CN102719906A - 一种静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

一种静电纺丝装置，其包括料桶、设于料桶内且能在料桶内运动的活塞、设于料桶一端且与料桶连通的喷丝头、连接在喷丝头上的高压供电装置、对应喷丝头位置设置的接收板以及给接收板接地的接地电源线，所述静电纺丝装置还包括包围着喷丝头及接收板的一片密闭纺丝区域，所述密闭纺丝区域中在纤维的接收区域设有形成平行磁场的磁场发生装置。本发明通过设置一片密闭纺丝区域以防止外界气流对射流稳定性的影响，并通过在密闭纺丝区域中纤维的接受区域增加一个磁场发生装置，当纳米纤维经过磁场时受到平行磁场的作用，最后在接收板上收集到平行有序的纳米纤维。本发明结构简单、操作方便、控制简单、工艺流程短。

Description

一种静电纺丝装置

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝装置，尤其涉及一种可抗干扰纺制有序纤维的静电纺丝装置。

背景技术

静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。静电雾化较静电纺丝而言，在于这二者采用的工作介质不同，静电雾化采用的是低粘度的牛顿流体，而静电纺丝采用的则是较高粘度的非牛顿流体。相对应的，静电雾化技术的深入研究也为静电纺丝体系提供了一定的理论依据和知识基础。“静电纺丝”一词来源于“electrospinning”或更早一些的“electrostaticspinning”，国内一般将其简称为“静电纺”、“电纺”等。

近年来，通过静电纺丝技术制备纳米纤维材料已经成为世界材料科学技术领域的最重要的学术与技术活动之一。静电纺丝技术以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控性等优点，成为了有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。当下，静电纺丝技术已经制备出了种类丰富的纳米纤维，包括有机纳米纤维、无机纳米纤维和有机/无机复合纳米纤维。

对静电纺丝过程的深入研究目前已经涉及到静电学、电流体力学、流变学、空气动力学等领域。然而，随着工艺技术精密化进程的加速，从事静电纺丝制备纳米纤维技术的科研人员开始着手面对一些电纺技术上一直隐藏多时且必须要先行解决的问题。首先，关于制备有机纳米纤维，可以用于静电纺丝的天然高分子品种十分有限，对所制备的产品结构和性能的研究仍然不够完善，所生产出来的最终产品应用大都只是处于实验阶段，尤其是这些产品的产业化生产方面还存在更大的问题。其次，静电纺丝有机/无机复合纳米纤维的性能不仅与纳米粒子的结构有关，还与纳米粒子的聚集方式和协同性能、聚合物基体的结构性能、粒子与基体的界面结构性能及加工复合工艺等各个方面有着相应关系，如何制备出高性能、多功能且适合需要的复合纳米纤维是研究的关键。再次，静电纺丝无机纳米纤维的研究基本处于起始阶段，无机纳米纤维在高效催化、高温过滤、生物组织工程、航天器材、光电器件等多个领域具有潜在的用途，静电纺丝无机纳米纤维较大的脆性限制了其应用性能和范围，因此，开发具有柔韧性、连续性的无机纤维成为一个重要的课题。

传统的静电纺丝法是利用电场力将聚合物溶液或熔体从毛细管口处抽出形成射流，经过摆动、蒸发、细发过程，最终得到纳米级无序的纤维。由静电纺丝技术制备的纳米纤维已经广泛的应用在光电子器件、传感器技术、催化、过滤以及医学等方面。在很多情况下，控制纤维的有序排列对于纤维获得的预想的功能相当重要，特别是在蛋白质的释放和生长中起着决定性的作用，并且射流在运动的过程中会受到气流的作用而发生大幅度的摆动。因此，纺制有序的纳米纤维来满足实际应用上的要求已经成为了关键点。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种具有改良结构的静电纺丝装置，以克服上述缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种静电纺丝装置，该静电纺丝装置可抗干扰纺制有序纤维，用以解决静电纺丝过程中射流不稳定及纤维有序排列的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种静电纺丝装置，其包括料桶、设于料桶内且能在料桶内运动的活塞、设于料桶一端且与料桶连通的喷丝头、连接在喷丝头上的高压供电装置、对应喷丝头位置设置的接收板以及给接收板接地的接地电源线，所述静电纺丝装置还包括包围着喷丝头及接收板的一片密闭纺丝区域，所述密闭纺丝区域中在纤维的接收区域设有形成平行磁场的磁场发生装置。

优选的，在上述静电纺丝装置中，所述磁场发生装置由两块平行放置的磁铁形成，所述两块磁铁之间设有若干平行的形成所述平行磁场的磁场线，所述磁场线从磁铁的N极发出回到磁铁的S极。

优选的，在上述静电纺丝装置中，所述两块磁铁安装在接收板上。

优选的，在上述静电纺丝装置中，所述两块磁铁分别位于喷丝头的外侧，所述两块磁铁之间形成所述纤维的接收区域。

优选的，在上述静电纺丝装置中，所述喷丝头的外围罩有一个玻璃罩以形成所述密闭纺丝区域。

优选的，在上述静电纺丝装置中，所述玻璃罩设有前壁以及与前壁位置相对的后壁，所述喷丝头设置于前壁处，所述接收板与后壁固定连接在一起。

优选的，在上述静电纺丝装置中，所述玻璃罩上对应喷丝头的位置设有供喷丝头伸入玻璃罩内的第一开口。

优选的，在上述静电纺丝装置中，所述静电纺丝装置还包括探测密闭纺丝区域内湿度的湿度探测器以及调节密闭纺丝区域内湿度的湿度调节装置。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例的静电纺丝装置通过设置一片密闭纺丝区域以防止外界气流对射流稳定性的影响，并通过在密闭纺丝区域中纤维的接受区域增加一个平行磁场，当纳米纤维经过磁场时受到平行磁场的作用，最后在接收板上收集到平行有序的纳米纤维。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明结构简单、操作方便、控制简单、工艺流程短。

（2）在纺丝区域加玻璃罩，使纺丝区域成为密闭空间，防止外界气流对射流的稳定性的影响。

（3）在密闭纺丝区域中纤维的接受区域增加一个由两块平行放置的磁铁形成的磁场发生装置，磁场发生装置形成平行磁场，当纳米纤维经过磁场时受到平行磁场的作用，最后在接收板上收集到平行有序的纳米纤维。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明静电纺丝装置的示意图；

图2是本发明静电纺丝装置中两磁铁形成的磁场示意图。

其中：1、料桶；2、高压供电装置；3、活塞；4、喷丝头；5、玻璃罩；51、前壁；52、后壁；53、第一开口；6、接地电源线；7、接收板；8、磁铁。

具体实施方式

本发明公开了一种静电纺丝装置，该静电纺丝装置可抗干扰纺制有序纤维，用以解决静电纺丝过程中射流不稳定及纤维有序排列的技术问题。

该静电纺丝装置包括料桶、设于料桶内且能在料桶内运动的活塞、设于料桶一端且与料桶连通的喷丝头、连接在喷丝头上的高压供电装置、对应喷丝头位置设置的接收板以及给接收板接地的接地电源线，所述静电纺丝装置还包括包围着喷丝头及接收板的一片密闭纺丝区域，所述密闭纺丝区域中在纤维的接收区域设有形成平行磁场的磁场发生装置。

进一步的，所述磁场发生装置由两块平行放置的磁铁形成，所述两块磁铁之间设有若干平行的形成所述平行磁场的磁场线，所述磁场线从磁铁的N极发出回到磁铁的S极。

进一步的，所述两块磁铁安装在接收板上。

进一步的，所述两块磁铁分别位于喷丝头的外侧，所述两块磁铁之间形成所述纤维的接收区域。

进一步的，所述喷丝头的外围罩有一个玻璃罩以形成所述密闭纺丝区域。

进一步的，所述玻璃罩设有前壁以及与前壁位置相对的后壁，所述喷丝头设置于前壁处，所述接收板与后壁固定连接在一起。

进一步的，所述玻璃罩上对应喷丝头的位置设有供喷丝头伸入玻璃罩内的第一开口。

进一步的，所述静电纺丝装置还包括探测密闭纺丝区域内湿度的湿度探测器以及调节密闭纺丝区域内湿度的湿度调节装置。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的静电纺丝装置包括料桶1、高压供电装置2、活塞3、喷丝头4、接地电源线6、接收板7。高压供电装置2连接在喷丝头4上；活塞3设于料桶1内且能在料桶1内运动；喷丝头4设于料桶1一端且与料桶1连通；电源线6与接收板7连接以给接收板7接地。

本发明的静电纺丝装置还包括包围着喷丝头4及接收板7的一片密闭纺丝区域，该密闭纺丝区域中在纤维的接收区域设有形成平行磁场的磁场发生装置。

如图1及图2所示，在本发明的实施例中，磁场发生装置由两块平行放置的磁铁8形成，该两块磁铁8之间设有若干平行的形成所述平行磁场的磁场线，磁场线从磁铁的N极发出回到磁铁的S极。如此设置，利用发生装置形成的平行磁场，当纳米纤维经过磁场时会受到平行磁场的作用，最后接收板7会收集到平行有序的纳米纤维。

继续如图1所示，该两块磁铁8安装在接收板7上，使得形成一个较大区域的磁场。该两块磁铁8分别位于喷丝头4的外侧，该两块磁铁8之间形成所述纤维的接收区域。

在本发明的实施例中，密闭纺丝区域是由罩在喷丝头外围的一个玻璃罩5形成。玻璃罩5设有前壁51以及与前壁51位置相对的后壁52，喷丝头4设置于前壁51处，接收板7与后壁52固定连接在一起。通过在纺丝区域加玻璃罩5，使纺丝区域成为一个密闭空间，防止外界气流对射流的稳定性的影响。

如图1所示，玻璃罩5上对应喷丝头4的位置设有供喷丝头4伸入玻璃罩5内的第一开口53。在实际应用中，喷丝头4与玻璃罩5在第一开口53处衔接时可能会存在小的间隙，可以进行密封处理。密封处理的方式包括在喷丝头4与玻璃罩5之间配合的地方使用橡胶圈，或者在喷丝头4与玻璃罩5之间的间隙处使用填充物进行填充密封。以上列举的仅仅是部分可实施方式，本发明要保护的密封处理并不受上述列举限制，任何可替代的密封处理方案均在本发明的保护范围之内。

在本发明的实施例中，若是想测量和调节密闭纺丝区域内的湿度，还可以设置探测密闭纺丝区域内湿度的湿度探测器以及调节密闭纺丝区域内湿度的湿度调节装置。

在本发明的实施例中，接收板7与玻璃罩5的后壁52固定连接在一起。当然，在其他实施方式中，可以将接收板7固定在其他结构上，然后将固定好的接收板7整合件放置于距离喷丝头4要求的位置处。本发明的附图1中接收板7的固定方式并不限缩本发明的保护范围，任何可替代的且很容易想到的关于接收板7的固定方式，均在本发明的保护范围之内。

本发明公开的静电纺丝装置的工作原理是：聚合物在料桶1内，通过灌注泵推动活塞3进入喷丝头4纺丝，高压供电装置2连接在喷丝头4上，接收板7通过接地电源线6接地，打开高压供电装置2的开关，在喷丝头4和接收板7之间形成了一个电场，使喷丝头出口处的聚合物溶液在高压的作用下形成连续射流，喷射流经过两块磁铁8形成的平行磁场，最后在接收板7上收集。

本发明静电纺丝装置通过设置一片密闭纺丝区域以防止外界气流对射流稳定性的影响，并通过在密闭纺丝区域中纤维的接受区域增加一个平行磁场，当纳米纤维经过磁场时受到平行磁场的作用，最后在接收板上收集到平行有序的纳米纤维。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明结构简单、操作方便、控制简单、工艺流程短。

（2）在纺丝区域加玻璃罩5，使纺丝区域成为密闭空间，防止外界气流对射流的稳定性的影响。

（3）在密闭纺丝区域中纤维的接受区域增加一个由两块平行放置的磁铁8形成的磁场发生装置，磁场发生装置形成平行磁场，当纳米纤维经过磁场时受到平行磁场的作用，最后在接收板上收集到平行有序的纳米纤维。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种静电纺丝装置，其包括料桶、设于料桶内且能在料桶内运动的活塞、设于料桶一端且与料桶连通的喷丝头、连接在喷丝头上的高压供电装置、对应喷丝头位置设置的接收板以及给接收板接地的接地电源线，其特征在于：

所述静电纺丝装置还包括包围着喷丝头及接收板的一片密闭纺丝区域，所述密闭纺丝区域中在纤维的接收区域设有形成平行磁场的磁场发生装置。

2.根据权利要求1所述静电纺丝装置，其特征在于：所述磁场发生装置由两块平行放置的磁铁形成，所述两块磁铁之间设有若干平行的形成所述平行磁场的磁场线，所述磁场线从磁铁的N极发出回到磁铁的S极。

3.根据权利要求2所述静电纺丝装置，其特征在于：所述两块磁铁安装在接收板上。

4.根据权利要求2所述静电纺丝装置，其特征在于：所述两块磁铁分别位于喷丝头的外侧，所述两块磁铁之间形成所述纤维的接收区域。

5.根据权利要求1所述静电纺丝装置，其特征在于：所述喷丝头的外围罩有一个玻璃罩以形成所述密闭纺丝区域。

6.根据权利要求5所述静电纺丝装置，其特征在于：所述玻璃罩设有前壁以及与前壁位置相对的后壁，所述喷丝头设置于前壁处，所述接收板与后壁固定连接在一起。

7.根据权利要求5所述静电纺丝装置，其特征在于：所述玻璃罩上对应喷丝头的位置设有供喷丝头伸入玻璃罩内的第一开口。

8.根据权利要求1所述静电纺丝装置，其特征在于：所述静电纺丝装置还包括探测密闭纺丝区域内湿度的湿度探测器以及调节密闭纺丝区域内湿度的湿度调节装置。

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