CN108796632B - 用于制备有序纤维的静电纺丝方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种用于制备有序纤维的静电纺丝方法，属于静电纺丝技术领域，该方法采用静电纺丝装置；静电纺丝装置包括：装有静电纺丝溶液的注射器、与注射器相连的针头、与针头相对设置的接收组件；接收组件包括与针头相对设置的绝缘组件、以及分别放置在绝缘组件两侧的电极，绝缘组件的高度高于两侧电极的高度；两个电极带负电，针头带正电；该方法包括：通过针头喷射由注射器中的静电纺丝溶液形成的纺丝；通过针头与电极之间形成的电势场，将纺丝的一端牵引至绝缘组件；可以解决仅使用平行电极接收纺丝时，接收到的有序纺丝长度较短；既可以获得较长的有序纤维，而且随着纤维层数的增加，还可以保持纤维的有序性。

Description

用于制备有序纤维的静电纺丝方法
技术领域
本发明涉及一种用于制备有序纤维的静电纺丝方法，属于静电纺丝技术领域。
背景技术
静电纺丝指的是在电场力足够大的情况下的作用下，聚合物溶液克服液体的表面张力从注射器的喷丝口喷出，形成带电射流，在喷射的过程中溶剂挥发最终在接收组件上形成纤维。
为了提高通过静电纺丝法形成的纤维在接收组件上的有序性，可以采用平行电极法来收集纤维。
然而，在平行电极法中，接收组件中的两个平行电极间的距离很窄，一般不超过5毫米，难以满足对于长度要求较高的有序纤维的制备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于制备有序纤维的静电纺丝方法，为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，提供了一种用于制备有序纤维的静电纺丝方法，所述方法采用静电纺丝装置；所述静电纺丝装置包括：装有静电纺丝溶液的注射器、与所述注射器相连的针头、与所述针头相对设置的接收组件；所述接收组件包括与所述针头相对设置的绝缘组件、以及分别放置在所述绝缘组件两侧的电极，所述绝缘组件的高度高于两侧电极的高度；两个电极带负电，所述针头带正电；
所述方法包括：
通过所述针头喷射由所述注射器中的静电纺丝溶液形成的纺丝；
通过所述针头与所述电极之间形成的电势场，将所述纺丝的一端牵引至所述绝缘组件；
通过所述电势场将所述纺丝的另一端牵引至所述电极，得到垂直于所述两侧的电极的有序纤维。
可选地，所述绝缘组件和所述两个电极均为条状，且所述两个电极均与所述绝缘组件平行。
可选地，所述接收组件还包括用于承载所述绝缘组件和所述电极的背板，所述绝缘组件与所述背板的材料相同。
可选地，所述绝缘组件的材料为硬纸板。
可选地，所述两个电极的材料为钛片。
可选地，所述绝缘组件的高度为8毫米，所述电极的高度小于8毫米。
本发明的有益效果在于：通过在接收装置中设置平行电极，并在平行电极之间设置凸起的绝缘组件；使得注射器通过针头射流出的纺丝的一端先与绝缘组件接触，后续纺丝的另一端由于电势场的牵引可以迅速向电极运动；可以解决仅使用平行电极接收纺丝时，接收到的有序纺丝长度较短；既可以获得较长的有序纤维，而且随着纤维层数的增加，还可以保持纤维的有序性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本申请一个实施例提供的用于制备有序纤维的静电纺丝装置的结构示意图；
图2为本申请一个实施例提供的针头与接收装置间的电场分布示意图；
图3为相关技术提供的静电纺丝装置的结构示意图；
图4为本申请一个实施例提供的接收装置上接收到的有序纤维的光学图像的示意图；
图5为本申请一个实施例提供的有序纤维的扫描电子显微镜图像的示意图；
图6为本申请一个实施例提供的用于制备有序纤维的静电纺丝方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本申请提供的用于制备有序纤维的静电纺丝装置可以用于制备有序的纳米纤维，比如：100nm、200nm或者300nm的纤维等，本申请不对有序纤维的直径作限定。
图1是本申请一个实施例提供的用于制备有序纤维的静电纺丝装置的结构示意图，如图1所示，该装置至少包括：装有静电纺丝溶液的注射器110、与注射器110相连的针头120、与针头120相对设置的接收组件130。
其中，静电纺丝溶液可以为聚乙烯醇(PVA)溶液，也可以是其它类型的用于进行静电纺丝的溶液，本实施例不对静电纺丝溶液的类型作限定。
本申请中，用于制备有序纤维的接收组件130包括与针头120相对设置的绝缘组件131、以及分别放置在绝缘组件131两侧的电极132。
其中，绝缘组件131的高度高于两侧电极132的高度。比如：参考图2所示的接收组件130，这样，纺丝从针头120射流而出之后，通过针头120与电极132之间的电势场可以将纺丝向接收组件130的方向牵引。由于绝缘组件131的高度高于两侧电极132的高度，因此，纺丝的一端会先与绝缘组件131接触，后续纺丝的另一端由于电势场的牵引可以迅速向电极132运动。因此，纤维整体垂直于平行电极而获得有序排列。而在相关的平行电极法中，参考图3，纺丝收集于a，b两点之间，相对于该方法，本申请提供的接收组件，由于绝缘组件的固定纺丝作用，收集到的纤维可以有序地收集与a、c点之间和b、d点之间，相对于图3所示的接收组件，既可以获得较长的有序纤维，而且随着纤维层数的增加，还可以保持纤维的有序性。
示意性地，绝缘组件131的高度为8毫米(mm)，与针头120相对的一面的宽度为5mm，电极的高度小于8mm。这样，纺织得到的纤维的长度至少大于绝缘组件131的高度。当然，绝缘组件131的高度也可以高于8mm；或者低于8mm，本实施例不对绝缘组件131的高度作限定。
可选地，绝缘组件131和两个电极132均为条状，且两个电极132均与绝缘组件131平行。当然，绝缘组件也可以是其它形状，比如：圆柱形、圆台形、棱柱形等，本实施例不对绝缘组件的形状作限定。当然，电极132也可以是其它形状，比如：圆柱形、圆台形、棱柱形等，本实施例不对电极132的形状作限定。示意性地，绝缘组件131为圆柱形，电极132为围绕该圆柱形设置的圆环形。
在本申请中，两个电极132带负电，针头120带正电。比如：电极132与高压电源的负极相连，针头120与该高压电源的正极相连。示意性地，两个电极132的材料为钛片。
可选地，接收组件130还包括用于承载绝缘组件131和电极132的背板133，绝缘组件131与背板133的材料相同。示意性地，绝缘组件131的材料为硬纸板。
可选地，静电纺丝装置还设置有推进泵140。其中，推进泵140用于自动推进注射器，以使注射器从针头射流出纺丝。
示意性地，参考图4所示的接收装置上接收到的有序纤维的光学图像，根据图4可知，纤维垂直于平行电极。
示意性地，参考图5所示的有序纤维的扫描电子显微镜图像，根据图5可知，纤维的有序性较高。
综上所述，本实施提供的静电纺丝装置，通过在接收装置中设置平行电极，并在平行电极之间设置凸起的绝缘组件；使得注射器通过针头射流出的纺丝的一端先与绝缘组件接触，后续纺丝的另一端由于电势场的牵引可以迅速向电极运动；可以解决仅使用平行电极接收纺丝时，接收到的有序纺丝长度较短；既可以获得较长的有序纤维，而且随着纤维层数的增加，还可以保持纤维的有序性。
另外，由于本申请中提供的接收装置只需要在平行电极之间设置一个绝缘组件，而无需对接收装置进行复杂的改装，可以降低接收装置的改装难度，降低接收装置的生产成本。
另外，通过本申请所提出的静电纺丝技术制备的纳米纤维可以实现一些特殊功能，如利用本技术制备有序纤维实现结构色功能、利用本技术制备掺杂的有序纤维经过后续的水洗、还原、热解等后处理操作实现结构色或者导电功能等。
可选地，基于上述各个实施例，请参考图6，本申请还提供一种用于制备有序纤维的静电纺丝方法，本实施例以该方法采用图1所示的静电纺丝装置制备有序纤维为例进行说明，该方法包括如下几个步骤：
步骤601，通过针头喷射由注射器中的静电纺丝溶液形成的纺丝。
步骤602，通过针头与电极之间形成的电势场，将纺丝的一端牵引至绝缘组件。
步骤603，通过电势场将纺丝的另一端牵引至电极，得到垂直于两侧的电极的有序纤维。
综上所述，本实施提供的静电纺丝方法，通过在接收装置中设置平行电极，并在平行电极之间设置凸起的绝缘组件；使得注射器通过针头射流出的纺丝的一端先与绝缘组件接触，后续纺丝的另一端由于电势场的牵引可以迅速向电极运动；可以解决仅使用平行电极接收纺丝时，接收到的有序纺丝长度较短；既可以获得较长的有序纤维，而且随着纤维层数的增加，还可以保持纤维的有序性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种用于制备有序纤维的静电纺丝方法，其特征在于，所述方法采用静电纺丝装置；所述静电纺丝装置包括：装有静电纺丝溶液的注射器、与所述注射器相连的针头、与所述针头相对设置的接收组件；所述接收组件包括与所述针头相对设置的绝缘组件、以及分别放置在所述绝缘组件两侧的电极，所述绝缘组件的高度高于两侧电极的高度；两个电极带负电，所述针头带正电；
所述方法包括：
通过所述针头喷射由所述注射器中的静电纺丝溶液形成的纺丝；
通过所述针头与所述电极之间形成的电势场，将所述纺丝的一端牵引至所述绝缘组件；所述绝缘组件的高度使得所述纺丝的一端先与所述绝缘组件接触，后续纺丝的另一端向所述电极移动；
通过所述电势场将所述纺丝的另一端牵引至所述电极，得到垂直于所述两侧的电极的有序纤维。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘组件和所述两个电极均为条状，且所述两个电极均与所述绝缘组件平行。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收组件还包括用于承载所述绝缘组件和所述电极的背板，所述绝缘组件与所述背板的材料相同。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘组件的材料为硬纸板。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两个电极的材料为钛片。
6.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述绝缘组件的高度为8毫米，所述电极的高度小于8毫米。
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