CN102234848A - 一种平行金属板收集取向纳米纤维装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平行金属板收集取向纳米纤维装置及其方法，装置包括底座固定装置、两块金属板和负极高压输出装置，所述的两块金属板纵向放置平行排列，安装在由绝缘材料制成的底座固定装置上，并通过电线相连；所述的电线与所述的负极高压输出装置相连。方法包括以下步骤：在注射装置的针管中加入聚合物溶液，针头接正极高压，使针头处于两块金属板的中间位置，并使针头与两块金属板平行并排；用电线连接两块金属板，并与负极高压输出装置相连；打开正极高压和负极高压输出装置；射流被拉伸到两块金属板之间，沿着与金属板垂直的方向平行排列，金属板之间将收集到取向排列的纳米纤维。本发明可以实现静电纺取向纳米纤维的连续生产。

Description

一种平行金属板收集取向纳米纤维装置及其方法

技术领域

本发明涉及静电纺丝领域，特别是涉及一种平行金属板收集取向纳米纤维装置及其方法。

背景技术

近年来，由于静电纺操作方便，原料来源广泛，可在室温下纺丝；且静电纺纳米纤维细度细，孔隙率高，表面积大，应用范围广，可用在过滤材料，传感器，组织工程，药物缓释等方面。因此静电纺纳米纤维受到了越来越多研究者的关注。静电纺丝是将聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电，带电液滴在电场力作用下在Taylor锥顶被加速，当电场力足够大时，聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。带电的聚合物射流在电场力、黏滞阻力、表面张力等作用下被拉伸细化，同时带电射流在电场中由于存在表面电荷而发生弯曲。细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成类似无纺布的纳米纤维毡。

到目前为止，大多数静电纺纳米纤维是以无纺布的形式收集到的，因此其应用范围就相对比较小，只能作为过滤材料、组织工程、涂层膜等。然而从传统的纤维和纺织工业我们知道，连续的单根纳米纤维和沿轴向取向的纳米纤维束则有更加广泛的应用。但是，利用静电纺制取取向排列的纳米纤维束或单根的纳米纤维都是非常困难的，因为在静电纺过程中，聚合物射流的运动是非常复杂的、三维的“鞭动”，而非直线的运动状态。因此，国内外许多研究者都在努力研究制得取向纳米纤维的方法有两种：(1)利用高速旋转的金属滚筒收集装置，当滚筒转速达到4000rpm或以上速度时，才能收集到相对比较取向排列的纳米纤维。但利用这种方法收集到的纤维只是在一定程度上得到了取向，而且当收集到的纳米纤维达到一定的厚度后，再收集的纳米纤维的取向度就很低了。(2)利用具有锋利边缘的圆形转盘或框架作为收集装置，收集到的纳米纤维的取向度有所提高，但收集到的纳米纤维的产量是非常低的。所以到目前为止，还没有制取到连续的单根纳米纤维长丝，且取向纳米纤维的产量相对很低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种平行金属板收集取向纳米纤维装置及其方法，解决现有技术中取向纳米纤维的取向度不高，且产量低的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种平行金属板收集取向纳米纤维装置，包括底座固定装置、两块金属板和负极高压输出装置，所述的两块金属板纵向放置平行排列，安装在由绝缘材料制成的底座固定装置上，并通过电线相连；所述的电线与所述的负极高压输出装置相连。

所述的两块金属板的大小相同。

所述的两块金属板的前端位于同一垂直平面上。

所述的负极高压输出装置输出的负极高压范围为0～10000V。

所述的绝缘材料为有机玻璃或塑料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种使用平行金属板收集取向纳米纤维装置进行静电纺丝的方法，包括以下步骤：

(1)在注射装置的针管中加入聚合物溶液，将注射装置放置在注射泵上，针头接正极高压；调节注射泵的高度，使针头处于两块金属板的中间位置，并使针头与两块金属板平行并排；

(2)用电线连接两块金属板，电线与负极高压输出装置相连；

(3)打开连接针头的正极高压和连接金属板的负极高压输出装置；

(4)射流被拉伸到两块金属板之间，沿着与金属板垂直的方向平行排列，金属板之间将收集到取向排列的纳米纤维。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明采用两块平行排列的金属板作为静电纺纳米纤维的收集装置，两块金属板接负极高压，增加了正极高压与金属板之间的电势差。平行排列的金属板会形成一个电容器，这样纳米纤维会搭在两块金属板之间，沿着与金属板垂直的方向平行排列。该装置简单易操作，且收集到的纳米纤维取向度比较高，产量比较大，可以实现静电纺取向纳米纤维的连续生产。

附图说明

图1是平行金属板收集取向纳米纤维装置的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是利用平行金属板收集取向纳米纤维装置进行静电纺丝的示意图；

图4是收集到的静电纺丝的光学显微镜照片(放大倍数100)；

图5是收集到的静电纺丝的光学显微镜照片(放大倍数400)；

图6是收集到的静电纺丝的光学显微镜照片(放大倍数1000)。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种平行金属板收集取向纳米纤维装置，如图1和图2所示，包括底座固定装置3、两块金属板1和负极高压输出装置4。所述的两块金属板1纵向放置平行排列，安装在由绝缘材料制成的底座固定装置3上，并通过电线2相连；所述的电线2与所述的负极高压输出装置4相连，如此可增加正极高压与金属板之间的电势差，将纳米纤维都拉伸到金属板1上。因为两块金属板1是平行排列的，在通电压后会形成一个电容，这样静电纺纳米纤维就被拉伸到两块金属板1之间了，搭在两块金属板1之间，沿着与金属板1垂直的方向平行排列。两块平行排列的金属板1的高度、长度和宽度相同，且两块金属板1的前端在同一水平面上，即放置的位置相平，如此可保证取向纳米纤维的收集。两块金属板1的底座固定装置3采用绝缘材料制成，如采用有机玻璃或塑料等不导电材质制成，保证不会对高压电场产生影响，使得静电纺射流不会被拉伸到底座附近，从而在底座固定装置3上不会收集到不是取向的部分纳米纤维，如此保证了取向纳米纤维的产量和取向度。所述的负极高压输出装置4可以输出0～10kV的负极高压。

所述的平行金属板收集取向纳米纤维装置在进行静电纺丝时两块金属板1与注射装置5的针头6是平行并排的，如图3所示，即针头6不能垂直放在平行金属板1的上方。这是因为如果针头6垂直放在金属板1上方时，液滴由于重力的作用会滴下来，会把纤维毡滴破。

本发明还涉及一种使用平行金属板收集取向纳米纤维装置进行静电纺丝的方法，如图3所示，包括以下步骤：(1)在注射装置5的针管中加入聚合物溶液，将注射装置5放置在注射泵上，针头6接正极高压7；调节注射泵的高度，使针头6处于两块金属板1的中间位置，并使针头6与两块金属板1平行并排；(2)用电线2连接两块金属板1，电线2与负极高压输出装置4相连，两块金属板1放置在注射装置5的右边。(3)打开连接针头6的正极高压7和连接金属板1的负极高压输出装置4。(4)射流被拉伸到两块金属板1之间，沿着与金属板1垂直的方向平行排列，金属板1之间将收集到取向排列的纳米纤维8。

下面采用聚乙烯醇(PVA)溶液进行纺丝。纺丝液注入注射器以后，放在注射泵上，调节纺丝液的流速，并将针头连接上正极高压。放置好两块金属板，使金属板与针头平行，利用一根电线将两块平行排列的金属板连接起来，并接负极高压。将正极高压发生器的电压调节到15kV，负极高压发生器的电压调节到-5kV，接收距离(即针头距离金属板前端的距离)20cm。制造出的取向纳米纤维的直径约为250nm，见光学显微镜照片如图4、图5和图6所示(纳米毡的光学显微镜图其放大倍数依次为100，400，1000倍，得到的纳米纤维的平均直径约为250nm)。

Claims (6)

1.一种平行金属板收集取向纳米纤维装置，包括底座固定装置(3)、两块金属板(1)和负极高压输出装置(4)，其特征在于，所述的两块金属板(1)纵向放置平行排列，安装在由绝缘材料制成的底座固定装置(3)上，并通过电线(2)相连；所述的电线(2)与所述的负极高压输出装置(4)相连。

2.根据权利要求1所述的平行金属板收集取向纳米纤维装置，其特征在于，所述的两块金属板(1)的大小相同。

3.根据权利要求2所述的平行金属板收集取向纳米纤维装置，其特征在于，所述的两块金属板(1)的前端位于同一垂直平面上。

4.根据权利要求1所述的平行金属板收集取向纳米纤维装置，其特征在于，所述的负极高压输出装置(4)输出的负极高压范围为0～10000V。

5.根据权利要求1所述的平行金属板收集取向纳米纤维装置，其特征在于，所述的绝缘材料为有机玻璃或塑料。

6.一种使用如权利要求1所述的平行金属板收集取向纳米纤维装置的静电纺丝方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在注射装置的针管中加入聚合物溶液，将注射装置放置在注射泵上，针头接正极高压；调节注射泵的高度，使针头处于两块金属板的中间位置，并使针头与两块金属板平行并排；

(2)用电线连接两块金属板，电线与负极高压输出装置相连；

(3)打开连接针头的正极高压和连接金属板的负极高压输出装置；

(4)射流被拉伸到两块金属板之间，沿着与金属板垂直的方向平行排列，金属板之间将收集到取向排列的纳米纤维。

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