CN100427652C - 复合纳米纤维长丝束制备装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
复合纳米纤维长丝束制备装置及其制备方法是一种简单、高效电纺制备纳米纤维长丝束的方法，其步骤为将料液输送给支架(3)上的电纺喷头对(1)；喷口相向的电纺喷头对(1)的每个喷头分别施加相反极性的直流高电压；每对相向喷口喷出分别带相反电荷的纳米纤维，并在空中相互吸引、碰撞形成复合纳米纤维，经牵引、拉伸后形成复合纳米纤维长丝束；第一对相向放置的电纺喷头纺丝形成的复合纳米纤维长丝束向下拉伸，并作为接受体与第二对电纺喷头喷出的分别带相反电荷并相互吸引的纳米纤维在空中相遇，被第二对电纺喷头喷出的纳米纤维包裹，经牵引、拉伸后形成两层复合纳米纤维长丝束；依次类推，最后经导丝辊对(2)牵引、拉伸后得到多层复合纳米纤维长丝束。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合纳米纤维长丝束制备方法，属于特种纤维制备的技术领域。
背景技术
随着社会的发展和人们生活水平的提高，纤维工业也面临着巨大的挑战，单一纤维已经不能满足人们对多种功能的要求了，于是开始出现皮芯型、夹心型、并列型、海岛型和其他各种类型的复合纤维。美国专利(US 4,717,325)设计了一个复合纤维纺丝板，将熔融组分聚合物从挤出机中引出，经过复合纤维纺丝板的纺丝孔得到多层复合纤维。
静电纺丝是通过在聚合物溶液中施加外电场来制造聚合物纳米纤维的一种有效方法，近年来受到格外重视。利用电纺纳米纤维的低密度、高孔隙率和大的比表面积，不仅可以制作高效过滤材料，而且在生物医学材料、化学传感器、防护材料、纳米复合材料等领域有广泛应用前景。
电纺纳米纤维的尺寸在纳米或亚微米级，在电纺过程中由于纤维带有同种电荷相互排斥，纤维无规分布得到纳米纤维无纺布。并且常常存在纤维散失的情况，所以不可避免地会出现不稳定的情况。
电纺制备取向纳米纤维长丝束是一个挑战。将电纺喷头喷出的纳米纤维用高速旋转的转鼓接受可以获得少量取向的纳米纤维长丝束。有人将电纺喷头喷出的纳米纤维沉积在水面上，通过向水下牵引、抽出，并卷绕得到取向长丝束。还有人将电纺喷头喷出的纳米纤维沉积在不锈钢转鼓上，通过聚集、牵引，并卷绕得到取向长丝束。
因此，有必要发明一种更有效地制备复合纳米纤维长丝的方法。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种复合纳米纤维长丝束制备装置及其制备方法，该装置和方法能简单、高效的生产复合纳米纤维长丝束。
技术方案：本发明的复合纳米纤维长丝束制备装置，其特征在于该装置由若干对纺丝喷头对、导丝辊对、支架、固定杆、底座组成，两列喷口相向的多对电纺喷头对固定在支架上，每对电纺喷头喷口可以在同一水平面或不同水平面上，支架通过垂直底座的固定杆与底座相连，导丝辊对在支架下方的中间，支架所在平面与固定杆之间成锐角。支架同一列电纺喷头之间间距为2-50cm；两列喷口相向的电纺喷头对的两个喷头之间相距10-100cm。支架所在平面与固定杆之间所成的角度为0-90°。
本发明的复合纳米纤维长丝束制备方法具体制备的步骤如下：
1)将料液输送给支架上的电纺喷头对；
2)喷口相向的电纺喷头对的每个喷头分别施加相反极性的直流高电压；
3)每对相向喷口喷出分别带相反电荷的纳米纤维，并在空中相互吸引、碰撞形成复合纳米纤维，或沉积在在电纺喷头对的两个喷头之间沿支架平面向下方牵引的作为接受体的高分子纤维长丝上，经牵引、拉伸后形成复合纳米纤维长丝束；
4)第一对相向放置的电纺喷头纺丝形成的复合纳米纤维长丝束向下拉伸，并作为接受体与第二对电纺喷头喷出的分别带相反电荷并相互吸引的纳米纤维在空中相遇，被第二对电纺喷头喷出的纳米纤维包裹，经牵引、拉伸后形成两层复合纳米纤维长丝束；
5)依次类推，上层形成的长丝束向下拉伸并作为接受体与下层电纺喷头对纺丝形成的纳米纤维在空中相遇，被下层电纺喷头对喷出的纳米纤维包裹，经牵引、拉伸后形成复合纳米纤维长丝束，最后经导丝辊对牵引、拉伸后得到多层复合纳米纤维长丝束。
对两列喷口相向的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压3KV-200KV。料液是高分子溶液或含添加剂的高分子溶液或高分子与无机粒子的混合物体系。高分子是聚烯烃、聚卤代烯烃、聚硅氧烷、聚醚、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯腈、聚丙烯酸类高分子、聚丙烯酸酯、聚苯醚、聚酸酐、聚-α-氨基酸、聚苯硫醚，或是其中两种或多种的共混物；或是纤维素、纤维素衍生物、葡聚糖、丝蛋白、壳聚糖、壳聚糖衍生物、透明质酸、透明质酸衍生物、胶原、角叉胶、藻酸钠、藻酸钙、硫酸软骨素、明胶、琼脂、葡聚糖、纤维蛋白、纤维蛋白原、角质蛋白、酪蛋白、白蛋白、弹性蛋白中的一种或是它们的衍生物、或是其中两种或多种的共混物；或是生物可吸收合成高分子聚-L-乳酸、聚-(D，L)-乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚丁内酯、聚戊内酯、聚酯二氧杂环己烷、聚酸酐、聚-α-氨基酸中的一种或者是至少以下两种单体的共聚物：L-乳酸、D，L-乳酸、羟基乙酸、3-羟基丁酸、3-羟基戊酸、己内酯、丁内酯、戊内酯、氨基酸，或是其中两种或多种的共混物。无机粒子是纳米抗菌剂、催化剂、纳米碳管。
添加剂是抗生素、免疫抑制剂、抗菌剂、激素、维生素、氨基酸、多肽、蛋白质、酶、生长因子、抗菌药物、麻醉药物、止血药物、激素、镇痛药物、降压药物、抗肿瘤药物。
有益效果：
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明一种复合纳米纤维长丝束制备方法，在喷口相对的电纺喷头上分别施加相反极性直流高电压，电纺喷头产生的带相反电荷的纳米纤维在空中相互吸引、聚集、碰撞，使纳米纤维所带的电荷消散，有效地避免了纳米纤维在空中的飞散和损失，提高了生产效率，并且可以不使用接地线的金属接受器。
(2)本发明可以通过调节支架平面与地面的角度来避免了各种扰动引起的不稳定喷射，又方便操作，大大提高生产效率。
(3)本发明可以操作简单、高效地制备出复合纳米纤维长丝束。
(4)本发明向喷口相对的电纺喷头输不同的高聚物溶液，或是含添加剂的高分子溶液，可以高效地制备出多组分复合纳米纤维长丝束。
(5)采用多对电纺喷头对制备的复合纳米纤维长丝束具有纤维组成、纳米结构可以控制，丝束粗，力学性能好的特点。
(6)在电纺喷头对的两个喷头之间沿支架平面向下方牵引的作为接受体的高分子纤维长丝上沉积带相反电荷的纳米纤维长丝束，纳米纤维无飞散，可以进一步提高长丝束的力学性能，形成表层是纳米纤维层、芯层是普通高分子纤维。
(7)本发明将电纺制备纳米纤维长丝束与电喷雾制备纳米粒子结合起来，可以制得含有电喷雾纳米粒子的复合纳米纤维长丝束。
(8)本发明的复合纳米纤维长丝束可以用于组织工程支架，纺织品等。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图。
图2为本发明的工作原理图。
以上的图中有：电纺喷头对1、导丝辊对2、支架3、固定杆4、底座5。
图3为本发明PLLA(聚-1-乳酸)纳米纤维长丝束的表观照片。
图4为本发明PLLA(聚-1-乳酸)复合纳米纤维长丝束的表观照片。
图5为本发明PLLA(聚-1-乳酸)复合纳米纤维长丝束扫描电子显微镜图片。
图6为本发明PU/PVDF(聚氨酯/聚偏氟乙烯)复合纳米纤维长丝束扫描电子显微镜图片。
图7为本发明PAN(聚丙烯腈)复合纳米纤维长丝束扫描电子显微镜图片。
图8为本发明PVDF(聚偏氟乙烯)复合纳米纤维长丝束扫描电子显微镜图片。
具体实施方式
复合纳米纤维长丝束制备装置由若干对纺丝喷头对1、导丝辊对2、支架3、固定杆4、底座5组成，两列喷口相向的多对电纺喷头对1固定在支架3上，每对电纺喷头喷口可以在同一水平面或不同水平面上，支架3通过垂直底座的固定杆4与底座5相连，导丝辊对2在支架3下方的中间，支架3所在平面与固定杆4之间成锐角。
具体制备的步骤如下：
6)将料液输送给支架3上的电纺喷头对1；
7)喷口相向的电纺喷头对1的每个喷头分别施加相反极性的直流高电压；
8)每对相向喷口喷出分别带相反电荷的纳米纤维，并在空中相互吸引、碰撞形成复合纳米纤维，经牵引、拉伸后形成复合纳米纤维长丝束；
9)第一对相向放置的电纺喷头纺丝形成的复合纳米纤维长丝束向下拉伸，并作为接受体与第二对电纺喷头喷出的分别带相反电荷并相互吸引的纳米纤维在空中相遇，被第二对电纺喷头喷出的纳米纤维包裹，经牵引、拉伸后形成两层复合纳米纤维长丝束；
10)依次类推，上层形成的长丝束向下拉伸并作为接受体与下层电纺喷头对纺丝形成的纳米纤维在空中相遇，被下层电纺喷头对喷出的纳米纤维包裹，经牵引、拉伸后形成复合纳米纤维长丝束，最后经导丝辊对2牵引、拉伸后得到多层复合纳米纤维长丝束。
复合纳米纤维长丝束制备方法的具体步骤或者是：1)将料液输送给支架3上的电纺喷头对1；2)喷口相向的电纺喷头对1的每个喷头分别施加相反极性的直流高电压；3)每对相向喷口喷出分别带相反电荷的纳米纤维，并在空中相互吸引并沉积在在电纺喷头对1的两个喷头之间沿支架平面向下方牵引的作为接受体的高分子纤维长丝上，经牵引、拉伸后形成复合纳米纤维长丝束。
支架3同一列电纺喷头1之间间距为2-50cm；两列喷口相向的电纺喷头对1的两个喷头之间相距10-100cm。支架3所在平面与固定杆4之间所成的角度为0-90°。两列喷口相向的电纺喷头对1分别施加相反极性的直流高电压5KV-200KV。
料液是高分子溶液或含添加剂的高分子溶液或高分子与无机粒子的混合物体系。高分子是聚烯烃、聚卤代烯烃、聚硅氧烷、聚醚、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯腈、聚丙烯酸类高分子、聚丙烯酸酯、聚苯醚、聚酸酐、聚-α-氨基酸、聚苯硫醚，或是其中两种或多种的共混物；或是纤维素、纤维素衍生物、葡聚糖、丝蛋白、壳聚糖、壳聚糖衍生物、透明质酸、透明质酸衍生物、胶原、角叉胶、藻酸钠、藻酸钙、硫酸软骨素、明胶、琼脂、葡聚糖、纤维蛋白、纤维蛋白原、角质蛋白、酪蛋白、白蛋白、弹性蛋白中的一种或是它们的衍生物、或是其中两种或多种的共混物；或是生物可吸收合成高分子聚-L-乳酸、聚-(D，L)-乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚丁内酯、聚戊内酯、聚酯二氧杂环己烷、聚酸酐、聚-α-氨基酸中的一种或者是至少以下两种单体的共聚物：L-乳酸、D，L-乳酸、羟基乙酸、3-羟基丁酸、3-羟基戊酸、己内酯、丁内酯、戊内酯、氨基酸，或是其中两种或多种的共混物。无机纳米材料是纳米抗菌剂、催化剂、纳米碳管。添加剂是抗生素、免疫抑制剂、抗菌剂、激素、维生素、氨基酸、多肽、蛋白质、酶、生长因子、抗菌药物、麻醉药物、止血药物、激素、镇痛药物、降压药物、抗肿瘤药物。
本发明的复合纳米纤维长丝束可以用于再生医学、纺织品等许多领域。
实施例1
聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量10万)10g溶于50ml丙酮和50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中配成溶液1号，丙交酯-乙交酯共聚物PLGA(其中质量组成丙交酯50％，乙交酯50％，粘均分子量10万)15g溶于50ml丙酮和50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中配成溶液2号，将1号溶液输送给支架上同一列3个电纺喷头，将2号溶液输送给支架上另一列3个电纺喷头，支架上同一列相邻电纺喷头之间的间距为15cm，两列喷口相向的电纺喷头相距40cm。支架所在平面与固定杆之间成90°角。对两列喷口相向的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±20kV，电纺喷头内径为0.5mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为8cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到PLLA/PLGA双组分三层复合纳米纤维长丝束。
实施例2
聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量10万)10g溶于50ml丙酮和50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中配成溶液1号，聚己内酯PCL(分子量9万)10g溶于100mlN，N-二甲基甲酰胺中配成溶液2号，将1号溶液输送给支架上同一列4个电纺喷头，将2号溶液输送给支架上另一列4个电纺喷头，支架上同一列相邻电纺喷头之间的间距为15cm，两列喷口相向的电纺喷头相距40cm。支架所在平面与固定杆之间成90°角。对两列喷口相向的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±20kV，电纺喷头内径为0.5mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为8cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到PLLA/PCL双组分三层复合纳米纤维长丝束。
实施例3
聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量10万)10g溶于50ml丙酮和50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中配成溶液1号，玉米蛋白ZEIN(分子量3.5万)35g溶于100ml乙醇水溶液中(乙醇/水体积比为80/20)配成溶液2号，将1号溶液输送给支架上同一列3个电纺喷头，电纺喷头内径为0.8mm，将2号溶液输送给支架上另一列3个电纺喷头，电纺喷头内径为1.2mm，支架上同一列相邻电纺喷头之间的间距为15cm，两列喷口相向的电纺喷头相距40cm。支架所在平面与固定杆之间成90°角。对两列喷口相向的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±25kV。导丝辊对牵引长丝束的速度为8cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到PLLA/ZEIN双组分三层复合纳米纤维长丝束。
实施例4
聚丙烯腈PAN(平均分子量13万)10g溶于100mlN，N-二甲基甲酰胺中配成溶液1号，聚苯醚砜PPES(熔融指数3.9克/10分钟，320℃)10g溶于100ml二甲亚砜中配成溶液2号，将1号溶液输送给支架上同一列4个电纺喷头，将2号溶液输送给支架上另一列4个电纺喷头，支架上同一列相邻电纺喷头之间的间距为15cm，两列喷口相向的电纺喷头相距40cm。支架所在平面与固定杆之间成90°角。对两列喷口相向的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±20kV，电纺喷头内径为0.5mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为8cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到PAN/PPES双组分三层复合纳米纤维长丝束。
实施例5
聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量10万)10g溶于50ml丙酮和50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中配成溶液1号，丙交酯-乙交酯共聚物PLGA(其中质量组成丙交酯50％，乙交酯50％，粘均分子量10万)15g溶于50ml丙酮和50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中配成溶液2号，聚氨酯PU15g溶于100mlN，N-二甲基甲酰胺中配成溶液3号，聚己内酯PCL(分子量9万)10g溶于100mlN，N-二甲基甲酰胺中配成溶液4号，充分溶解后将这些高聚物溶液分别输送给支架上的两列共4个不同的电纺喷头(每列2个电纺喷头)。支架中各列中相邻电纺喷头之间的间距为15cm，两列喷口相向的电纺喷头相距40cm。支架所在平面与固定杆之间平行。对两列喷口相向的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±20kv，电纺喷头内径为0.8mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为5cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到四组分复合纳米纤维长丝束。
实施例6
透明质酸(分子量10万)1g溶于100ml水中配成溶液1号，壳聚糖0.5g溶于100ml0.1M的稀醋酸中配成溶液2号，聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量10万)10g溶于50ml丙酮和50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中成溶液3号，丙交酯-乙交酯共聚物PLGA(其中质量组成丙交酯50％，乙交酯50％，粘均分子量10万)15g溶于50ml丙酮和50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中成溶液4号，聚氨酯PU15g溶于100mlN，N-二甲基甲酰胺中配成溶液5号，聚己内酯PCL(分子量9万)10g溶于100mlN，N-二甲基甲酰胺中配成溶液6号，充分溶解后将这些高聚物溶液分别输送给支架上的两列共6个不同的电纺喷头(每列3个电纺喷头)。支架中各列中相邻电纺喷头之间的间距为10cm，两列喷口相向的电纺喷头相距30cm。支架所在平面与固定杆之间平行(成0°角)。对两列喷口相向的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±20kv，电纺喷头内径为0.8mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为5cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到六组分复合纳米纤维长丝束。
实施例7
透明质酸(分子量10万)1g溶于100ml水中配成溶液1号，聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量10万)10g溶于50ml丙酮和50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中配成溶液2号，充分溶解后将这些高聚物溶液分别输送给支架上的两列共6个的电纺喷头(每列3个电纺喷头，同一列输送相同聚合物溶液)。支架中各列中相邻电纺喷头之间的间距为10cm，两列喷口相向的电纺喷头相距30cm。支架所在平面与固定杆之间平行(成0°角)。对两列喷口相向的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±20kv，电纺喷头内径为0.8mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为5cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到双组分复合纳米纤维长丝束。
实施例8
透明质酸(分子量10万)1g和布洛芬0.2克溶于100ml水中配成溶液1号，聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量10万)10g溶于50ml丙酮和50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中配成溶液2号，充分溶解后将这些高聚物溶液分别输送给支架上的两列共6个的电纺喷头(每列3个电纺喷头，同一列输送相同聚合物溶液)。支架中各列中相邻电纺喷头之间的间距为10cm，两列喷口相向的电纺喷头相距30cm。支架所在平面与固定杆之间平行(成0°角)。对两列喷口相向的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±20kv，电纺喷头内径为0.8mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为5cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到含布洛芬的双组分复合纳米纤维长丝束。
实施例9
聚丙烯腈PAN10g溶于100mlN，N-二甲基甲酰胺中配成溶液1号，聚氨酯PU15g溶于100mlN，N-二甲基甲酰胺中配成溶液2号，充分溶解后将这些高聚物溶液分别输送给支架上的两列共6个的电纺喷头(每列3个电纺喷头，同一列输送相同聚合物溶液)。支架中各列中相邻电纺喷头之间的间距为10cm，两列喷口相向的电纺喷头相距30cm。支架所在平面与固定杆之间平行(成0°角)。对两列喷口相向的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±20kv，电纺喷头内径为0.8mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为5cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维相互吸引，并沉积在位于支架中间向下牵引的聚酯长丝上，由导丝辊对牵引后芯层是聚酯长丝，皮层是PAN/PU复合纳米纤维的纳米纤维长丝束。
实施例10
聚氨酯PU15g溶于100mlN，N-二甲基甲酰胺中配成溶液1号，聚己内酯PCL10g溶于100mlN，N-二甲基甲酰胺中配成溶液2号，将溶液1、2分别输送两列共8个电纺喷头(每列4个电纺喷头，同一列输送相同聚合物溶液)，支架中各列电纺喷头的间距为10cm，两列喷口相对的电纺喷头相距30cm。支架所在平面与固定杆之间成45°角。对两列喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±15kv，电纺喷头内径为1.2mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为5cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到多层复合纳米纤维长丝束。
实施例11
聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量10万)20g溶于100ml丙酮和50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中配成溶液，将溶液分别输送给支架上两列共4个电纺喷头(每列2个电纺喷头)。支架中各列中相邻电纺喷头之间的间距为15cm，两列喷口相向的电纺喷头相距40cm。支架所在平面与固定杆之间平行(成0°角)。对两列喷口相向的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±20kv，电纺喷头内径为1.2mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为5cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到PLLA单组分复合纳米纤维长丝束。
实施例12
电纺支架上相向排列两列4个电纺喷头(每列两个)，聚己内酯PCL10g溶于100mlN，N-二甲基甲酰胺中，将溶液输送给支架上第一对电纺喷头，丙交酯-乙交酯共聚物PLGA(其中质量组成丙交酯50％，乙交酯50％，粘均分子量10万)15g溶于50ml丙酮及50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，再加入0.3g布洛芬，充分溶解后将溶液输送给支架上第二对电纺喷头，支架中各列中两个电纺喷头的间距为15cm，两列喷口相对的电纺喷头相距30cm。支架所在平面与固定杆之间平行(成0°角)。对两列喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±10kv，电纺喷头内径为0.8mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为5cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到PCL/PLGA双层复合纳米纤维长丝束。
实施例13
电纺支架上相向排列两列20个电纺喷头(每列10个)，聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量15万)50g溶于250ml丙酮及250mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，充分溶解后将溶液输送给支架上的一侧的10个电纺喷头，透明质酸(分子量100万)5g溶于500ml水中，充分溶解后将溶液输送给支架上的另一侧的10个电纺喷头，支架中各列电纺喷头的间距为10cm，两列喷口相对的电纺喷头相距30cm。支架所在平面与固定杆之间成30°角。对两列喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±50kv，电纺喷头内径为0.8mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为5cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到复合纳米纤维长丝束，丝束直径约150微米。
实施例14
电纺支架上相向排列两列6个电纺喷头(每列3个)，壳聚糖0.5g溶于100ml0.1M稀醋酸中，充分溶解后将溶液输送给支架上的一列的3个电纺喷头，聚己内酯PCL10g溶于100mlN，N-二甲基甲酰胺中，充分溶解后将溶液输送给支架上的另一列的3个电纺喷头，支架中各列电纺喷头的间距为10cm，两列喷口相对的电纺喷头相距20cm。支架所在平面与固定杆之间成30°角。对两列喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±20kv，电纺喷头内径为0.6mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为5cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到双组分复合纳米纤维长丝束。
实施例15
聚碳酸酯PC(平均分子量10万)10g溶于100mlN，N-二甲基甲酰胺中配成溶液1号，聚苯醚砜PPES(熔融指数3.9克/10分钟，320℃)10g溶于100ml二甲亚砜中配成溶液2号，将1号溶液输送给支架上同一列4个电纺喷头，将2号溶液输送给支架上另一列4个电纺喷头，支架上同一列相邻电纺喷头之间的间距为15cm，两列喷口相向的电纺喷头相距40cm。支架所在平面与固定杆之间成90°角。对两列喷口相向的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±20kV，电纺喷头内径为0.5mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为8cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到PC/PPES双组分三层复合纳米纤维长丝束。
实施例16
聚丙烯腈PAN(平均分子量13万)10g溶于100mlN，N-二甲基甲酰胺中，并将0.1克单壁碳纳米管分散在其中，配成溶液1号，聚苯醚砜PPES(熔融指数3.9克/10分钟，320℃)10g溶于100ml二甲亚砜中配成溶液2号，将1号溶液输送给支架上同一列4个电纺喷头，将2号溶液输送给支架上另一列4个电纺喷头，支架上同一列相邻电纺喷头之间的间距为15cm，两列喷口相向的电纺喷头相距40cm。支架所在平面与固定杆之间成30°角。对两列喷口相向的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±20kV，电纺喷头内径为0.5mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为8cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到单壁碳纳米管增强的PC/PPES双组分复合纳米纤维长丝束。
实施例17
透明质酸(分子量10万)1g溶于100ml水中，并将骨形成蛋白10毫克分散其中，配成溶液1号，聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量10万)10g溶于50ml丙酮和50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中配成溶液2号，充分溶解后将这些高聚物溶液分别输送给支架上的两列共6个的电纺喷头(每列3个电纺喷头，同一列输送相同聚合物溶液)。支架中各列中相邻电纺喷头之间的间距为10cm，两列喷口相向的电纺喷头相距30cm。支架所在平面与固定杆之间平行(成0°角)。对两列喷口相向的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±20kv，电纺喷头内径为0.8mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为5cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到双组分复合纳米纤维长丝束。
实施例18
聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量10万)20g溶于100ml丙酮和50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，并将粒子直径300纳米的磷酸三钙1克分散其中，配成溶液，将溶液分别输送给支架上两列共4个电纺喷头(每列2个电纺喷头)。支架中各列中相邻电纺喷头之间的间距为15cm，两列喷口相向的电纺喷头相距40cm。支架所在平面与固定杆之间平行(成0°角)。对两列喷口相向的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±50kV，电纺喷头内径为1.2mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为5cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到含磷酸三钙的PLLA复合纳米纤维长丝束。
实施例19
电纺支架上相向排列两列50个电纺喷头(每列25个)，聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量15万)100g溶于500ml丙酮及500mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，充分溶解后将溶液输送给支架上的一侧的25个电纺喷头，透明质酸(分子量100万)10g溶于1000ml水中，充分溶解后将溶液输送给支架上的另一侧的25个电纺喷头，支架中同一列相邻电纺喷头之间的距离为2cm，两列喷口相对的电纺喷头相距40cm。支架所在平面与固定杆平行。对两列喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±120kV，电纺喷头内径为1.2mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为10cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到复合纳米纤维长丝束，丝束直径约200微米。
实施例20
电纺支架上相向排列两列20个电纺喷头(每列10个)，聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量15万)50g溶于250ml丙酮及250mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，充分溶解后将溶液输送给支架上的两侧的20个电纺喷头，支架中同一列相邻电纺喷头之间的距离为8cm，两列喷口相对的电纺喷头相距40cm。支架所在平面与固定杆平行。对两列喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±80kV，电纺喷头内径为1.2mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为5cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到聚乳酸复合纳米纤维长丝束，丝束直径约100微米。
实施例21
电纺支架上相向排列两列4个电纺喷头(每列2个)，聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量15万)10g溶于50ml丙酮及50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，充分溶解后将溶液输送给支架上的一侧的2个电纺喷头，胶原1.5g溶于30ml六氟异丙醇中，充分溶解后将溶液输送给支架上的另一侧的2个电纺喷头，支架中同一列相邻电纺喷头之间的距离为10cm，两列喷口相对的电纺喷头相距30cm。支架所在平面与固定杆平行。对两列喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±30kV，电纺喷头内径为1.2mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为3cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到PLLA/胶原复合纳米纤维长丝束。
实施例22
电纺支架上相向排列两列4个电纺喷头(每列2个)，聚偏氟乙烯PVDF10g溶于50ml丙酮和50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，充分溶解后将溶液输送给支架上的电纺喷头，支架中同一列相邻电纺喷头之间的距离为15cm，两列喷口相对的电纺喷头相距40cm，支架所在平面与固定杆成30度角。对两列喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±30kV，电纺喷头内径为1.2mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为3cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到PVDF复合纳米纤维长丝束。
实施例23
电纺支架上相向排列两列4个电纺喷头(每列2个)，聚偏氟乙烯PVDF10g溶于50ml丙酮和50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，充分溶解后将溶液输送给支架上的一侧的2个电纺喷头，聚氨酯PU15g溶于100mlN，N-二甲基甲酰胺中配成溶液并输送给支架上的另一侧的2个电纺喷头，支架中同一列相邻电纺喷头之间的距离为10cm，两列喷口相对的电纺喷头相距30cm。支架所在平面与固定杆平行。对两列喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±20kV，电纺喷头内径为1.2mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为3cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到PLLA/PU复合纳米纤维长丝束。
实施例24
电纺支架上相向排列两列4个电纺喷头(每列2个)，聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量15万)10g溶于50ml丙酮及50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，充分溶解后将溶液输送给支架上的一侧的2个电纺喷头，聚乙烯吡咯烷酮PVPK60(BASF公司产品)10g溶于50ml丙酮中，充分溶解后将溶液输送给支架上的另一侧的2个电纺喷头，支架中同一列相邻电纺喷头之间的距离为10cm，两列喷口相对的电纺喷头相距30cm。支架所在平面与固定杆平行。对两列喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±20kV，电纺喷头内径为1.2mm。导丝辊对牵引长丝束的速度为3cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊对牵引后形成长丝束并向前导出，收集得到PLLA/PVP复合纳米纤维长丝束。
实施例25
聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量10万)10g溶于50ml丙酮和50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中成溶液溶液1号，丙交酯-乙交酯共聚物PLGA(其中质量组成丙交酯50％，乙交酯50％，粘均分子量10万)15g溶于50ml丙酮和50mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中配成溶液2号，透明质酸(分子量10万)1g溶于100ml水中配成3号，壳聚糖0.3g溶于100ml0.1M的稀醋酸中配成溶液4号，胶原1.5g溶于六氟异丙醇中配成溶液5号，聚己内酯PCL(分子量9万)10g溶于100mlN，N-二甲基甲酰胺中配成溶液6号，充分溶解后将这些高聚物溶液1-6号分别输送给支架上从上到下的两列共6个不同的电纺喷头(每列3个电纺喷头)。支架中各列中相邻电纺喷头之间的间距为10cm，两列喷口相向的电纺喷头相距30cm。支架所在平面与固定杆之间平行。对两列喷口相向的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±15kv，电纺喷头内径为0.8mm。1、2号喷出纳米纤维相互吸引、聚集并向下牵引得到长丝束，并作为3、4号溶液电喷雾粒子沉积的载体，表面附着电喷雾粒子的长丝束向下牵伸，5、6号溶液喷出的纳米纤维继续沉积在表面附着电喷雾粒子的长丝束上，纳米纤维长丝束经导丝辊对牵引后形成复杂组分复合纳米纤维长丝束。
Claims (9)
1.一种复合纳米纤维长丝束制备装置，其特征在于该装置由若干对电纺喷头对(1)、导丝辊对(2)、支架(3)、固定杆(4)、底座(5)组成，两列喷口相向的多对电纺喷头对(1)固定在支架(3)上，每对电纺喷头喷口在同一水平面或不同水平面上，支架(3)通过垂直底座的固定杆(4)与底座(5)相连，导丝辊对(2)在支架(3)下方的中间，支架(3)所在平面与固定杆(4)之间成锐角。
2.根据权利要求1所述的复合纳米纤维长丝束制备装置，其特征在于支架(3)同一列电纺喷头对(1)之间间距为2-50cm；两列喷口相向的电纺喷头对(1)的两个喷头之间相距10-100cm。
3.一种用权利要求1所述装置的复合纳米纤维长丝束制备方法，其特征在于具体制备的步骤如下：
11)将料液输送给支架(3)上的电纺喷头对(1)；
12)喷口相向的电纺喷头对(1)的每个喷头分别施加相反极性的直流高电压；
13)每对相向喷口喷出分别带相反电荷的纳米纤维，并在空中相互吸引、碰撞形成复合纳米纤维，或沉积在电纺喷头对(1)的两个喷头之间沿支架平面向下方牵引的作为接受体的高分子纤维长丝上，经牵引、拉伸后形成复合纳米纤维长丝束；
14)第一对相向放置的电纺喷头纺丝形成的复合纳米纤维长丝束向下拉伸，并作为接受体与第二对电纺喷头喷出的分别带相反电荷并相互吸引的纳米纤维在空中相遇，被第二对电纺喷头喷出的纳米纤维包裹，经牵引、拉伸后形成两层复合纳米纤维长丝束；
15)依次类推，上层形成的长丝束向下拉伸并作为接受体与下层电纺喷头对纺丝形成的纳米纤维在空中相遇，被下层电纺喷头对喷出的纳米纤维包裹，经牵引、拉伸后形成复合纳米纤维长丝束，最后经导丝辊对(2)牵引、拉伸后得到多层复合纳米纤维长丝束。
4.根据权利要求3所述的复合纳米纤维长丝束的制备方法，其特征在于对两列喷口相向的电纺喷头对(1)分别施加相反极性的直流高电压3KV-200KV。
5.根据权利要求3所述的复合纳米纤维长丝束制备方法，其特征在于料液是高分子溶液或含添加剂的高分子溶液或高分子与无机粒子的混合物体系。
6.根据权利要求5所述的复合纳米纤维长丝束制备方法，其特征在于高分子是聚烯烃、聚卤代烯烃、聚硅氧烷、聚醚、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚苯醚、聚酸酐、聚-α-氨基酸、聚苯硫醚，或是其中两种或多种的共混物；或是纤维素、纤维素衍生物、丝蛋白、壳聚糖、透明质酸、胶原、角叉胶、藻酸钠、藻酸钙、硫酸软骨素、明胶、琼脂、葡聚糖、纤维蛋白、纤维蛋白原、角质蛋白、酪蛋白、白蛋白、弹性蛋白中的一种或是它们的衍生物、或是其中两种或多种的共混物；
或是生物可吸收合成高分子聚-L-乳酸、聚-(D，L)-乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚丁内酯、聚戊内酯、聚酯二氧杂环己烷、聚酸酐、聚-α-氨基酸中的一种或者是至少以下两种单体的共聚物：L-乳酸、D，L-乳酸、羟基乙酸、3-羟基丁酸、3-羟基戊酸、己内酯、丁内酯、戊内酯、氨基酸。
7.根据权利要求5所述的复合纳米纤维长丝束制备方法，其特征在于无机粒子是纳米抗菌剂、催化剂、纳米碳管中的一种。
8.根据权利要求5所述的复合纳米纤维长丝束制备方法，其特征在于添加剂是免疫抑制剂、抗菌剂、激素、维生素、氨基酸、多肽、蛋白质中的一种或多种物质的混合物。
9.根据权利要求5所述的复合纳米纤维长丝束制备方法，其特征在于添加剂是生长因子、麻醉药物、止血药物、降压药物、抗肿瘤药物中的一种或多种物质的混合物。
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