CN110004504A - 一种图案化静电纺丝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种图案化静电纺丝装置，主要包括供液装置、高压静电发生器、接收网帘、激振器、频率调节器、底板、复位弹簧、频率接收板、磁性颗粒及导辊。供液装置与高压静电发生器连接，接收网帘通过四个导辊固定并横向移动。频率接收板上铺有一层磁性颗粒，右侧连接激振器和频率调节器。频率接收板下方放置一块底板，板上均匀阵列安装多个复位弹簧，底板接地。通过调节频率调节器改变频率接收板上的磁性颗粒形成不同的图案化聚集形态，进而实现不同图案化的纤维膜收集。本发明静电纺丝装置可在一个基板上实现多种图案化的模板调节，减少材料浪费。该装置控制系统简单，操作方便，加工成本低，可用于图案化纺丝的批量化生产和细胞培养等相关应用。
Description
技术领域
本发明属于静电纺丝装置领域，特别涉及一种图案化静电纺丝及方法。
背景技术
静电纺丝技术是一种能够直接、连续制备纳米纤维的方法，被行业公认为是宏量制备纳米纤维的重要途经之一。静电纺丝技术制备的纳米纤维具有纤维直径小，孔隙率高，比表面积大等优良特性。近年来，制备具有特定图案和排列形式的纳米纤维膜，在组织工程、细菌培养、传感器、催化、复合增强材料和过滤等方面都具有重要的应用前景。
在静电纺丝过程中，由于纤维射流受到电荷排斥力、流体扰动等多种因素的影响，难以实现纳米纤维在接收板的准确定位和沉积图案成型。为了解决这一问题，近年来各种方法被用来控制静电纺纳米纤维的图案结构。中国专利CN103696024A公开了一种可控图案化电纺丝纤维聚集体的制备方法，通过使用有图案的模板，改变空间电场分布，从而引导纳米纤维的定向沉积，制备得到图案化纳米纤维膜。此方法对模板材料需求量较大，需要提前设计和自制各种各样的模板，以获得各种图案化的纳米纤维膜。中国专利CN104018236A公开了一种纳米纤维批量图案化装置，通过调节喷气嘴的气体射流方向以及射流流量来控制纳米纤维在基板上的排列和成型。该装置对喷气系统的精准度要求和加工成本都非常高，且气流方向和气流量对纤维图案化成型的控制仍然有限。
因此，需要发明一种能在一个基板上调节多种图案化的模板，并且控制系统简单方便，这样既可减少材料的浪费，又能极大的降低加工成本，有利于图案化纺丝的批量化生产和应用。
发明内容
本发明提出一种图案化静电纺丝装置，通过调节激振器控制磁性颗粒的聚合形态来改变接收板模板的形状，进而控制纳米纤维沉积在接收网帘上图案化成型。目的在于提供一种可实现电纺丝过程中多种图案化纳米纤维制备的纳米纤维制备装置及方法。
本发明采用的技术方案是：一种图案化静电纺丝装置，主要包括供液装置、高压静电发生器、接收网帘、激振器、频率调节器、底板、复位弹簧、频率接收板、磁性颗粒及导辊，供液装置针头连接一个高压静电发生器，下方5-30cm处设一块接收网帘，接收网帘通过四个导辊固定并横向移动；接收网帘正下方6-15mm处放置一块频率接收板，频率接收板上铺有一层磁性颗粒，右侧连接激振器和频率调节器，磁性颗粒密度小，质量轻，在激振器作用下可以在频率接收板上弹跳起来。频率接收板下方8-15mm处放置一块底板，板上均匀阵列安装多个复位弹簧，底板接地；频率调节器调节不同的频率，通过激振器传输到频率接收板，频率接收板上的磁性颗粒可形成不同的图案化聚集形态，进而实现多种图案化的纤维收集。
本发明一种图案化静电纺丝装置，磁性颗粒大小均一，直径1-3mm，形状为球体或正方体，材质为带磁性的磁铁，也可为其他密度在5-10g/cm3之间的带磁性轻质金属材料。磁性颗粒密度不宜过大，在激振器作用下跳动的幅度可达5-15mm。
本发明一种图案化静电纺丝装置，频率接收板面积比接收网帘稍大，整体材质为不导电高聚物材质，板厚2-5mm，频率接收板四个边安装有高为5-8mm的侧壁。防止磁性颗粒在频率接收板上振动过程中掉落。
本发明一种图案化静电纺丝装置，复位弹簧为铁、钴、镍或其合金，可被磁性材料吸引。复位弹簧直径2-6mm，弹性较好，可被磁性颗粒稳定的吸附在频率接收板底面。
本发明一种图案化静电纺丝装置，接收网帘材质为不导电的纱网或布料，厚1-3mm，用于接收纺丝过程中成型固化的纳米纤维。
本发明一种图案化静电纺丝装置，导辊为不导电高聚物材质，形状为圆柱体，底面直径20-50mm。
本发明一种图案化静电纺丝装置，激振器最好为电动式，频率可调，振幅范围3～20mm，激振器外壳最好选用不导电材质，避免纺丝过程中容易出现的静电干扰现象。
本发明一种图案化静电纺丝装置，频率调节器的频率调节范围为0-5KHz，振幅可调范围0-20mm。
本发明一种图案化静电纺丝装置，底板面积比频率接收板稍大，材质为导电的金属或合金材质，板厚1-3mm。
本发明与现有的技术相比具有如下优点：
(1)频率调节器调节不同的频率，通过激振器传输到频率接收板，频率接收板上的磁性颗粒可形成不同的图案化聚集形态，进而实现多种图案化的纤维收集。可在一个基板上实现多种图案化的模板调节，这样减少材料的浪费。
(2)控制系统简单方便，加工成本低，可用于图案化纺丝的批量化生产和细胞培养等相关应用。
附图说明
图1是一种图案化静电纺丝装置的示意图。
图2是图1所示的磁性颗粒在频率接收板上形成的图案俯视示意图。(a)为频率为345Hz时磁性颗粒在频率接收板上形成的图案，(b)为1033Hz时磁性颗粒在频率接收板上形成的图案。
图中：1-供液装置，2-高压静电发生器，3-接收网帘，4-激振器，5-频率调节器，6-底板，7-复位弹簧，8-频率接收板，9-磁性颗粒和10-导辊。
具体实施方式
本发明一种图案化静电纺丝装置，装置示意图如图1所示，主要包括供液装置1、高压静电发生器2、接收网帘3、激振器4、频率调节器5、底板6、复位弹簧7、频率接收板8、磁性颗粒9和导辊10。供液装置1针头连接一个高压静电发生器2，下方5-30cm处设一块接收网帘3，接收网帘3通过四个导辊10固定并横向移动。接收网帘3正下方6-15mm处放置一块频率接收板8，频率接收板8上铺有一层磁性颗粒9，右侧连接激振器4和频率调节器5，磁性颗粒9密度小，质量轻，在激振器4作用下可以在频率接收板8上弹跳起来。频率接收板8下方8-15mm处放置一块底板6，板上均匀阵列安装多个复位弹簧7，底板6接地。频率调节器5调节不同的频率，通过激振器4传输到频率接收板，频率接收板8上的磁性颗粒9可形成不同的图案化聚集形态，进而实现多种图案化的纤维收集。
本发明一种图案化静电纺丝装置，其具体操作步骤为：
配置聚合物溶液放置于供液装置1内作为纺丝溶液。开启激振器4，分别调节频率调节器5的频率和振幅到稳定数值，使频率接收板8上的磁性颗粒9跳动聚集形成一个特定的图案，如图2(a)或(b)所示，不同的频率振动下磁性颗粒9聚集的图案便不同，此时在磁性颗粒9聚集的位置，即频率接收板8的下方对应的复位弹簧7会被吸附到频率接收板8底面。启动供液装置1，使纺丝溶液流量一定，并开启高压静电发生器2，施加一定的电压。此时大量的溶液射流沿着磁性颗粒9聚集位置的方向拉伸并沉积在接收网帘3上。
本发明的一个具体实施例，如图1所示，配置10％的聚乙烯醇(PVA)溶液作为纺丝原料放入供液装置内，开启激振器，调节频率调节器的频率为345Hz，振幅为10mm，待频率接收板上的磁性颗粒稳定形成如图2(a)所示的图案时，相应位置的复位弹簧会吸附在频率接收板底面，调节供液装置到接收网帘距离10cm，并开启高压静电发生器，施加15kV的电压。此时从供液装置底部被拉伸成丝的大量纳米纤维沿着电场方向沉积并形成345Hz对应图案的纤维膜。
Claims (9)
1.一种图案化静电纺丝装置，其特征在于：主要包括供液装置、高压静电发生器、接收网帘、激振器、频率调节器、底板、复位弹簧、频率接收板、磁性颗粒及导辊，供液装置针头连接一个高压静电发生器，下方5-30cm处设一块接收网帘，接收网帘通过四个导辊固定并横向移动；接收网帘正下方6-15mm处放置一块频率接收板，频率接收板上铺有一层磁性颗粒，右侧连接激振器和频率调节器，频率接收板下方8-15mm处放置一块底板，板上均匀阵列安装多个复位弹簧，底板接地；频率调节器调节不同的频率，通过激振器传输到频率接收板，频率接收板上的磁性颗粒可形成不同的图案化聚集形态，进而实现多种图案化的纤维收集。
2.根据权利要求1所述的一种图案化静电纺丝装置，其特征在于：磁性颗粒大小均一，直径1-3mm，形状为球体或正方体，材质为带磁性的磁铁，也可为其他密度在5-10g/cm3之间的带磁性轻质金属材料。
3.根据权利要求1所述的一种图案化静电纺丝装置，其特征在于：频率接收板面积比接收网帘稍大，整体材质为不导电高聚物材质，板厚2-5mm，频率接收板四个边安装有高为5-8mm的侧壁。
4.根据权利要求1所述的一种图案化静电纺丝装置，其特征在于：复位弹簧为铁、钴、镍或其合金，复位弹簧直径2-6mm，弹性较好，可被磁性颗粒稳定的吸附在频率接收板底面。
5.根据权利要求1所述的一种图案化静电纺丝装置，其特征在于：接收网帘材质为不导电的纱网或布料，厚1-3mm。
6.根据权利要求1所述的一种图案化静电纺丝装置，其特征在于：导辊为不导电高聚物材质，形状为圆柱体，底面直径20-50mm。
7.根据权利要求1所述的一种图案化静电纺丝装置，其特征在于：激振器最好为电动式，频率可调，振幅范围3～20mm，激振器外壳选用不导电材质。
8.根据权利要求1所述的一种图案化静电纺丝装置，其特征在于：频率调节器的频率调节范围为0-5KHz，振幅可调范围0-20mm。
9.根据权利要求1所述的一种图案化静电纺丝装置，其特征在于：底板面积比频率接收板稍大，材质为导电的金属或合金材质，板厚1-3mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190712 |