進行距離調(diào)節(jié)；板狀收集器4和其上 方的儲液裝置1之間的距離在工藝要求長度之間能連續(xù)可調(diào)，由專設(shè)機構(gòu)進行調(diào)節(jié)。板狀 收集器4為不導電的絕緣材料制成。 本實施例中，作為試驗例，板狀收集器4和儲液裝置1之間的距離為30厘米。高
壓直流電源裝置6施加于電紡熔液和金屬條狀雙陰極之間的電壓為15KV?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)高
壓電源來改變靜電紡絲過程中靜電場的大小。 本實用新型靜電紡絲裝置的運作過程如下所述 在雙陽極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的穩(wěn)定高壓電場作用下，帶有正電的電紡熔液由噴射頭2噴 出，并形成穩(wěn)定均一的噴射細流，所述噴射細流在板狀收集器4附近雙陰極形成的分裂電 場作用下，以及在收集區(qū)域形成一個電力線向兩個條狀陰極靠攏的電場作用下，噴射細流 形成纖維在空間有序地落到板狀收集裝置上，形成在兩個陰極間之間有序的電紡納米纖 維。
權(quán)利要求一種制備空間有序靜電紡絲納米纖維的裝置，包括有儲液裝置(1)、噴射頭(2)、金屬環(huán)狀電極(3)、板狀收集器(4)、金屬條狀電極(5)及高壓電源(6)；其特征在于盛有紡絲熔液或溶液的儲液裝置(1)的底部設(shè)有噴射頭(2)，噴射頭(2)的口端作為陽極；金屬環(huán)狀電極(3)設(shè)置在噴射頭(2)和板狀收集器(4)之間，金屬環(huán)狀電極(3)和噴射頭(2)口端共同形成雙陽極，且與高壓電源(6)正極相連接；板狀收集器(4)的下面設(shè)置有二條左右平行對稱布置的金屬條狀電極(5)，作為雙陰極，且與高壓電源(6)的負極相連接，或者接地；兩個金屬條狀電極(5)的間距根據(jù)纖維長短要求可進行調(diào)節(jié)；板狀收集器(4)和上方的儲液裝置(1)之間的距離在工藝要求長度之間，能連續(xù)可調(diào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種制備空間有序靜電紡絲納米纖維的裝置，其特征在于所述 的高壓電源(6)，施加于電紡熔液和金屬條狀雙陰極之間，其較合適的電壓為10 20KV。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種制備空間有序靜電紡絲納米纖維的裝置，其特征在于所述 的板狀收集器(4)為一板狀結(jié)構(gòu)的不導電絕緣材料制成。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種制備空間有序靜電紡絲納米纖維的裝置，其特征在于所述 的儲液裝置(1)內(nèi)盛放的電紡熔液為各種高分子聚合物溶液及添加的其他無機顆粒等，如 聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、尼龍、滌綸中的任一種；無機顆粒為Mg0、Ni0、Zn0、CNT中的任一 種。
專利摘要本實用新型涉及一種制備空間有序靜電紡絲納米纖維的裝置，屬靜電紡絲制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型靜電紡絲裝置的主要特點是采用雙陽極雙陰極靜電紡絲結(jié)來進行納米纖維的制備。在噴射頭與收集器之間增加一個環(huán)狀電極陽極；在收集器下方放置有兩個平行的金屬條狀電極作為雙陰極，在穩(wěn)定強大電場作用下，使噴射頭噴出的熔液射流形成纖維，在空間有序地落到收集器上，形成空間有序的電紡納米纖維。施加的直流高壓電壓為10～20kV。本實用新型裝置不僅可以控制靜電紡絲納米纖維的排列取向，而且還能有效地控制納米纖維直徑的均一性。
文檔編號D01F1/10GK201520821SQ200920210248
公開日2010年7月7日 申請日期2009年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月27日
發(fā)明者路秀真 申請人:上海大學