CN111328352B - 用于生产聚合纳米纤维的方法、纺制电极和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过聚合物溶液或熔体（5）的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的纺制电极（1），其包含聚合物溶液或熔体（5）的导管（2），所述导管（2）的一个面（6）构成纺制电极（1）的纺制表面（60），或者所述导管（2）在其端部之一处设置有延伸部（20），在所述延伸部（20）上形成纺制电极（1）的向下变圆的或弯曲的纺制表面（60）。该电极的原理在于，在溶液或熔体（5）的导管（2）的内空间中可旋转地安装了螺旋轴（8），所述螺旋轴（8）与导管（2）的内壁一起构成螺旋输送机。螺旋轴（8）延伸，其中其下端部从导管（2）向外，并且在该端部处连接到磁性耦联的毂（9）或者设置有用于连接到磁性耦联的毂（9）的装置。另外，本发明进一步涉及一种用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的设备并且涉及一种用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的方法。

Description

用于生产聚合纳米纤维的方法、纺制电极和设备
技术领域
本发明涉及用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的方法。
本发明还涉及用于使用该方法通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的纺制电极。
另外，本发明涉及配备有至少一个这种纺制电极的通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的设备。
背景技术
现今，存在基于直流（DC）电压的使用的用于通过聚合物溶液或熔体的静电纺制生产聚合纳米纤维的熟知方法。在该方法中，一个极性的DC电压被供应到由管、毛细管或喷嘴形成的至少一个纺制电极，而相反极性的DC电压被供应到布置在一个或多个纺制电极对面的至少一个收集电极（所谓的收集器）。在一些变型中，电极中的一些（或一组电极）可以接地。在任一种情况下，在一个或多个收集电极与一个或多个纺制电极之间创建静电场，所述静电场凭其力作用在通过纺制电极中的腔馈送到该场中的聚合物溶液或熔体上，在聚合物溶液或熔体的表面上形成所谓的泰勒锥（Taylor cones)，聚合纳米纤维随后从所述泰勒锥伸长。然后，聚合纳米纤维由静电场携带朝向一个或多个收集电极，并且通常在与它/它们接触之前，它们被捕获在静态的或移动的收集器（最常见的为纺织织物）的表面上。
CZ专利304137描述了一种用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制生产聚合纳米纤维的方法，在其中使用交流（AC）电压，所述交流电压被供应给一个或多个纺制电极。在该方法中，在纺制电极与电性相反的空气离子和/或气体离子和/或在之前的时刻中形成的电性相反的纳米纤维之间创建电场，所述空气离子和/或气体离子通过周围空气或气体的电离产生在纺制电极附近和/或所述空气离子和/或气体离子从离子源被馈送到纺制电极的附近。由于纺制电极上的AC电压的相位和极性的规律改变，单独的纳米纤维或甚至单独的纳米纤维的不同区段承受相反的电荷，并且因此在由静电力创建之后几乎立刻它们就聚集在一起成为套筒状的形成物，在其中单独的聚合纳米纤维以大约微米的长度分段改变它们的方向，在它们之间形成具有重复接触点的相互密集交错的纳米纤维的不规律网格结构，由此该网格结构能够用于例如覆盖各种表面，包括螺纹等。
此外，CZ PV 2015-928公开了一种用于使用AC电压通过聚合物溶液或熔体的电纺制生产聚合纳米纤维的方法，在其中聚合物溶液或熔体的剩余物被馈送到形成在毛细管状的纺制电极的延伸面上的纺制表面，由此溶液或熔体的部分被纺制并且残余溶液或熔体洗涤纺制电极的纺制表面，并且，在重力的作用下，其向下流动在邻接的收集表面上，在所述收集表面上纺制不再发生。由于此，不存在未纺制溶液或聚合物熔体的固化残留物或被卡在纺制电极的纺制表面上的在之前的纺制操作期间形成的纳米纤维，并且因此纺制过程能够在基本上无限制的时间内以不改变的强度发生。
另外，CZ PV 2015-928还描述了针对上述电纺制方法提出的具有延伸面的纺制电极的若干实施例，其共同特征是围绕聚合物溶液或熔体的导管的口部的至少一部分形成纺制表面，所述纺制表面在导管的口部下方向下变圆。
使用AC电压用于电纺制但是也使用DC电压用于静电纺制的当代熟知方法以及旨在用于这些纺制方法的纺制电极的缺点首先是纺制电极与溶液或聚合物熔体的贮存器完全分离并且用于纺制的材料通过由软管或管形成的导管馈送的事实。这种布置不仅增加了所有时间必须在纺制设备中可获得的聚合物溶液或熔体的体积以及它们的输送所需的压力，而且增加了最终不被纺制的聚合物溶液或熔体的体积，这在一些聚合物的情况下大大增加了纳米纤维的制备成本。另一个缺点是以下事实：较大体积的聚合物溶液或熔体通常也具有较大表面面积或较大的溶液/熔体与管和软管的壁之间的界面面积，这可能导致聚合物溶液或熔体的较快固化，或换句话说，聚合物溶液或熔体的降解——这在溶液的情况下是由溶剂的较快蒸发引起的且在熔体的情况下是通过其较快冷却导致的。这些缺点中的一些已经由从CZ 299216已知的设备部分地解决，但是这是建设性和功能性上非常复杂的解决方案，并且因此完全不适合于工业用途。
此外，现有的静电纺制设备或静电纺制设备的非常显著的缺点是以下事实：为了将溶液或聚合物熔体从贮存器输送到纺制电极的纺制表面，通常使用蠕动泵，导致在纺制电极的纺制表面上的溶液或聚合物熔体流的脉动（pulsation），其由于当前存在于纺制表面上的溶液或熔体的体积的改变，溶液或熔体水平的移动和其形状上的改变显著地恶化了纺制过程的均匀性和被形成的纳米纤维的均匀性。
因此，本发明的目的是提出一种用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的纺制电极、装备有至少一个这种纺制电极的用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的设备以及用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的方法，其将不遭受上述缺点并且将允许聚合物溶液或熔体的静电纺制和静电纺制二者的潜能的完全使用。
发明内容
本发明的目标通过一种用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的纺制电极实现，所述纺制电极包含聚合物溶液或熔体的导管，所述导管的一个面构成纺制电极的纺制表面或所述导管在其端部之一处设置有延伸部，在所述延伸部上形成纺制电极的向下变圆的或弯曲的纺制表面，其原理在于：在纺制电极的聚合物溶液或熔体的导管的内部中可旋转地安装有螺旋轴。螺旋轴与导管的内壁一起构成螺旋输送机。此外，螺旋轴通过其下端部从导管向外突出，并且在该端部处连接到磁性耦联（magneticcoupling）的毂或者设置有用于连接到磁性耦联的毂的装置。
为了避免螺旋轴干扰纺制过程，如果情况如下是有利的：螺旋轴至少由纺制电极的聚合物溶液或熔体的导管的内直径终止在该导管的端部下方。
为了提高纺制过程的性能，聚合物溶液或熔体的导管可以是分支的，由此其分支的面形成纺制电极的纺制表面和/或这些分支在它们的端部处设置有延伸部，在所述延伸部上布置了纺制电极的纺制表面。
另外，本发明的目的还通过一种用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的设备实现，所述设备包含聚合物溶液或熔体的至少一个贮存器和至少一个包含聚合物溶液或熔体的导管的纺制电极，所述导管的一个面构成纺制电极的纺制表面，或者所述导管在一个端部处设置有延伸部，在所述延伸部上布置了纺制电极的纺制表面，由此聚合物溶液或熔体的导管的内部与聚合物溶液或熔体的贮存器互连，其原理在于：纺制电极的聚合物溶液或熔体的导管延伸，其中其下端部进入聚合物溶液或熔体的贮存器中，并且其中其上端部突出到所述贮存器上方，并且螺旋轴围绕其纵向轴线可旋转地安装在聚合物溶液或熔体的导管的内部中。螺旋轴与聚合物溶液或熔体的导管的内壁一起构成螺旋输送机。螺旋轴凭借磁性耦联连接到螺旋轴的驱动器，由此螺旋轴所连接到的磁性耦联的一个毂被布置在聚合物溶液或熔体的贮存器中，而另一个毂被布置在该贮存器之外。螺旋轴的驱动器与聚合物溶液或熔体的贮存器电分离。
如果情况如下是有利的：为了驱动器与聚合物溶液或熔体的贮存器的电分离，使用了绝缘插入件或空气间隙，绝缘插入件由诸如塑料的不导电材料制成。万一出现需要，绝缘插入件可以凭借带驱动器连接到螺旋轴。
收集槽优选地围绕聚合物溶液或熔体的导管的圆周的至少一部分设置在聚合物溶液或熔体的贮存器的外表面上。收集槽和贮存器的内空间通过至少一个通孔互连。该槽收集未纺制的聚合物溶液或熔体并将其带回聚合物溶液或熔体贮存器。
纺制电极的聚合物溶液或熔体的导管可以是分离的，通过聚合物溶液或熔体的贮存器的盖或壁通入其内空间的，或者其可以被配置为贮存器的整体的部分。
为了防止螺旋轴干扰纺制过程，如果情况如下是有利的：螺旋轴由至少纺制电极的聚合物溶液或熔体的导管的内直径的值终止在该导管的端部下方。
为了提高纺制的性能，聚合物溶液或熔体的导管可以是分支的，由此其分支的面构成纺制电极的纺制表面，和/或这些分支在它们的端部处设置有延伸部，在所述延伸部上布置了纺制电极的纺制表面。出于相同的原因，多于一个纺制电极的聚合物溶液或熔体的导管可以进入溶液或聚合物熔体的一个贮存器的内空间。
本发明的目的进一步通过一种用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的方法实现，在其中聚合物溶液或熔体通过聚合物溶液或熔体的导管从聚合物溶液或熔体的贮存器馈送到纺制电极的纺制表面，所述纺制表面由导管的面形成或者所述纺制表面形成在布置在导管的端部处的延伸部上，由此AC或DC电压被供应到纺制电极和/或被供应到聚合物溶液或熔体，并且聚合物溶液或熔体从纺制电极的纺制表面被纺制，其原理在于：聚合物溶液或熔体通过布置在聚合物溶液或熔体的导管的内空间中的旋转螺旋轴的动作馈送到纺制电极的纺制表面。螺旋轴与导管的内壁形成螺旋输送机。聚合物溶液或熔体的剩余物通过螺旋输送机被馈送到纺制表面，并且未纺制的聚合物溶液或熔体洗涤纺制电极的纺制表面，于是在重力作用下，其在聚合物溶液或熔体的导管的外表面上的收集表面上向下流动，由此没有进一步的电纺制过程在该收集表面上发生。
然后优选地将来自聚合物溶液或熔体的导管的外表面的聚合物溶液或熔体捕获在收集槽中，聚合物溶液或熔体从所述收集槽通过至少一个通孔返回到聚合物溶液或熔体的贮存器中。
附图说明
在附图中，图1示意性地示出了根据本发明的用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的设备的第一示例性变型的横截面，图2示出了该设备的第二示例性变型的横截面，图3示出了通过根据本发明的方法由聚乙烯醇缩丁醛制备的纳米纤维在3000x放大倍数下的SEM图像，图4示出了通过根据本发明的方法由聚乙烯醇制备的纳米纤维在3000x放大倍数下的SEM图像，以及图5为通过根据本发明的方法由聚酰胺6制备的纳米纤维在5000x放大倍数下的SEM图像。
具体实施方式
本发明的原理将参考在图1和图2中示意性地表示的用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制来生产聚合纳米纤维的设备的两个示例性实施例进行解释。在图1中示出的实施例基于包含由管组成的聚合物溶液或熔体的导管的熟知纺制电极的使用，所述导管的一个面构成纺制电极的纺制表面；在图2中示出的实施例基于在CZ PV 2015-928中公开的包含由管组成的聚合物溶液或熔体的导管的纺制电极的使用，所述导管在其端部之一处设置有延伸部，在所述延伸部上形成纺制电极的向下变圆的纺制表面。然而，明显的是，该原理也可适用于用于使用交流（AC）或直流（DC）电压的聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制的其他类型的设备，其设置有包含聚合物溶液或熔体的导管的纺制电极，所述聚合物溶液或熔体的导管为管、毛细管或类似的长形中空主体的形式，而不管其横截面的形状或大小，或不管纺制表面的形状或大小。
在图1中示意性地表示的根据本发明的用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制生产聚合纳米纤维的设备包含纺制电极1，所述纺制电极1包含由管形成的聚合物溶液或熔体5的导管2。导管2安装在聚合物溶液或熔体5的贮存器4的盖3中，并且垂直向上取向，其中其下端部延伸到贮存器4中被包含在所述贮存器4中的聚合物溶液或熔体5的表面下方，并且其中其上端部突出到贮存器4上方。在实施例的图示的示例中，该端部的面的表面6构成纺制电极1的纺制表面60，所述纺制表面60具有环形形状。
在纺制电极1的聚合物溶液或熔体5的导管2的内空间中，螺旋轴8围绕其纵向轴线可旋转地安装，所述纵向轴线优选地与该内空间的纵向轴线7相同。螺旋轴8与导管2的内壁一起形成螺旋输送机。螺旋轴8的下端部从聚合物溶液或熔体5的导管2的内部向外延伸，并且优选地可拆卸地连接到磁性耦联的毂9，毂9被布置在聚合物溶液或熔体5的贮存器4的内部中。在其下面的实施例的图示的示例中，磁性耦联的第二毂10布置在贮存器4之外，并且凭借由非导电材料（优选地，塑料）制成的绝缘插入件11连接到驱动器12（例如电马达）。以这种方式，驱动器12与聚合物溶液或熔体5的贮存器4电分离。在未示出的实施例中，能够使用不同的已知元件（例如充分大的空气间隙等）来分离它。
纺制电极1的聚合物溶液或熔体5的导管2可拆卸地或不可拆卸地安装在聚合物溶液或熔体5的贮存器4的盖3中。盖3围绕其圆周设置有收集槽14，所述收集槽14凭借至少一个通孔15（由虚线指示）连接到贮存器4的内空间。此外，在图示的变型中，盖3还设置有用于将纺制电极1连接到未图示的AC或DC电压源的连接器16和/或槽。在实施例的其他未图示的变型中，该连接通过其他已知的装置实现，或者通过不同地安装的其他已知的装置实现，或者，备选地，盖3或贮存器4的另一部分可以设置有接触件，所述接触件延伸到在贮存器4中的聚合物溶液或熔体5（参见，例如，在图2中示出的变型）并且所述接触件用于将DC或AC电压直接供应到聚合物溶液或熔体5。
图2示意性地表示根据本发明的用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制生产聚合纳米纤维的设备的变型，其包含从CZ PV 2015-928已知的纺制电极1，所述纺制电极1包含由管组成的聚合物溶液或熔体5的导管2，所述导管2在其端部之一处设置有圆锥形延伸部20。围绕圆锥形延伸部20的圆周形成纺制电极1的向下变圆的纺制表面60，向下取向的收集表面连接到所述纺制表面60用于未纺制的聚合物溶液或熔体5的移除，所述未纺制的聚合物溶液或熔体5由聚合物溶液或熔体5的导管2的外表面形成。延伸部20是聚合物溶液或熔体5的导管2的整体的部分，或者其由优选地可拆卸地连接到导管2的主体形成。这种构造使得有可能由于较大的纺制表面60而生产较大量的聚合纳米纤维，它们中的大部分在相同的条件下形成——即，在电场的相同部分中并在相同强度下形成，或者换句话说，在聚合物溶液或熔体5上的该场的力作用的相同程度下形成。由于此，通过使用该纺制电极1生产的纳米纤维具有非常相似的参数（特别是直径），或这些参数的较低方差。
如在图1中示出的实施例的变型中那样，螺旋轴8安装在纺制电极1的聚合物溶液或熔体5的导管2的内部中，并且围绕其纵向轴线可旋转，所述纵向轴线优选地与该内空间的纵向轴线7相同，由此螺旋轴8与导管2的内壁一起构成螺旋输送机。螺旋轴8的下端部从聚合物溶液或熔体5的导管2的内部向外延伸，并且优选地可拆卸地连接到磁性耦联的毂9，毂9被布置在聚合物溶液或熔体5的贮存器4的内部中。磁性耦联的第二毂10则布置在贮存器4之外，在贮存器4下方示出的导管的变型中，在优选地由诸如塑料的非导电材料制成的插入件11上，所述插入件11凭借带驱动器100耦联至驱动器12（例如，电马达）。以这种方式，驱动器12与包含聚合物溶液或熔体5的贮存器4电分离。在未示出的实施例中，能够使用不同的已知元件（诸如充分大的空气间隙等）来分离它。
纺制电极1的聚合物溶液或熔体5的导管2可拆卸地或不可拆卸地安装在聚合物溶液或熔体5的贮存器4的盖3中。另外，盖3围绕其圆周设置有收集槽14，所述收集槽14凭借两个通孔15连接到贮存器4的内空间。另外，在实施例的图示的变型中盖3还设置有槽和接触件17，所述接触件17延伸到在贮存器4中的聚合物溶液或熔体5中，并且所述接触件17用来将聚合物溶液或熔体连接到AC和DC电压源（未示出）。在未示出的其他实施例中，该连接通过其他已知的装置实现，或以其他方式安装；备选地，盖3可以设置有将纺制电极1的导管2连接到AC或DC电压源的装置（参见，例如，在图1中示出的变型）。
布置在纺制电极1的聚合物溶液或熔体5的导管2的内部中的螺旋轴8能够由任何材料（不导电的和导电的）制成。在任一种情况下，如果情况如下是有利的：纺制电极1的聚合物溶液或熔体5的导管2由至少内直径的值终止在导管的端部下方，以便不因其存在干扰纺制过程。其在纺制期间的旋转的速度（参见下文）优选地为25至400rpm，具有优选地为5至20mm的节距（pitch）；然而，取决于被纺制的聚合物溶液或熔体5的性质，这些参数中的任何一个可在以上范围之外。
用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制生产聚合纳米纤维的设备的上述变型仅作为为了更好地理解本发明的原理的示例进行描述。在实施例的其他变型中，纺制电极1的聚合物溶液或熔体5的导管2可以以其他方式安装在聚合物溶液或熔体5的贮存器4中——而不是安装在贮存器4的盖3中，其可以例如安装在贮存器4的壁中的任何一个中，或者，备选地，它甚至可以是贮存器4的整体的部分。万一出现需要，纺制电极1的导管2可以以除了垂直以外的其他方式取向，例如，倾斜地向上等。在所有变型中，如果情况如下是有利的：收集槽14围绕导管2的圆周的至少一部分形成在聚合物溶液或熔体5的贮存器4的外表面上，收集槽14凭借至少一个通孔15连接到聚合物溶液或熔体的贮存器4的内空间。
为了实现纺制过程的更高的性能，还可能将聚合物溶液或熔体5的一个贮存器4与更多的纺制电极1关联，所述纺制电极1的聚合物溶液或熔体5的导管2延伸到其内空间中低于储存在其中的聚合物溶液或熔体5的水平，或者，备选地，有可能将聚合物溶液或熔体5的导管2分成分支并给其分配多个纺制表面60，所述纺制表面60由分支的面6组成和/或形成在它们的延伸部20上等。
优选地，但非必要地，聚合物溶液或熔体5的贮存器4安装在合适的框架或壳体上/中。如果情况如下是有利的：该框架/壳体设置有至少一个调节元件（未示出），例如调节螺钉13，以将纺制电极1的纺制表面60稳定在水平位置中，在所述水平位置其用聚合物溶液或熔体5均匀地洗涤（参见下面的描述），并且同时，纺制过程更加均匀。
在通过根据本发明的方法生产纳米纤维期间，驱动器12凭借由毂9和10组成的磁性耦联驱动螺旋轴8，所述螺旋轴8在旋转时将聚合物溶液或熔体5通过聚合物溶液或熔体的导管2从贮存器4输送到纺制电极1的一个或多个纺制表面60，在所述一个或多个纺制表面60其以熟知的方式进行纺制。馈送到纺制电极1的一个或多个纺制表面60的聚合物溶液或熔体5的量大于在给定条件下能够被纺制的量，并且未纺制的聚合物溶液或熔体5的剩余物洗涤纺制电极1的一个或多个纺制表面60，归因于这点，不存在固化的溶液或聚合物熔体以及在一个或多个纺制表面60上的纳米纤维的不想要的粘附，这确保了从相应的一个或多个纺制表面60的纺制能够在基本上无限制的时间段以相同或基本上不改变的强度发生。该聚合物溶液或熔体5的剩余物通过重力作用在纺制电极1的聚合物溶液或熔体5的导管2的外表面上面向下流动到收集槽14中，并且通过至少一个通孔15，其从收集槽14返回到贮存器4，在所述贮存器4中，由于磁性耦联毂的旋转，所述聚合物溶液或熔体5的剩余物与储存的聚合物溶液或熔体5混合。如果必要，调节聚合物溶液的浓度或加热聚合物熔体，或者备选地，将至少一种合适的混合物添加到聚合物溶液或熔体中，并且聚合物溶液或熔体5再次通过聚合物溶液或熔体5的导管2返回到纺制电极1的一个或多个纺制表面60。聚合物溶液或熔体5的进一步的均匀化由于也在聚合物溶液或熔体5的导管2的内空间中的螺旋轴8的旋转而发生，这使得能够（如果适合）将一种或多种混合物（诸如金属，低分子物质等，例如从CZ专利300797的意义上说，或这样的一种混合物或这样的多种混合物的前体）在导管2的内空间中直接添加到聚合物溶液或熔体5。
用于聚合物溶液或熔体5的电纺制的该方法因此减少了必须储存在贮存器4中的聚合物溶液或熔体5的量，以及最终未被纺制的聚合物溶液或熔体5的量。另外，螺旋输送机提供向纺制电极1的一个或多个纺制表面60的聚合物溶液或熔体5的恒定递送，而没有脉动，由此进一步助于纺制过程的高均匀性以及被形成的纳米纤维的高均匀性。
为了增加在贮存器4中的聚合物溶液或熔体5的混合强度，容纳在贮存器4中的磁体耦联的毂9以及（如果适合）还有螺旋轴8的从聚合物溶液或熔体5的导管2向外突出的部分可以设置有至少一个合适的插入件或突出部。
然而，如果期望，聚合物溶液或熔体5能够从收集表面排出到废物中。
在以下示例中，为了清楚起见，更详细地描述了根据本发明的纺制电极1的示例性实施例和用于执行根据本发明的用于通过溶液或熔体5的电纺制生产聚合纳米纤维的方法的示例性变型。如明显的，这些实施例仅用于阐示性目的，并且不限制本发明的适用性。
示例1
纺制电极1包含由具有8mm的内直径和10mm的外直径的200mm长的不锈钢管组成的聚合物溶液或熔体5的导管2，所述导管2在其上端部由在其最宽点处具有25mm的宽度的锥形延伸部20形成的工作部分终止。安装在导管2的内部中的是具有6mm的直径和10mm的节距的螺旋轴8，所述螺旋轴8通过导管的整个长度并且终止在其上端部下方8mm。
纺制电极1的聚合物溶液或熔体5的导管2垂直地安装在聚合物溶液或熔体5的贮存器4的盖3中，所述贮存器4由具有400ml的体积并且在其中存储有在乙醇中的10%的聚乙烯醇缩丁醛溶液的标准玻璃烧杯形成。
经由连接器16，导管2被连接到AC电压源，从所述AC电压源将33000V和50Hz频率的AC电压馈送到导管2。
纺制电极1的纺制表面60与圆柱形收集器的距离为20cm。
在纺制期间，螺旋轴8以300至400rpm（典型地为375rpm）的速度旋转，以20ml/min的速率将聚乙烯醇缩丁醛溶液递送到纺制电极1的纺制表面60。
纺制发生3小时以生产具有250至1200nm的直径的聚乙烯醇缩丁醛纳米纤维，其SEM图像在图3中以3000x放大倍数示出。
示例2
纺制电极1包含由具有8mm的内直径和10mm的外直径的200mm长的不锈钢管组成的聚合物溶液或熔体5的导管2，所述导管2在其上端部由在其最宽点处具有25mm的宽度的锥形延伸部20形成的工作部分终止。安装在导管2的内部中的是具有6mm的直径和10mm的节距的螺旋轴8，所述螺旋轴8通过导管的整个长度并且终止在其上端部下方8mm。
纺制电极1的聚合物溶液或熔体5的导管2垂直地安装在聚合物溶液或熔体5的贮存器4的盖3中，所述贮存器4由具有400ml的体积并且在其中放置有在水中的12%的聚乙烯醇溶液的标准玻璃烧杯形成。
经由连接器16，导管2被连接到AC电压源，从所述AC电压源将35000V和100Hz频率的AC电压馈送到导管2。
纺制电极1的纺制表面60与圆柱形收集器的距离为20cm。
在纺制期间，螺旋轴8以300至400rpm（典型地为375rpm）的速度旋转，以20ml/min的速率将聚乙烯醇溶液递送到纺制电极1的纺制表面60。
纺制发生1小时以生产具有250至1200nm的直径的聚乙烯醇纳米纤维，其SEM图像在图4中以3000x放大倍数示出。
示例3
纺制电极1包含由具有8mm的内直径和10mm的外直径的200mm长的不锈钢管组成的聚合物溶液或熔体5的导管2，所述导管2在其上端部由在其最宽点处具有25mm的宽度的锥形延伸部20形成的工作部分终止。安装在导管2的内部中的是具有6mm的直径和10mm的节距的螺旋轴8，所述螺旋轴8通过导管的整个长度并且终止在其上端部下方8mm。
纺制电极1的聚合物溶液或熔体5的导管2垂直地安装在聚合物溶液或熔体5的贮存器4的盖3中，所述贮存器4由具有400ml的体积并且在其中存储有在甲酸和醋酸（以1:1的相互比）的混合物中的10%的聚酰胺6（PA6）溶液的标准玻璃烧杯形成。
凭借连接器16，导管2被连接到AC电压源，从所述AC电压源将31000V和50Hz频率的AC电压馈送到导管2。
纺制电极1的纺制表面60与圆柱形收集器的距离为15cm。
在纺制期间，螺旋轴8以300至400rpm（典型地为375rpm）的速度旋转，以20ml/min的速率将聚酰胺6溶液递送到纺制电极1的纺制表面60。
纺制发生3小时以生产具有250至1200nm的直径的聚酰胺6纳米纤维，其SEM图像在图5中以5000x放大倍数示出。
编号列表
1 纺制电极
2 聚合物溶液或熔体的导管
20 聚合物溶液或熔体的导管的延伸部
3 聚合物溶液或熔体的贮存器的盖
4 聚合物溶液或熔体的贮存器
5 聚合物溶液或熔体
6 聚合物溶液或熔体的导管的面
60 纺制电极的纺制表面
7 聚合物溶液或熔体的导管的内空间的纵向轴线
8 螺旋轴
9 磁性耦联的毂
10 磁性耦联毂的毂
100 带驱动器
11 绝缘插入件
12 螺旋轴的驱动器
13 调节螺钉
14 收集槽
15 通孔
16 连接器
17 接触件

Claims (15)

1.一种用于通过聚合物溶液或熔体（5）的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的纺制电极（1），其包含所述聚合物溶液或熔体（5）的导管（2），所述导管（2）的一个面（6）构成纺制电极（1）的纺制表面（60）或所述导管（2）在其端部之一处设置有延伸部（20），在所述延伸部（20）上形成所述纺制电极（1）的向下变圆的或弯曲的纺制表面（60），其特征在于，在所述纺制电极（1）的所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）的内空间中可旋转地安装了螺旋轴（8），所述螺旋轴（8）与所述导管（2）的内壁一起构成螺旋输送机，由此所述螺旋轴（8）以其下端部从所述导管（2）向外突出，并且在其所述下端部处连接到磁性耦联的毂（9）或者设置有用于连接到磁性耦联的毂（9）的装置。
2.根据权利要求1所述的纺制电极，其特征在于，所述螺旋轴（8）至少以所述纺制电极（1）的所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）的内直径的值终止在该导管（2）的上端部下方。
3.根据权利要求1或2所述的纺制电极，其特征在于，所述聚合物溶液或熔体的所述导管（2）是分支的，并且其分支的所述面（6）构成所述纺制电极（1）的所述纺制表面（60）和/或这些分支在它们的端部处设置有延伸部（20），在所述延伸部（20）上布置了所述纺制电极（1）的所述纺制表面（60）。
4.一种用于通过聚合物溶液或熔体（5）的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的设备，其包含所述聚合物溶液或熔体（5）的至少一个贮存器（4）和至少一个纺制电极（1），所述纺制电极（1）包含所述聚合物溶液或熔体（5）的导管（2），所述导管（2）的一个面（6）构成所述纺制电极（1）的纺制表面（60），或者所述导管（2）在其端部之一处设置有延伸部（20），在所述延伸部（20）上形成所述纺制电极（1）的所述纺制表面（60），由此所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）的内空间和所述聚合物溶液或熔体（5）的所述贮存器（4）互连，其特征在于，所述纺制电极（1）的所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）延伸，其中其下端部进入聚合物溶液或熔体（5）的所述贮存器（4）中，并且其中其上端部突出到所述贮存器（4）上方，并且螺旋轴（8）围绕其纵向轴线可旋转地安装在所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）的所述内空间中，所述螺旋轴（8）与所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）的内壁构成螺旋输送机，由此所述螺旋轴（8）凭借磁性耦联，由此连接到所述螺旋轴（8）的所述磁性耦联的一个毂（9）被布置在所述聚合物溶液或熔体（5）的所述贮存器（4）中，而其另一个毂（10）被布置在所述贮存器之外，被连接到所述螺旋轴（8）的驱动器（12），所述驱动器（12）与聚合物溶液或熔体（5）的所述贮存器（4）电分离。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述螺旋轴（8）的所述驱动器（12）通过绝缘插入件（11）与所述聚合物溶液或熔体（5）的所述贮存器（4）电分离，由此所述磁性耦联的所述毂（10）被安装在所述绝缘插入件（11）的一个端部处，其相对的端部被连接到所述驱动器（12）。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述绝缘插入件（11）和所述螺旋轴（8）的所述驱动器（12）凭借带驱动器（100）互连。
7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，收集槽（14）围绕所述聚合物溶液或熔体的所述导管（2）的圆周的至少一部分形成在所述聚合物溶液或熔体（5）的所述贮存器（4）的外表面上，所述收集槽（14）至少通过一个通孔（15）连接到所述贮存器（4）的内空间。
8.根据权利要求4或7所述的设备，其特征在于，所述纺制电极（1）的所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）是包含所述聚合物溶液或熔体（5）的所述贮存器（4）的整体的部分。
9.根据权利要求4或7所述的设备，其特征在于，所述纺制电极（1）的所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）通过所述聚合物溶液或熔体（5）的所述贮存器（4）的盖（3）或壁。
10.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述螺旋轴（8）至少以所述纺制电极（1）的所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）的内部直径的值终止在所述导管（2）的上端部下方。
11.根据权利要求4或7所述的设备，其特征在于，所述纺制电极（1）的所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）是分支的，并且其分支的面（6）构成所述纺制电极（1）的所述纺制表面（60）和/或这些分支在它们的端部处设置有延伸部（20），在所述延伸部（20）上形成所述纺制电极（1）的向下变圆的或弯曲的纺制表面（60）。
12.根据权利要求4或7所述的设备，其特征在于，所述聚合物溶液或熔体（5）的所述贮存器（4）设置有用于将所述聚合物溶液或熔体（5）和/或所述纺制电极（1）的所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）连接到AC或DC电压源的装置。
13.根据权利要求4至7中任一项所述的设备，其特征在于，至少两个纺制电极的所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）延伸，其中其下端部进入所述聚合物溶液或熔体的所述贮存器（4）中。
14.一种用于通过聚合物溶液或熔体（5）的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的方法，在其中所述聚合物溶液或熔体（5）通过所述聚合物溶液或熔体（5）的导管（2）从所述聚合物溶液或熔体（5）的贮存器（4）馈送到纺制电极（1）的纺制表面（60），所述纺制表面（60）由所述导管（2）的面（6）形成或者所述纺制表面（60）形成在布置在所述导管（2）的端部处的延伸部（20）上，由此AC或DC电压被供应到所述纺制电极（1）和/或被供应到所述聚合物溶液或熔体（5），并且所述聚合物溶液或熔体（5）从所述纺制电极（1）的所述纺制表面（60）被纺制，其特征在于，所述聚合物溶液或熔体（5）通过安装在所述纺制电极（1）的所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）的内空间中的旋转螺旋轴（8）的动作馈送到所述纺制电极（1）的所述纺制表面（60），所述螺旋轴（8）与该导管（2）的内壁一起构成螺旋输送机，由此聚合物溶液或熔体（5）的剩余物被馈送到所述纺制表面（60），并且未纺制的聚合物溶液或熔体（5）洗涤所述纺制电极（1）的所述纺制表面（60），于是在重力作用下，其向下流动到在所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）的外表面上的邻接收集表面上，而没有任何进一步的纺制过程在该收集表面上发生。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，来自所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）的所述外表面的所述聚合物溶液或熔体（5）被捕获在收集槽（14）中，所述聚合物溶液或熔体（5）从所述收集槽（14）通过至少一个通孔（15）返回到所述聚合物溶液或熔体（5）的所述贮存器（4）。
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