CN102505157A - 一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置 - Google Patents

一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102505157A
CN102505157A CN2011103467017A CN201110346701A CN102505157A CN 102505157 A CN102505157 A CN 102505157A CN 2011103467017 A CN2011103467017 A CN 2011103467017A CN 201110346701 A CN201110346701 A CN 201110346701A CN 102505157 A CN102505157 A CN 102505157A
Authority
CN
China
Prior art keywords
diameter
plate
noncontact
induced
solution tank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011103467017A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102505157B (zh
Inventor
吴德志
胡兴旺
赖熙庭
黄翔宇
朱睿
王凌云
孙道恒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen University
Original Assignee
Xiamen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen University filed Critical Xiamen University
Priority to CN201110346701.7A priority Critical patent/CN102505157B/zh
Publication of CN102505157A publication Critical patent/CN102505157A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102505157B publication Critical patent/CN102505157B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)

Abstract

一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，涉及一种静电纺丝装置。设有直流高压电源、溶液槽、限径板、金属板、驱动装置和收集板；所述直流高压电源的正极与溶液槽内导电层连接，直流高压电源的负极与收集板连接并接地；限径板覆盖在聚合物溶液表面，限径板上设有通孔或槽阵列；所述金属板与驱动装置连接，金属板设于溶液槽上，溶液槽内注入聚合物溶液；收集板设于溶液槽上方。可克服现有的电纺技术存在的产量较低、直径差异较大、带珠状结构、易堵塞、不易清洗等缺陷，可批量生产不同匀径纳米纤维，能够实现对所要生产纳米纤维直径的有效控制的非接触诱导。

Description

一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置
技术领域
本发明涉及一种静电纺丝装置，尤其是涉及一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置。
背景技术
由于纳米纤维具有特殊的物理和化学特性，在复合材料、生物医学、电池电极、过滤薄膜、创伤敷料、催化剂载体以及微纳米器件等领域具有巨大的潜在应用和广阔的市场前景，如纳米纤维替代微细纤维将大幅度提高产品工作性能，实现非织造布产业的革命性升级，因此批量制造直径均匀可控的纳米纤维是其产业化应用的关键。
静电纺丝具有技术简单、纯物理过程等优点，未来极有可能成为制造纳米纤维的主要技术，但传统电纺技术效率低下，科研人员开始致力于开发纳米纤维批量制造装置。目前，广泛用于批量生产纳米纤维的装置大多是组合多针尖阵列电纺或无尖端批量电纺装置。中国专利CN200720076954.6报道了一种朝上喷的多喷头静电纺丝装置，该装置是对传统单喷头的自然扩展，将多个喷头以阵列方式排列进行喷射纺丝，但该装置中各喷头之间的电场相互影响，制备纳米纤维的直径差异性很大，甚至出现液滴和中间区域喷头无法喷射的问题。中国专利CN200910235204公开了一种宏量制造纳米纤维的电纺装置，该装置采用浸入在聚合物溶液中的可旋转滚筒为喷射头，以代替传统组合多针尖阵列喷头，产量显著提高。但验证实验表明，其需经常清洗，更换喷头，而且容易出现液滴，制备的纳米纤维直径很不均匀。此外，文献A.L.Yarin等(A.L.Yarin，E.Zussman.Upward needless electrospinning of multiple nanofibers.Polymer，2004，45：2977-2980)报道了以色列理工学院Yarin等人将磁场引入静电纺丝，提出了磁致喷射批量电纺技术，该技术将一个由上层聚合物溶液和下层磁流体构成的分层溶液体系置于垂直磁场中，磁流体由于法向磁场作用产生许多圆锥刺尖穿透聚合物溶液上表面，这些锥尖处的溶液在外加场强为105V/m的垂直电场强力拉伸下直接向上喷射，最终在收集板上得到大量的纳米纤维，但该技术中电纺溶液含有磁粉或硅油等其他杂质，影响了纤维的质量，制备的纳米纤维直径差异较大，限制了纳米纤维的应用。
发明内容
本发明目的是提供可克服现有的电纺技术存在的产量较低、直径差异较大、带珠状结构、易堵塞、不易清洗等缺陷，可批量生产不同匀径纳米纤维，能够实现对所要生产纳米纤维直径的有效控制的非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置。
本发明设有直流高压电源、溶液槽、限径板、金属板、驱动装置和收集板；所述直流高压电源的正极与溶液槽内导电层连接，直流高压电源的负极与收集板连接并接地；限径板覆盖在聚合物溶液表面，限径板上设有通孔或槽阵列，用于限制液面产生射流的几何尺寸，进而控制纳米纤维的直径和均匀性；所述金属板与驱动装置连接，金属板设于溶液槽上，溶液槽内注入聚合物溶液，金属板用于诱导液面产生射流；驱动装置用于驱动金属板按所要求的路径和运动方式运动；收集板设于溶液槽上方，用于收集纳米纤维。
所述直流高压电源输出可大于30kV。
所述限径板上表面可高于聚合物溶液面或平齐，所述限径板为绝缘材料且设有一定结构、尺寸的通孔或槽阵列。
所述通孔可以为但不局限于圆形、方形或菱形，最大尺寸小于2mm；所述槽的最小矩形边可小于2mm。
所述限径板覆盖在聚合物溶液表面，限径板上表面不低于溶液表面。
所述金属板与溶液液面可水平、垂直或倾斜放置；所述金属板可带有导电结构。
所述溶液槽可为双层结构，外层为绝缘层，内层为导电层。
所述金属板距液面的垂直距离可不大于6cm。
本发明的优点在于：(1)直径均匀可控。溶液表面覆盖有限径板，能够实现对射流几何尺寸的限制，从而可以实现对纳米纤维直径的有效控制，通过改变限径板上通孔或槽的尺寸可以获得不同直径的纳米纤维，而且纤维直径均匀；(2)低阈值电压。采用金属板诱导液面产生射流，可以有效的降低阈值电压，使液面很容易在较低电压下形成锥射流；(3)结构简单。本装置中的金属板不与液面接触，无需清洗，保证了纳米纤维持续批量制造。
附图说明
图1为非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置示意图
图2为非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置主视图
图3为限径板(圆形通槽阵列)主视图。
图4为限径板(长条形通槽阵列)主视图。
图5为限径板(正方形通槽阵列)主视图。
具体实施方式
参见图1～5，本发明实施例设有直流高压电源1、溶液槽2、限径板3、金属板4、驱动装置5和收集板6；所述直流高压电源1的正极与溶液槽2内导电层连接，直流高压电源1的负极与收集板6连接并接地；限径板3覆盖在聚合物溶液表面，限径板3上设有通孔或槽阵列，用于限制液面产生射流的几何尺寸，进而控制纳米纤维的直径和均匀性；所述金属板4与驱动装置5连接，金属板4设于溶液槽2上，溶液槽2内注入聚合物溶液，收集板6设于溶液槽2上方。所述限径板3上表面高于聚合物溶液面或平齐。
直流高压电源1采用120kV直流高压电源。直流高压电源1用于产生高压。所述直流高压电源输出可大于30kV。
所述限径板3上表面可高于聚合物溶液面或平齐，所述限径板3为绝缘材料且设有一定结构、尺寸的通孔或槽阵列。
所述通孔可采用圆形、方形或菱形通孔，最大尺寸小于2mm；所述槽的最小矩形边可小于2mm。
所述限径板3覆盖在聚合物溶液表面，限径板3上表面不低于溶液表面。
所述金属板4与溶液液面可水平、垂直或倾斜放置；所述金属板4可带有导电结构。
所述溶液槽2可为双层结构，外层为绝缘层，内层为导电层。
所述金属板4距液面的垂直距离可不大于6cm。
所述限径板3上所设的通槽的宽度为1mm，用于限制聚合物溶液液面产生射流的几何尺寸，进而制得直径均匀可控的纳米纤维。金属板4用于诱导聚合物溶液液面产生射流；驱动装置5用于驱动金属板4按所要求的路径和运动方式运动；收集板6设于溶液槽2上方，用于收集纳米纤维。
当批量制造纳米纤维时，首先将限径板3覆盖在聚合物溶液表面，使液面与限径板3上表面平齐，随即开启直流高压电源1产生高压，然后金属板4在驱动装置5的驱动下按照所要求的路径和运动方式做周期性的往复运动，用于诱导液面产生射流，射流经过电场拉伸和溶剂挥发，最终在收集板6上得到纳米纤维。金属板4与液面垂直距离为2cm，方向与液面垂直。由于限径板3上设有宽度为1mm的通槽，当覆盖在聚合物溶液表面时，射流只能在槽内溶液液面上形成，由于槽的限制，射流几何尺寸受到限制，从而制得直径均匀可控的纳米纤维。因此，可以通过更换设有不同结构、尺寸的通孔或槽来获得不同直径的纳米纤维。

Claims (10)

1.一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于设有直流高压电源、溶液槽、限径板、金属板、驱动装置和收集板；所述直流高压电源的正极与溶液槽内导电层连接，直流高压电源的负极与收集板连接并接地；限径板覆盖在聚合物溶液表面，限径板上设有通孔或槽阵列；所述金属板与驱动装置连接，金属板设于溶液槽上，溶液槽内注入聚合物溶液；收集板设于溶液槽上方，用于收集纳米纤维。
2.如权利要求1所述的一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于所述直流高压电源输出大于30kV。
3.如权利要求1所述的一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于所述限径板上表面高于聚合物溶液面或平齐，所述限径板为绝缘板。
4.如权利要求1所述的一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于所述通孔为但不局限于圆形、方形或菱形，最大尺寸小于2mm。
5.如权利要求1所述的一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于所述槽的最小矩形边小于2mm。
6.如权利要求1所述的一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于所述限径板覆盖在聚合物溶液表面，限径板上表面不低于溶液表面。
7.如权利要求1所述的一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于所述金属板与溶液液面水平、垂直或倾斜放置。
8.如权利要求1所述的一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于所述金属板带有导电结构。
9.如权利要求1所述的一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于所述溶液槽为双层结构，外层为绝缘层，内层为导电层。
10.如权利要求1所述的一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于所述金属板距液面的垂直距离不大于6cm。
CN201110346701.7A 2011-11-04 2011-11-04 一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置 Active CN102505157B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110346701.7A CN102505157B (zh) 2011-11-04 2011-11-04 一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110346701.7A CN102505157B (zh) 2011-11-04 2011-11-04 一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102505157A true CN102505157A (zh) 2012-06-20
CN102505157B CN102505157B (zh) 2014-04-30

Family

ID=46217285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110346701.7A Active CN102505157B (zh) 2011-11-04 2011-11-04 一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102505157B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103400939A (zh) * 2013-08-15 2013-11-20 厦门大学 一种聚合物太阳能电池陷光结构制造方法
CN104178825A (zh) * 2014-07-31 2014-12-03 厦门大学 一种纳米纤维直径可控辅助诱导批量电纺装置
CN104451910A (zh) * 2014-11-10 2015-03-25 厦门大学 射流定点诱发的电纺装置
CN113390950A (zh) * 2021-05-28 2021-09-14 杭州电子科技大学 便捷式热-电耦合诱导聚合物成型实验装置及其实验方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101886294A (zh) * 2009-05-13 2010-11-17 黑龙江大学 非溶液接触式电极的静电纺丝装置
CN102191573A (zh) * 2011-05-19 2011-09-21 厦门大学 一种量产纳米纤维电纺装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101886294A (zh) * 2009-05-13 2010-11-17 黑龙江大学 非溶液接触式电极的静电纺丝装置
CN102191573A (zh) * 2011-05-19 2011-09-21 厦门大学 一种量产纳米纤维电纺装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103400939A (zh) * 2013-08-15 2013-11-20 厦门大学 一种聚合物太阳能电池陷光结构制造方法
CN103400939B (zh) * 2013-08-15 2016-06-01 厦门大学 一种聚合物太阳能电池陷光结构制造方法
CN104178825A (zh) * 2014-07-31 2014-12-03 厦门大学 一种纳米纤维直径可控辅助诱导批量电纺装置
CN104178825B (zh) * 2014-07-31 2016-03-02 厦门大学 一种纳米纤维直径可控辅助诱导批量电纺装置
CN104451910A (zh) * 2014-11-10 2015-03-25 厦门大学 射流定点诱发的电纺装置
CN113390950A (zh) * 2021-05-28 2021-09-14 杭州电子科技大学 便捷式热-电耦合诱导聚合物成型实验装置及其实验方法
CN113390950B (zh) * 2021-05-28 2023-08-25 杭州电子科技大学 便捷式热-电耦合诱导聚合物成型实验装置及其实验方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102505157B (zh) 2014-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101818381B (zh) 一种新型磁力搅拌静电纺丝喷头及其使用方法
CN103668488B (zh) 纤维喷射装置
CN102433596B (zh) 一种泰勒锥喷头静电纺丝取向纳米纤维的收集装置及方法
CN106222763B (zh) 一种连续制备螺旋微纳米纤维的静电纺丝装置及其方法
CN102181947B (zh) 一种激振式电纺装置
CN103088443B (zh) 一种伞状静电纺丝喷头及静电纺丝方法
CN102828259A (zh) 一种锯齿式无针头静电纺丝装置
CN102505157B (zh) 一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置
CN104032383B (zh) 一种双向螺旋静电纺丝装置
CN101463532B (zh) 一种图案化纳米纤维的制备方法
CN101182650A (zh) 一种可控图案化电纺丝纤维聚集体的制备方法
CN104451910B (zh) 射流定点诱发的电纺装置
TW201200649A (en) Roller type electrostatic spinning apparatus
CN103849946A (zh) 一种旋转供液静电纺丝装置
CN103215661A (zh) 一种静电纺丝装置及纺丝方法
CN201809485U (zh) 一种电动风叶式静电纺丝喷头
CN102181946A (zh) 装有圆锥形辅助电极的多喷头静电纺丝装置
CN203256378U (zh) 一种静电纺丝装置
CN106591967A (zh) 一种圆柱面螺旋阵列的静电纺丝装置及静电纺丝方法
CN103668482B (zh) 一种电场均布的多射流静电纺丝喷头
CN103088444A (zh) 一种提高静电纺丝多射流的方法及装置
CN102191573B (zh) 一种量产纳米纤维电纺装置
CN103243397A (zh) 一种多电场耦合强力牵伸的静电纺丝装置及方法
CN103484954B (zh) 一种制备纳米纤维的静电纺丝装置
CN202519373U (zh) 一种泰勒锥喷头静电纺丝取向纳米纤维的收集装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: 363000 the southern tip of Xiamen University Zhangzhou campus, Zhangzhou, Fujian

Patentee after: XIAMEN University

Address before: Xiamen City, Fujian Province, 361005 South Siming Road No. 422

Patentee before: XIAMEN University

CP02 Change in the address of a patent holder