CN112376120A - 可控旋转静电纺丝装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种可控旋转静电纺丝装置，包括：储液池，用以放置纺丝溶液；纺丝球体，至少部分纺丝球体浸润在纺丝溶液内，且纺丝球体可相对于储液池旋转；驱动机构，驱动纺丝球体旋转；接收机构，设置在储液池的一侧；供电机构，与储液池电性连接以与接收机构形成静电场；其中，接收机构呈弧形状，且弧形状的接收机构的圆心与纺丝球体的圆心重合或基本重合，其在保证纺丝效率的同时，可提高所纺纳米纤维的取向性和均匀性。

Description

可控旋转静电纺丝装置
技术领域
本发明涉及一种可控旋转静电纺丝装置，属于静电纺丝技术领域。
背景技术
目前，静电纺丝技术因具有操作简便、适用范围广、生产效率相对较高等优点，且纺制出的纳米纤维具有纤维细，比表面积大，孔隙率高等特点，已成为研究的热点。但传统的静电纺丝设备纺丝效率低，限制了纳米纤维的批量生产，因此自由液面纺应运而生。自由液面静电纺丝作为新型的纺丝方法，其纺丝原理是利用高压电场所提供的静电力克服聚合物液面的表面张力，在聚合物液面形成泰勒锥，并进一步形成射流，射流在电场力的作用下被拉细成纳米纤维。然而普通自由液面纺丝虽然能实现批量制备纳米纤维，但也存在射流不稳定，溶液容易凝固，纺丝不均匀，取向性差，以及容易产生资源浪费等缺陷。并且传统的接收装置(如金属网、铝箔等)等接收的纤维均匀性、取向性较差，极大地限制了静电纺纳米纤维在生物医学、增强材料、导电材料等领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可控旋转静电纺丝装置，其在保证纺丝效率的同时，可提高所纺纳米纤维的取向性和均匀性。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可控旋转静电纺丝装置，包括：
储液池，用以放置纺丝溶液；
纺丝球体，至少部分所述纺丝球体浸润在所述纺丝溶液内，且所述纺丝球体可相对于所述储液池旋转；
驱动机构，驱动所述纺丝球体旋转；
接收机构，设置在所述储液池的一侧；
供电机构，与所述储液池电性连接以与所述接收机构形成静电场；
其中，所述接收机构呈弧形状，且弧形状的所述接收机构的圆心与所述纺丝球体的圆心重合或基本重合。
进一步地，弧形状的所述接收机构包括第一导电金属件和第二导电金属件，所述第一导电金属件和所述第二导电金属件平行设置。
进一步地，所述第一导电金属件和所述第二导电金属件的材料为铜、铁、银及金中的任一种。
进一步地，所述纺丝球体设置在所述纺丝溶液中的体积为所述纺丝球体整体体积的一半或接近于一半。
进一步地，所述纺丝球体的材料为导电金属。
进一步地，所述驱动机构为驱动电机。
进一步地，所述驱动机构为丝杠、及与所述丝杠连接且用以将所述丝杠的直线运动转换为旋转运动的传动机构。
进一步地，所述传动机构为齿轮传动。
进一步地，所述可控旋转静电纺丝装置还包括用以为所述储液池供液的供液机构，所述供液机构通过导液管与所述储液池连接。
进一步地，所述储液池的材料为导电金属。
本发明的有益效果在于：通过设置有纺丝球体，纺丝球体在驱动机构的驱动下在纺丝溶液中旋转，进而使得纺丝球体暴露在空气中的表面上的纺丝溶液不断替换更新，防止纺丝溶液在空气中凝固，同时提高纺丝溶液中物质的分散性和溶液均匀性；并且，将接收机构设置成弧形状，弧形状的接收机构的圆心和纺丝球体的圆心重合或基本重合，以保证纺丝球体的表面至弧形状的接收机构的各处距离相等，使得射流能够受到相同条件的牵伸，从而提高纳米纤维的直径分布均匀性和形貌结构的均一性。
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为本申请的可控旋转静电纺丝装置的结构示意图。
图2为图1中的部分结构示意图
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。
请参见图1及图2，本发明的一较佳实施例中的一种可控旋转静电纺丝装置，其能够在保证纺丝效率的同时，有效提高所纺纳米纤维的取向性和均匀性，方便快捷。具体的，可控旋转静电纺丝装置包括用以放置纺丝溶液的储液池3、设置在所述储液池3内的纺丝球体1、驱动所述纺丝球体1旋转的驱动机构2、设置在所述储液池3一侧的接收机构6、及与所述储液池3电性连接以与所述接收机构6形成静电场的供电机构5，值得注意的是，驱动机构2与纺丝球体1连接时，驱动机构2位于储液池3的外侧。在本实施例中，所述供电机构5为高压供电机构5，所述接收机构6接地7，进而与所述储液池3之间形成静电场，以使得纺丝溶液在静电场的作用下被拉伸成射流，最终被接收在所述接收机构6上。相应的，所述储液池3的材料为导电金属，该导电金属可以为铜、铁、银及金中的任一种，亦可以为其他导电金属，本身请在此不做具体限定，根据实际情况而定。诚然，在其他实施例中红，所述供电机构5也可与驱动机构2电性连接，此时，驱动机构2和纺丝球体1的材料皆为导电金属，该导电金属的材料同上述，在此不做赘述。
为了保证最终成型的纳米纤维的有序性及均匀性，在本实施例中，所述接收机构6设置在所述储液池3的上方。诚然，在其他实施例中，所述接收机构6也可设置在所述储液池3的其他方向，例如左前方等，此时，需要在储液池3和接收机构6之间增加导电金属环，以导向纳米纤维的拉伸方向，在此不做具体限定们根据实际情况而定。其中，所述接收机构6呈弧形状，且弧形状的所述接收机构6的圆心与所述纺丝球体1的圆心重合或基本重合。这样设置的目的在于：使得纺丝球体1暴露在外的球面至接收机构6各处的距离相等或几乎相等，从而使得射流尽可能受到相同条件的牵伸，从而提高纳米纤维的直径的分布均匀性和形貌结构均一性。同时，弧形状的接收机构6扩大了接收面积，能够收集到更多的纳米纤维，达到减少浪费资源的效果。
弧形状的所述接收机构6包括第一导电金属件和第二导电金属件，所述第一导电金属件和所述第二导电金属件平行设置，所述第一导电金属件和所述第二导电金属件的材料为铜、铁、银及金中的任一种。即，弧形状的第一导电金属件和第二导电金属件之间形成了平行电极，其可极大提高所纺纳米纤维的取向性和均匀性。
至少部分所述纺丝球体1浸润在所述纺丝溶液内，且所述纺丝球体1可相对于所述储液池3旋转。其中，所述纺丝球体1设置在所述纺丝溶液中的体积为所述纺丝球体1整体体积的一半或接近于一半。这样设置的目的在于：此时，纺丝球体1暴露在外的有效纺丝表面积最大或接近于最大，从而保证纺丝效率。即，在此情况下，能够被接收在所述接收机构6上的纳米纤维最多，当纺丝球体1暴露在外的体积大于其整体体积的一半时，此时，纺丝球体1能够沾染到纺丝溶液的面积也较小，从而降低了纺丝效率；并且，即使纺丝球体1暴露在外的面积上都可以沾染上纺丝溶液，纺丝球体1靠近纺丝液面处的纳米纤维会在其重力作用下落到纺丝液面上，会对后续的纺丝过程造成干扰，造成纺丝效率低下。
驱动机构2可驱动纺丝球体1在纺丝溶液中旋转，使得纺丝球体1暴露在空气中的表面上的纺丝溶液不断替换更新，防止纺丝溶液在空气中凝固，同时提高纺丝溶液中物质的分散性和溶液均匀性。在本实施例中，所述驱动机构2为驱动电机，该驱动电机可为步进电机，可设置步进电机的工作参数，进而保证纺丝球体1的旋转速度可控。诚然，在其他实施例中，所述驱动机构2也可为丝杠、及与所述丝杠连接且用以将所述丝杠的直线运动转换为旋转运动的传动机构，该所述传动机构为齿轮传动，丝杠与齿轮传动的结构为常规结构，且连接方式也是现有技术，故在此不做赘述。
所述可控旋转静电纺丝装置还包括用以为所述储液池3供液的供液机构4，所述供液机构4通过导液管与所述储液池3连接。
综上所述：通过设置有纺丝球体1，纺丝球体1在驱动机构2的驱动下在纺丝溶液中旋转，进而使得纺丝球体1暴露在空气中的表面上的纺丝溶液不断替换更新，防止纺丝溶液在空气中凝固，同时提高纺丝溶液中物质的分散性和溶液均匀性；并且，将接收机构6设置成弧形状，弧形状的接收机构6的圆心和纺丝球体1的圆心重合或基本重合，以保证纺丝球体1的表面至弧形状的接收机构6的各处距离相等，使得射流能够受到相同条件的牵伸，从而提高纳米纤维的直径分布均匀性和形貌结构的均一性。
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 (10)

1.一种可控旋转静电纺丝装置，其特征在于，包括：
储液池，用以放置纺丝溶液；
纺丝球体，至少部分所述纺丝球体浸润在所述纺丝溶液内，且所述纺丝球体可相对于所述储液池旋转；
驱动机构，驱动所述纺丝球体旋转；
接收机构，设置在所述储液池的一侧；
供电机构，与所述储液池电性连接以与所述接收机构形成静电场；
其中，所述接收机构呈弧形状，且弧形状的所述接收机构的圆心与所述纺丝球体的圆心重合或基本重合。
2.如权利要求1所述的可控旋转静电纺丝装置，其特征在于，弧形状的所述接收机构包括第一导电金属件和第二导电金属件，所述第一导电金属件和所述第二导电金属件平行设置。
3.如权利要求2所述的可控旋转静电纺丝装置，其特征在于，所述第一导电金属件和所述第二导电金属件的材料为铜、铁、银及金中的任一种。
4.如权利要求1所述的可控旋转静电纺丝装置，其特征在于，所述纺丝球体设置在所述纺丝溶液中的体积为所述纺丝球体整体体积的一半或接近于一半。
5.如权利要求1所述的可控旋转静电纺丝装置，其特征在于，所述纺丝球体的材料为导电金属。
6.如权利要求1所述的可控旋转静电纺丝装置，其特征在于，所述驱动机构为驱动电机。
7.如权利要求1所述的可控旋转静电纺丝装置，其特征在于，所述驱动机构为丝杠、及与所述丝杠连接且用以将所述丝杠的直线运动转换为旋转运动的传动机构。
8.如权利要求7所述的可控旋转静电纺丝装置，其特征在于，所述传动机构为齿轮传动。
9.如权利要求1所述的可控旋转静电纺丝装置，其特征在于，所述可控旋转静电纺丝装置还包括用以为所述储液池供液的供液机构，所述供液机构通过导液管与所述储液池连接。
10.如权利要求1所述的可控旋转静电纺丝装置，其特征在于，所述储液池的材料为导电金属。
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