CN104894660A - 一种动态平行滚筒电极静电纺丝设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动态平行滚筒电极静电纺丝设备及方法，所述设备包括PLC控制器、注射泵、喷丝头及接收器，所述PLC控制器控制注射泵及接收器，其中，所述注射泵用于向喷丝头供液，所述接收器设有至少一对平行滚筒电极，该平行滚筒电极接收器与注射泵协同工作，动态旋转接收纤维。如此，解决了平板式电极接收器和滚筒式电极接收器接收纤维取向度低的问题，以及现有平行电极接收纤维量少且效率低的问题。

Description

一种动态平行滚筒电极静电纺丝设备及方法

技术领域

本发明属于静电纺丝技术领域，具体涉及一种动态平行滚筒电极静电纺丝设备及方法。

背景技术

静电纺丝技术是现今唯一有效制取纳米纤维的方法。静电纺丝制取的纳米级和亚纳米级纤维膜应用潜力十分巨大，其具有孔隙率高、比表面大等优点，现在已广泛应用于组织工程支架、电池的隔膜及电极、化学催化剂和传感器等方面，涉及到生物医学、电工电子和化工等技术领域，所以获取高质量的纳米纤维体显得十分迫切。

虽然静电纺丝技术简单、易操作，并且能获得纳米纤维，但还存在一些问题，制取的静电纺丝纳米纤维排列方向的不可控性就是其中之一。静电纺丝技术是利用高速带电细射流在强静电场下，使细射流中的同种电荷相互排斥而细化分裂得到纳米纤维，由于细射流分裂成丝的方向是随机的，所以造成纤维杂乱排列取向度低。而现在纳米纤维的应用往往需要较好的取向度，比如纳米纤维做细胞培养支架时，排列比较好的纳米纤维体，能使细胞沿规律方向生长。静电纺丝实践生产中，现在用的最多的是平板式电极接收器和滚筒式电极接收器，平板式和滚筒式都可大量接收二维电纺纤维，但得到的电纺纤维取向度很低，限制了电纺纤维的应用。现在的研究者设计不同的接收器来提高电纺纤维的取向度，其中最典型并且效果比较好的是平行电极接收器，如平行条形电极接收器、平行环形电极接收器等，它们都得到比较好取向度的一维纳米纤维体。

现在静电纺丝制备纳米纤维用的最多的是平板式接收器和滚筒式接收器。平板式接收器接收纤维取向度很低，滚筒式接收器相对于平板式接收器取向度略有提高，但取向度仍然比较低。

现在多种多样的平行电极接收器虽然可接收到取向度比较好的纳米纤维体，但无法真正应用到大量静电纺丝纳米纤维制备中。其主要缺点是，由于平行电极接收器两电极间距比较小，一般为5-15cm之间，所以往往一次接收到的静电纺丝纤维的量比较少，并且一般只能接收到一维纳米纤维，因为接收的量稍微增加后，再接收到的纤维将又会出现无规律排列。

鉴于上述原因，本发明提供一种动态平行滚筒电极静电纺丝设备及方法，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明提供一种动态平行滚筒电极静电纺丝设备，包括PLC控制器、注射泵、喷丝头及接收器，所述PLC控制器控制注射泵及接收器，其中，所述注射泵用于向喷丝头供液，所述接收器设有至少一对平行滚筒电极，该平行滚筒电极接收器与注射泵协同工作，动态旋转接收纤维。

优选的，所述接收器还包括底座、滚筒支撑架、电机支撑架、电机及联轴器，所述平行滚筒电极置于滚筒支撑架上，所述电机置于电机支撑架上，电机开启后，通过联轴器带动所述平行滚筒电极旋转。

优选的，所述接收器的底座上开有阶梯槽，进行所述一对平行滚筒电极的间距调节。

优选的，所述接收器的滚筒支撑架上开有螺纹孔，所述螺纹孔用于接入为所述平行滚筒电极通电的电线。

优选的，所述PLC控制器上设有触摸显示屏以接收外部指令。

本发明还提供一种使用动态平行滚筒电极静电纺丝设备进行静电纺丝的方法，包括以下步骤：

S1、开启电源后，电机带动平行滚筒电极旋转，且注射泵的喷丝头向所述平行滚筒电极喷丝，其中，喷丝头和接收器之间施加有高压；

S2、所述PLC控制器根据触摸显示屏的指令，控制所述电机的转速，以及所述喷丝头喷丝速度。

优选的，在步骤S2中，所述PLC控制器控制电机转速及喷丝头喷丝速度的模式包括：喷丝头喷丝与平行滚筒电极旋转同时进行；或喷丝头喷丝与平行滚筒电极旋转间歇轮换进行。

优选的，当喷丝头喷丝与平行滚筒电极旋转间歇轮换进行时，电机开启后平行滚筒电极不旋转，喷丝头喷丝时间A后停止喷丝，所述平行滚筒电极开始旋转时间B后停止旋转，所述喷丝头再开始喷丝时间A，并重复上述过程。

根据本发明提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备及方法，所述设备包括PLC控制器、注射泵、喷丝头及接收器，所述PLC控制器控制注射泵及接收器，其中，所述注射泵用于向喷丝头供液，所述接收器设有至少一对平行滚筒电极，该平行滚筒电极接收器与注射泵协同工作，动态旋转接收纤维。如此，解决了平板式电极接收器和滚筒式电极接收器接收纤维取向度低的问题，以及现有平行电极接收纤维量少且效率低的问题。

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是本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备接收器结构示意图；

图2a是本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备接收器底座示意图；

图2b是本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备滚筒接收器支撑架示意图；

图2c是本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备接收器滚筒示意图；

图2d是本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备接收器电机支撑架图；

图3是本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备工作流程图；

图4是本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝方法流程图；

图5是本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备工作方式示意图；

图6a是本发明又一较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备工作方式示意图；

图6b是本发明又一较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备工作方式示意图；

图6c是本发明又一较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备工作方式示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备包括PLC控制器、注射泵、喷丝头及接收器，所述PLC控制器控制注射泵及接收器，其中，所述PLC控制器上设有触摸显示屏以接收外部指令。所述注射泵用于给喷丝头供液。

图1是本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备接收器结构示意图。如图1所示，所述接收器设有至少一对平行滚筒电极6，该平行滚筒电极6与注射泵协同工作，动态旋转接收纤维。在图1中，所述接收器包括底座1、滚筒支撑架2、电机支撑架3、电机4及联轴器5，平行滚筒电极6置于滚筒支撑架2上，所述电机4置于电机支撑架3上，电机4开启后，通过联轴器5带动所述平行滚筒电极6旋转。其它实施例中，电机带动平行滚筒电极旋转的方式还可以为通过齿轮联动，然而对此本发明并不作限定。

图2a是本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备接收器底座示意图。图2b是本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备滚筒接收器支撑架示意图。图2c是本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备接收器滚筒示意图；图2d是本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备接收器电机支撑架图。如图2a所示，接收器的底座上开有阶梯槽7，用于进行一对平行滚筒电极的间距调节。如图2b所示，接收器的滚筒支撑架上开有螺纹孔8，所述螺纹孔8用于接入为平行滚筒电极通电的电线。

图3是本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备工作流程图。如图3所示，PLC控制器用于控制接收器的转速、转向和注射泵的启停，方便注射泵和接收器协同工作。同时在触摸显示屏上可以按照电纺要求，实时更改接收器的转速和控制电纺相关时间参数。本实施例中，PLC控制器和触摸显示屏的引入提高了接收系统的自动化程度，并且具有良好的人机交互界面。

图4是本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝方法流程图。如图4所示，本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝方法包括步骤S1及S2。

步骤S1：开启电源后，电机带动平行滚筒电极旋转，且注射泵的喷丝头向所述平行滚筒电极喷丝，其中，喷丝头和接收器之间施加有高压。

具体地，所述的一对平行滚筒电极接收器，由于特殊的平行电极分布电场和旋转作用，有助于更好地制备良好取向度的二维纳米纤维。

步骤S2：所述PLC控制器根据触摸显示屏的指令，控制所述电机的转速，以及所述喷丝头喷丝速度。

具体而言，所述PLC控制器控制电机转速及喷丝头喷丝速度的模式为：喷丝头喷丝与平行滚筒电极旋转同时进行。图5是本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备工作方式示意图。如图5所示，调节两平行滚筒电极N到合适距离，在PLC控制器的程序控制下，喷丝头M一边喷丝(注射泵工作)，平行滚筒电极N一边旋转，此种方式制备良好取向度二维纳米纤维的效率较高。

所述PLC控制器控制电机转速及喷丝头喷丝速度的模式还可以为：喷丝头喷丝与平行滚筒电极旋转间歇轮换进行。其中，当喷丝头喷丝与平行滚筒电极旋转间歇轮换进行时，电机开启后平行滚筒电极不旋转，喷丝头喷丝时间A后停止喷丝，所述平行滚筒电极开始旋转时间B后停止旋转，所述喷丝头再开始喷丝时间A，并重复上述过程。

图6a是本发明又一较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备工作方式示意图；图6b是本发明又一较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备工作方式示意图；图6c是本发明又一较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备工作方式示意图。如图6a、6b及6c所示，在PLC控制器的程序控制下，接收器和喷丝头循环间歇配合工作。本实施例中，一个循环设置的喷丝头喷丝时间A是关键，时间A不能过长，因为该方式先是在静态平行电极下接收的，接收时间过长，后面堆积的纤维取向度会大大降低。需要在一个循环设置恰当的喷丝时间A，才可获得高取向度的电纺纤维。具体的喷丝头喷丝时间A及平行滚筒电极旋转时间B根据实际需要而定，然而对此本发明并不作限定。

综上所述，根据本发明较佳实施例提供的动态平行滚筒电极静电纺丝设备及方法，所述设备包括PLC控制器、注射泵、喷丝头及接收器，所述PLC控制器控制注射泵及接收器，其中，所述注射泵用于向喷丝头供液，所述接收器设有至少一对平行滚筒电极，该平行滚筒电极接收器与注射泵协同工作，动态旋转接收纤维。如此，解决了平行电极接收纤维量少且效率低的问题。同时，采用不同的控制方法，使得接收器能够接收大量的高取向度的二维静电纺丝纳米纤维。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种动态平行滚筒电极静电纺丝设备，其特征在于，包括PLC控制器、注射泵、喷丝头及接收器，所述PLC控制器控制注射泵及接收器，其中，所述注射泵用于向喷丝头供液，所述接收器设有至少一对平行滚筒电极，该平行滚筒电极接收器与注射泵协同工作，动态旋转接收纤维。

2.根据权利要求1所述的动态平行滚筒电极静电纺丝设备，其特征在于，所述接收器还包括底座、滚筒支撑架、电机支撑架、电机及联轴器，所述平行滚筒电极置于滚筒支撑架上，所述电机置于电机支撑架上，电机开启后，通过联轴器带动所述平行滚筒电极旋转。

3.根据权利要求1所述的动态平行滚筒电极静电纺丝设备，其特征在于，所述接收器的底座上开有阶梯槽，进行所述一对平行滚筒电极的间距调节。

4.根据权利要求1所述的动态平行滚筒电极静电纺丝设备，其特征在于，所述接收器的滚筒支撑架上开有螺纹孔，所述螺纹孔用于接入为所述平行滚筒电极通电的电线。

5.根据权利要求1所述的动态平行滚筒电极静电纺丝设备，其特征在于，所述PLC控制器上设有触摸显示屏以接收外部指令。

6.一种使用权利要求1-5任一项所述的动态平行滚筒电极静电纺丝设备进行静电纺丝的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、开启电源后，电机带动平行滚筒电极旋转，且注射泵的喷丝头向所述平行滚筒电极喷丝，其中，喷丝头和接收器之间施加有高压；

S2、所述PLC控制器根据触摸显示屏的指令，控制所述电机的转速，以及所述喷丝头喷丝速度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述PLC控制器控制电机转速及喷丝头喷丝速度的模式包括：喷丝头喷丝与平行滚筒电极旋转同时进行；或喷丝头喷丝与平行滚筒电极旋转间歇轮换进行。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当喷丝头喷丝与平行滚筒电极旋转间歇轮换进行时，电机开启后平行滚筒电极不旋转，喷丝头喷丝时间A后停止喷丝，所述平行滚筒电极开始旋转时间B后停止旋转，所述喷丝头再开始喷丝时间A，并重复上述过程。