CN113710835B - 用于形成取向纤维的静电纺丝设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于形成取向纤维的纺丝装置(1)，该装置(1)包括用于从其尖端喷射用于形成纤维的材料(P)的喷嘴(12)，电极(14A、14B)，用于在其上接收纤维(NF)的基材(S)，以及第一电绝缘构件(15A)和第二电绝缘构件(15B)，其中喷嘴(12)的尖端位于第一电绝缘构件(15A)和第二电绝缘构件(15B)之间。

Description

用于形成取向纤维的静电纺丝设备和方法

技术领域

本发明总体上涉及纺丝，例如静电纺丝。更具体地，但不排他地，本发明涉及一种用于使纺丝(例如电纺丝熔体、溶液、凝胶、悬浮液)纤维取向的设备、一种用于使纺丝纤维取向的方法以及包含所述纤维的产品。

背景技术

存在许多用于形成纤维的方法。一种这样的方法是静电纺丝，其是用于从包括聚合物溶液和熔体的各种材料生产微纤维和纳米纤维的通用方法。含有取向纤维(例如微纤维或纳米纤维)的纤维毡可用于许多应用，包括气体过滤器、化学气体传感器、电极、分离膜、锂离子电池、用于组织工程的支架、增强复合材料、催化载体和光电设备。

在典型的静电纺丝工艺中，在导电喷嘴和电极之间施加高电势差，例如几千伏。纤维由液体形成，例如聚合物溶液或熔体，其储存在储存器中以通过喷嘴递送。

在使用中，喷嘴喷射储存在储存器中的液体的悬垂液滴。暴露于电场导致液体的液滴的形状由于其表面张力的变化而变形。随着液滴变形，液体变得带电，并且静电排斥抵消表面张力以拉伸液滴(称为泰勒锥)。在临界点处，液体流从液滴的表面喷出以形成液体射流。溶剂能够从液体射流中挥发，导致其粘度变化。当发生这种情况时，在带电射流内部产生的库仑力导致液体射流在“搅打过程”中弯曲和旋转，这导致液体射流伸长。以这种方式，纤维的直径减小到微米或纳米级。然后将所得纤维以随机取向沉积在电极上以形成非织造纤维毡。

期望能够控制纤维沉积到靶电极上的位置，例如取向。已知表现出更大程度取向的纤维毡在各种应用中具有增强的性质。例如，已知取向的纳米纤维可以提高性能，例如化学传感器中的灵敏度和燃料电池膜中的电导率。此外，已知的是，与随机排列相比，当纤维取向时，以及当纤维毡的均匀性增加时，复合材料的机械强度可以得到改善。

已经提出了几种解决方案来寻求在静电纺丝工艺中控制沉积纤维的取向。例如，已经建议的一种方法是使用旋转心轴。Nguyen等人，EuropeanPolymer J.77；54-64(2016)和US2011/264235各自描述了在静电纺丝工艺中生产取向纤维，其中使用旋转滚筒作为收集器。然而，这种方法具有相对复杂的设置，并且取向的纤维毡的宽度和长度受到旋转收集滚筒的尺寸的限制。此外，许多提出的现有技术方法需要额外的将一旦已经在静电纺丝工艺中制造的纤维毡转移到第二基材上的步骤。

在静电纺丝工艺中控制纤维定向的另一种方法描述于Matthias ML Arras等人，Sci.Technol.Adv.Mater.13；035008(2012)。图1中描述的设备包括喷嘴、用于接收基材的靶电极和以面对关系定位在靶电极上方的一对辅助平行板电极。该对辅助平行板电极为静电纺丝射流提供对称电场。该出版物描述了靶电极是如何固定接地的碳纤维板或可旋转的铝圆筒。在所有示例中，纤维的至少一部分在垂直于板状电极的定向上取向。如将理解的，这种方法的限制是纤维毡的长度限于电极之间的距离和/或靶电极的宽度。

因此，制造包括所需长度的取向纤维(例如微纤维或纳米纤维)的纤维毡仍然是一个挑战。

US2018/0015423A1公开了一种静电纺丝图案形成设备，其包括双绝缘块以在特定方向上准取向纳米纤维。可以通过将集电器旋转90度以转换电场来改变取向方向。双绝缘块体呈平行关系，并且具有范围为1cm至6cm的间隔。双绝缘块的顶表面与喷嘴尖端之间的间隔范围为2cm至5cm，并且纳米纤维直接沉积到对电极上。

发明内容

因此，本发明的第一非排他性目的是提供一种纺丝设备，例如静电纺丝设备，其用于制造纤维毡的方法中，所述纤维毡包括具有所需长度的纵向取向的纤维，例如微纤维或纳米纤维。

因此，本发明的第一方面提供了一种用于形成取向纤维的纺丝设备，例如静电纺丝设备，该设备包括用于从其尖端喷射用于形成纤维的材料的喷嘴，电极，用于在其上接收纤维的基材、以及第一电绝缘构件和第二电绝缘构件，其中喷嘴的尖端位于第一电绝缘构件和第二电绝缘构件之间。

有利地，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件用于使纤维以高度取向沉积在基材上。

优选地，基材包括电绝缘材料或由电绝缘材料形成。

有利地，包含电绝缘材料或由电绝缘材料形成的基材提供了收集沉积的纳米纤维的手段。这使得取向的纳米纤维能够容易地从纺丝设备中完整无缺地收集或取出。

本发明的另一方面提供了一种用于形成取向纤维的纺丝设备，例如静电纺丝设备，该设备包括用于从其尖端喷射用于形成纤维的材料的喷嘴，电极，用于在其上接收纤维的基材，以及第一电绝缘构件和第二电绝缘构件，其中基材包括电绝缘材料。

优选地，喷嘴的尖端位于第一电绝缘构件和第二电绝缘构件之间。

在操作中，该设备将纤维(例如纳米纤维)沉积到基材上，沉积的纤维(例如纳米纤维)相对于基材纵向取向。

尽管我们不希望或不打算受特定理论的束缚，但是我们相信第一电绝缘构件和第二电绝缘构件干扰在喷嘴尖端和纺丝设备的电极之间产生的电场线，以控制用于形成纤维的喷射材料的沉积。

喷嘴尖端位于第一电绝缘构件和第二电绝缘构件之间，即，喷嘴的尖端与基材间隔开一定距离，使得第一绝缘构件和第二绝缘构件位于喷嘴尖端的横向(任一侧)。已经令人惊讶地发现，以这种方式定位喷嘴尖端使得纤维能够以更大的取向程度沉积到基材上。

喷嘴尖端在第一电绝缘构件和第二电绝缘构件的最上边缘的平面下方。已经令人惊讶地发现，以这种方式定位喷嘴尖端使得纤维能够以甚至更大的取向程度沉积到基材上。

在不希望受任何特定理论束缚的情况下，发明人相信第一电绝缘构件和第二电绝缘构件改变电场线，使得从位于第一电绝缘构件和第二电绝缘构件的最上边缘的平面下方的针尖产生的纳米纤维在基材(例如，位于平坦的接地电极上)的相对端之间振荡，导致更大程度的取向。

有利地，根据本发明的设备防止或减轻了在远离基材的位置或区域中的大量纳米纤维沉积。已经发现喷嘴尖端与第一电绝缘构件和第二电绝缘构件以及例如由电绝缘材料形成的基材组合的布置在改变电场线以产生高度取向的纳米纤维方面是有效的。

在实施例中，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件以面对关系定位。优选地，基材在第一电绝缘构件和第二电绝缘构件之间延伸。

在实施例中，第一电绝缘构件、第二电绝缘构件和/或基材可以是单一体和/或一体形成。例如，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件和/或基材可以形成基本上U形或V形的电绝缘构件。在替代实施例中，第一电绝缘构件和/或第二电绝缘构件和/或基材可以是单独且不同的部件。在实施例中，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件可以是单一体，并且基材可以被提供为单独的部件。在其他实施例中，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件可以作为单独的部件提供。用于接收纤维的基材可以作为单独的部件提供，即，与第一电绝缘构件和第二电绝缘构件分开。在实施例中，基材可以被提供为第一电绝缘构件和/或第二电绝缘构件中的一个或两个的一部分，即，与第一电绝缘构件和/或第二电绝缘构件中的一个或两个成一体，即，不需要提供单独的基材。

在实施例中，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件中的每一个包括第一(例如下)部分和第二(例如上)部分。在实施例中，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件彼此平行定位。在实施例中，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件在彼此不平行的方向上延伸，例如，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件的面对部分可以限定以彼此不平行的关系延伸的平面。例如，平面可以一起限定大于0度且小于180度，优选地大于0度且小于160度，比如大于0度且小于140度、130度、120度、110度、100度的角。在优选实施例中，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件的第一部分位于基材附近或靠近基材，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件中的每一个的第二部分在与基材不平行且不垂直的方向上远离各自的第一部分延伸。

已经令人惊讶地发现，成角度的第一电绝缘构件和成角度的第二电绝缘构件在静电纺丝设备中的位置在基材上产生纵向取向的纤维，例如纳米纤维。提供成角度的(即，不平行的)第一电绝缘构件和第二电绝缘构件是优选的，以实现取向的纤维。

优选地，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件中的每一个与基材的平面之间产生的角度在25度至55度之间，比如35度至45度。第一电绝缘构件和第二电绝缘构件之间的角度可以在70度和130度之间，例如90度至110度。

已经令人惊讶地发现，25度至55度之间的角度减轻了垂直于基材的长度取向(即，不是相对于基材纵向取向)的纤维的沉积。

在实施例中，至少一个电极可以包括平坦的接地电极，例如平行于基材。在实施例中，所述至少一个电极包括盘形电极。在实施例中，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件中的每一个与扁平电极的平面(和基材的平面)形成大于0度且小于90度的锐角。

在替代实施例中，该设备可以包括例如处于面对关系的第一接地板电极和第二接地板电极。在实施例中，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件中的每一个可以位于第一板状电极和第二板状电极中的相应一个附近或与其靠近。

本发明的另一方面提供了一种设备，例如静电纺丝设备，该设备包括用于从其尖端输送用于形成纤维的材料的喷嘴，成面对关系的第一接地板电极和第二接地板电极，以及第一电绝缘构件和第二电绝缘构件，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件中的每一个位于第一板电极和第二板电极中的相应一个附近或与其靠近，并且优选地包括用于接收在第一电绝缘构件和第二电绝缘构件之间延伸的纤维的基材，其中所述喷嘴的尖端位于所述第一电绝缘构件和所述第二电绝缘构件之间。

优选地，基材由电绝缘材料形成。

本发明的又一方面提供了一种静电纺丝设备，该设备包括用于从其尖端输送用于形成纤维的材料的喷嘴、可旋转的环形电极以及第一电绝缘构件和第二电绝缘构件、以及用于接收纤维的基材。

本发明的另一方面提供了一种形成取向的纳米纤维的方法，该方法包括提供至少一个电极，以面对关系定位第一电绝缘构件和第二电绝缘构件，定位在第一电绝缘构件和第二电绝缘构件之间延伸的基材，将喷嘴的尖端定位在第一电绝缘构件和第二电绝缘构件之间，在喷嘴和至少一个电极之间施加电场，以及在基材上沉积取向的纳米纤维。

该方法还可以包括将第一电绝缘构件和第二电绝缘构件定位成与基材的平面不平行且不垂直。

在实施例中，该方法包括提供两个电极，例如面对的第一和第二接地板电极。

在实施例中，形成取向的纳米纤维的方法包括提供面对的第一和第二接地板电极，将第一电绝缘构件和第二电绝缘构件定位成邻近或靠近面对的第一和第二接地板电极中的相应一个，在喷嘴与第一接地板电极和第二接地板电极之间施加电场，以及在第一电绝缘构件和第二电绝缘构件之间延伸的基材上沉积取向的纳米纤维。

已经令人惊讶地发现，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件中的每一个位于第一板电极和第二板电极中的相应一个附近或靠近其的存在，导致纤维纵向取向，至少基本上平行于第一板电极和第二板电极。有利地，这使得能够制造包括长度可变的纵向取向的纤维(例如微纤维或纳米纤维)的纤维毡，即，长度不受第一电极和第二电极之间的距离的限制。

第一电绝缘构件和第二电绝缘构件在远离至少一个电极的方向上远离彼此延伸。我们认为这有助于使纤维取向并减轻垂直于基材长度取向的纤维的沉积。

在实施例中，基材可以是可移动的，例如，相对于电极(例如，第一电极和第二电极)是可移动的。

在实施方式中，基材可以是环形带。

所述纺丝设备还可以包括进给卷轴，所述进给卷轴包括位于所述至少一个(例如第一和第二板电极)电极上游的一定长度的基材。进给卷轴可以被配置成使得在使用中，进给卷轴供应用于接收纤维的一定长度的基材。

纺丝设备还可以包括位于至少一个(例如第一和第二板电极)电极下游的排出卷轴或卷取卷轴。排出卷轴可以被配置成使得在使用中，排出卷轴卷取在接收纤维时的基材。

进给卷轴和/或排出卷轴可以被驱动，例如旋转驱动。优选地，排出卷轴被配置为使基材在运行方向上运行通过静电纺丝设备，例如在第一电绝缘构件和第二电绝缘构件之间。优选地，排出卷轴被配置为使基材在运行方向上从进给卷轴运行通过静电纺丝设备，例如在第一电绝缘构件和第二电绝缘构件之间，以被排出卷轴卷取。

有利地，提供进给卷轴和/或排出卷轴使得能够连续生产包括任何给定长度的纵向取向的纤维毡的基材。

第一电绝缘构件和/或第二电绝缘构件可以由介电材料形成或包括介电材料，例如介电常数在1.5和10之间，例如在2至5或2至3之间的材料，例如，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件的介电常数可以在2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9中的任何一个到3.0、2.9、2.8、2.7、2.6、2.5、2.4、2.3、2.2或2.1中的任何一个之间。优选地，一个或多个电绝缘构件的介电常数低于5.0，例如，低于4.0，或低于3.0，或低于2.5。

第一电绝缘构件和/或第二电绝缘构件和/或基材可以由相同的材料形成，例如作为单一体。替代地，第一电绝缘构件和/或第二电绝缘构件可以由相同的材料形成，并且基材可以由一不同的材料形成。

第一电绝缘构件和第二电绝缘构件可以由玻璃形成或包括玻璃。例如，玻璃具有4至5之间的介电常数。附加地或替代地，电绝缘构件可以由聚合物形成或包括聚合物，例如合成聚合物，例如聚氨酯和/或聚四氟乙烯(PTFE)。例如，PTFE具有2.0的介电常数，因此其用于制造用于本发明的电绝缘构件是特别优选的。

第一电绝缘构件和第二电绝缘构件可以由聚合物泡沫形成或包括聚合物泡沫，即包括固相和气相的膨胀聚合物泡沫。聚合物泡沫可以是多孔的，例如，聚合物泡沫可包括开孔网络。另外或替代地，聚合物泡沫可包含闭孔网络。

附加地或替代地，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件可以仅包括固相，即，不是泡沫。

第一电绝缘构件和第二电绝缘构件可以由任何合适的非导电材料形成或包括任何合适的非导电材料。第一电绝缘构件和第二电绝缘构件的电导率可以小于1×10^-5S/m，例如小于1×10^-10S/m，例如小于1×10^-15或小于1×10^-20。

第一电绝缘构件和第二电绝缘构件可以是任何合适的尺寸。优选地，在包括第一电极和第二电极的实施例中，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件中的每一个的尺寸被设定为大于第一电极和第二电极中的每一个的高度和宽度。

第一电绝缘构件和第二电绝缘构件可以但不必一体地形成。第一电绝缘构件和第二电绝缘构件可以通过接合部分接合。可替代地，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件可以是分开的并且不邻接，和/或彼此紧密接触。

第一绝缘构件和/或第二绝缘构件和/或接合部分可以位于基材和至少一个电极之间。

优选地，电极与第一绝缘构件和/或第二绝缘构件和/或接合部分的距离为0.25cm至5cm，例如0.5cm至2.5cm，优选0.75cm至125cm。

至少一个电极，例如第一和/或第二电极，可以由任何合适的材料形成。在实施例中，第一电极和/或第二电极由金属形成，例如铜、铝、金、银或合金(例如黄铜)。

电极(例如，第一电极和第二电极)可以是任何合适的尺寸。优选地，在包括第一电极和第二电极的实施例中，第一电极和第二电极中的每一个的尺寸被设计成小于第一电绝缘构件和第二电绝缘构件中的每一个的高度和宽度。

盘形电极可以描述环形。

在包括第一板状电极和第二板状电极的实施例中，第一板状电极和第二板状电极之间的间隔距离可以在10mm和40mm之间，但是应当理解，这取决于静电纺丝设备的其他部件的尺寸和几何形状。优选地，第一电极和第二电极之间的间隔距离在15mm至35mm之间。

喷嘴的尖端可以与基材间隔开4cm至13cm之间的距离。

第一电绝缘构件和第二电绝缘构件中的每一个可以是任何长度，并且可以根据用于形成纤维以沉积取向的纤维的材料来选择。

在具体实施例中，第一电极和第二电极中的每一个为100mm宽、14mm高和3mm厚；在这些实施例中，第一电极和/或第二电极之间的间隔距离在15mm至35mm之间，并且喷嘴与基材间隔开4cm至13cm的距离；第一电绝缘构件和第二电绝缘构件的厚度(深度)在0.1mm和10mm之间，例如，厚度在0.25mm至5mm之间。

第一电绝缘构件和第二电绝缘构件的厚度的选择取决于用于从其尖端形成纤维以沉积取向的纤维的材料，和/或施加在喷嘴和电极之间的电场强度。例如，较大厚度的电绝缘构件能够以较高的场强使用，反之亦然。

第一电绝缘构件和/或第二电绝缘构件可以定位成与第一电极和/或第二电极紧密接触。

在包括第一接地板电极和第二接地板电极的实施例中，第一电绝缘构件和第二电绝缘构件位于第一和第二板电极中的相应一个附近或与其靠近。在实施例中，第一电绝缘构件和/或第二电绝缘构件不与第一板状电极和第二板状电极中的相应一个平行定位。在这种情况下，在第一电绝缘构件和第一电极之间产生内角A1，并且同样地，在第二电绝缘构件和第二电极之间产生角度A2。角度A1和A2可以相等或可以不相等。在这些实施例中，内角A1和/或A2中的每一个可以在大于0和小于89度之间，但是优选地在45度和55度之间，例如从45度、46度、47度、48度、49度、50度、51度、52度、53度、54度中的任何一个到55度、54度、53度、52、51、50度、49度、48度、47度或46度中的任何一个。最佳角度A1、A2取决于第一电极和第二电极之间的距离d。

用于形成递送到基材上的纤维的材料可以是本领域技术人员已知的任何合适的静电纺丝材料。用于形成纤维的材料可以由聚合物形成或包括聚合物，例如聚(乙烯基吡咯烷酮)(PVP)、聚丙烯腈(PAN)和/或聚乙二醇(PEO)。用于形成纤维的材料可以包括碳，例如石墨烯。在实施例中，用于形成纤维的材料可以由在溶剂中溶解的聚合物的溶液形成。其中用于形成纤维的材料是溶液中的聚合物，聚合物在溶液中的合适浓度将取决于所使用的组合物，如本领域技术人员已知的。溶剂可以是水和/或乙醇和/或二甲基甲酰胺(DMF)。

例如，聚合物溶液可以是或包含在乙醇中的聚(乙烯基吡咯烷酮)(PVP)。在实施例中，PVP可具有1.5兆克/摩尔的分子量。乙醇中的PVP可以以乙醇中的10重量％至20重量％PVP之间的浓度(重量％)提供，例如乙醇中的10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％中的任一种至20重量％、19重量％、18重量％、17重量％、16重量％、15重量％、14重量％、13重量％、12重量％、11重量％PVP中的任一种。另外地或可替代地，用于形成纤维的材料可以由聚丙烯腈(PAN)在二甲基甲酰胺(DMF)和/或二甲基亚砜(DMSO)中的溶液形成。在实施例中，PAN可具有150千克/摩尔至230千克/摩尔的分子量。例如DMF或DMSO中的PAN可以DMF或DMSO中的8重量％至16重量％PAN的浓度提供，例如DMF或DMSO中的8、9、10、11、12、13、14或15重量％中的任一种至16、15、14、13、12、11、10或9重量％PAN中的任一种。另外地或可替代地，用于形成纤维的材料可以由乙酸纤维素(CA)在丙酮和/或DMSO中的溶液形成。例如，用于形成纤维的材料可以由乙酸纤维素(CA)在丙酮和DMSO的二元溶剂体系中的溶液形成，例如丙酮与DMSO的溶剂重量比为2：1。在实施例中，CA可具有例如50至100千克/摩尔的分子量。例如丙酮与DMSO的溶剂重量比为2：1的丙酮和DMSO的二元溶剂体系中的Ca，可以以2：1丙酮与DMSO重量比中的12wt.％至24wt.％Ca之间的浓度提供，例如以2：1丙酮与DMSO重量比中的12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23wt.％中的任一种至24、23、22、21、20、19、18、17、16、15、14、13wt.％中的任一种。另外地或可替代地，用于形成纤维的材料可以由木质素溶液形成，例如，木质素溶解在丙酮和/或DMSO中的溶液。附加地或替代地，用于形成纤维的材料可以由纳米纤维素的溶液形成。

在实施例中，用于形成递送到基材上的纤维的材料可以由熔融聚合物形成。熔融聚合物可以是聚己内酯、聚乳酸、聚(丙交酯-共-乙交酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚丙烯、聚乙烯、聚(己内酯-嵌段-乙二醇)和/或聚氨酯中的一种或多种。这些聚合物可用于熔融静电纺丝设备中。

用于形成纤维的材料可以是或可以包括纳米纤维，例如直径在200×10^-9m(200nm)至500×10^-9m(500nm)之间的纤维。在实施例中，用于形成纤维的材料可以是或可以包括直径小于200×10^-9m(200nm)，例如小于100×10^-9(100nm)的纳米纤维。纤维的直径取决于用于形成纤维的材料的粘度和浓度。

在用于形成纤维的材料由熔融聚合物形成或包括熔融聚合物的实施例中，则可以形成直径小于250微米的纤维，例如小于200微米，小于150微米，或小于100微米，例如小于50微米。

用于接收纤维的基材可以是任何合适的材料。优选地，基材由电绝缘材料形成。例如，基材可以由玻璃纤维(例如，取向的玻璃纤维)形成。在替代实施例中，基材可以由纸(即基于纤维素的材料)形成。优选地，基材的介电常数略大于或等于电绝缘构件的介电常数。

有利地，如果包含取向纤维的材料用作基材，例如取向的玻璃纤维基材，则本发明的设备和方法可用于制造复合材料，例如纳米纤维复合材料。

静电纺丝设备还可以包括分配单元，用于在分配材料以形成纤维之前储存和/或分配材料。分配单元可包括贮存器和/或注射器和/或喷嘴。贮存器可用于在静电纺丝材料被递送到注射器和/或喷嘴之前储存静电纺丝材料。注射器可以包括或是螺杆驱动的注射器和/或注射泵，即用于控制在特定时间段内分配的静电纺丝材料的体积。

喷嘴可以是任何合适的尺寸。优选地，喷嘴具有用于形成微纤维或纳米纤维的合适尺寸。例如，喷嘴的内径可以在0.45mm和0.01mm之间。喷嘴规格可以在25至34规格之间，例如25、26、26s、27、28、29、30、31、32、33、34规格。在实施例中，喷嘴是定制的玻璃喷嘴，其外径为397微米，内径为166微米。优选地，喷嘴是钝端喷嘴。

施加在喷嘴与第一接地板电极和第二接地板电极之间以产生电场的电压可以在4kV至21kV之间，例如在5kV至20kV之间，或在7kV至15kV之间。例如，施加在喷嘴与第一接地板电极和第二接地板电极之间以产生电场的电压可以在4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20kV中的任何一个到21、20、19、18、17、16、15、14、13、12、11、10、9、8、7、6或5kV中的任何一个之间。

喷嘴可以由任何合适的材料形成。在实施例中，喷嘴由铜形成。在其他实施例中，喷嘴可以包括玻璃。

在实施方式中，喷嘴带正电，电极带负电。然而，在替代实施例中，喷嘴带负电并且电极带正电。这取决于形成用于本发明设备的纤维的材料的选择。

该设备还可以包括用于平移和/或旋转地移动基材的设备。该设备还可以包括用于相对于喷嘴沿x轴、y轴和/或z轴移动基材的设备。该设备还可以包括用于在0度和360度之间旋转地移动基材和/或电绝缘构件的设备。

该方法还可以包括平移和/或旋转地移动基材。该方法还可以包括沿着x轴和/或z轴平移地移动基材。所述方法可进一步包括在0度与360度之间旋转地移动所述基材。

有利地，平移移动基材使得纤维能够在“印刷”操作中沉积，例如连续沉积在基材上的不同位置处。

更有利地，旋转移动基材使得取向的纤维能够以层沉积，每层表现出与前一层不同的取向，取向的差异取决于旋转运动的量或程度。

本发明的另一方面提供了一种设备，其包括两个或更多个本发明的静电纺丝设备，例如本发明的三个、四个或第n个静电纺丝设备，其串联定位以与单个基材一起使用。

有利地，使用串联定位的多于两个静电纺丝设备可用于制造具有多层取向纤维的纤维毡，即第一层取向纳米纤维、第二层取向纳米纤维和第n层取向纳米纤维。

更有利地，第一、第二和第N静电纺丝设备可以彼此以不同的角度定位，使得第一和/或第二和/或第三层取向的纳米纤维彼此以不同的角度取向，即在不同的方向上延伸。

本发明的另一方面提供了一种以本发明的方法和/或使用本发明的设备制造的纤维毡，例如微纤维毡或纳米纤维毡。例如，纤维毡可以包括由聚(乙烯基吡咯烷酮)(PVP)、聚丙烯腈(PAN)和/或聚环氧乙烷(PEO)、碳(例如石墨烯)、聚己内酯、聚乳酸、聚(丙交酯-共-乙交酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚丙烯、聚乙烯、聚(己内酯-嵌段-乙二醇)、聚氨酯、纳米纤维素和/或木质素中的一种或多种组成的纤维。

纤维毡可以包括纳米纤维，例如直径在200×10^-9m(200nm)至500×10^-9m(500nm)之间的纤维。

纤维毡可以包括多个取向的纤维层，例如多个取向的纤维层，每个纤维层在相同和/或不同的方向上取向。

有利地，本发明的纤维毡可以从基材移除或分离和/或可以转移到第二基材。

本发明的纤维毡可以进一步用于诸如管缠绕、长丝缠绕和/或拉挤成型技术的应用中。

本发明的纤维毡可以包括多层取向的纤维，例如多层取向的纤维，其中每一层在相同和/或不同的方向上取向。

在本申请的范围内，明确地意图是，在前述段落、权利要求和/或以下描述和附图中阐述的各个方面、实施例、示例和替代方案，特别是其各个特征，可以独立地或以任何组合采用。也就是说，所有实施例和/或任何实施例的特征可以以任何方式和/或组合进行组合，除非这些特征是不相容的。为了避免疑问，术语“可以”、“和/或”、“例如”、“例如”和本文使用的任何类似术语应被解释为非限制性的，使得不需要存在如此描述的任何特征。实际上，在不脱离本发明的范围的情况下，明确设想了可选特征的任何组合，无论这些特征是否被明确要求保护。申请人保留改变任何原始提交的权利要求或相应地提交任何新的权利要求的权利，包括修改任何原始提交的权利要求以从属于和/或并入任何其他权利要求的任何特征的权利，尽管最初没有以这种方式要求保护。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1A是根据本发明的第一实施例的静电纺丝设备；

图1B是根据图1A所示的本发明的实施例的绝缘构件和电极的侧视图；

图2是根据本发明的第二实施例的静电纺丝设备；

图3A是根据本发明第三实施例的静电纺丝设备的侧视图；

图3B是图3B的静电纺丝设备的图像，示出了电极的尺寸；

图4是用于本发明静电纺丝设备的喷嘴的图像；

图5是根据本发明的另一实施例的静电纺丝设备；

图6是根据本发明的又一实施例的静电纺丝设备；

图7是根据本发明的一个实例的包含取向的纳米纤维毡的基材的照片；

图8A至8E是根据本发明的实施例制造的包含取向纤维的基材的SEM图像；

图9A和9B是根据本发明的实施例的包含0和90度的取向纤维的基材的SEM显微照片；以及

图10是显示使用图6的设备产生的不同角度的高度取向和多层纳米纤维的显微照片。

具体实施方式

现在参考图1A，示出了根据本发明的第一实施例的静电纺丝设备1。静电纺丝设备1包括分配单元1A和平台1B。

分配单元1A包括贮存器10、注射器11和喷嘴12。贮存器10包括用于形成纳米纤维NF的前体P形式的静电纺丝材料。在该实施例中，注射器11包括螺杆驱动的5mL注射器，用于控制在指定时间段内分配的前体P的体积。

平台1B包括基座13、第一电极14A、第二电极14B和绝缘构件15。在该实施例中，绝缘构件15包括通过接合部分15C互连的第一绝缘构件15A、第二绝缘构件15B，使得第一绝缘构件15A、接合部分15C和第二绝缘构件15B形成整体U形构件。

在该实施例中，绝缘构件15由泡沫聚氨酯片材形成。

第一电极14A和第二电极14B是接地板电极，其以平行配置和面对关系从平台1B的基座13直立。在该实施例中，基部13由塑料形成，并且第一电极14A和第二电极14B由铜形成，但是在替代实施例中，可以使用其他合适的材料，诸如铝。

第一绝缘构件15A和第二绝缘构件15B也从平台1B的基座13直立。第一绝缘构件15A位于第一电极14A附近，第二绝缘构件15B位于第二电极14B附近。绝缘构件的接合部分15C位于基座B附近并平行于基座B。第一绝缘构件15A和第二绝缘构件15B以面对的关系位于第一电极14A和第二电极14B之间，使得第一绝缘构件15A和第二绝缘构件15B位于第一电极14A和第二电极14B之间。

基材S位于静电纺丝设备1上。基材S在绝缘构件15的接合部分15C上在第一绝缘构件15A和第二绝缘构件15B之间纵向延伸，并且平行于平台1B的基座13。在该实施例中，基材S由纸形成。应当理解，基材S是可选的，并且替代地，取向的纳米纤维ANF可以沉积在绝缘构件15上。

还参考图1B，示出了图1A中所示的静电纺丝设备1的突出部分C的侧视图。第一电极14A和第二电极14B以面对关系平行，并且基本上垂直于平台1B的基座13。

第一绝缘构件15A邻近或靠近第一电极14A定位，使得在第一绝缘构件15A与第一电极14A之间产生内角A1。第二绝缘构件15B邻近或靠近第二电极14B定位，使得在它们之间产生内角A2。在该实施例中，角度A1和角度A2基本上相等。在该实施例中，A1＝A2＝35度至45度，例如40度。

图1A和1B示出了静电纺丝设备1的尺寸和几何形状。示出了第一绝缘构件15A的高度h和宽度w。第一绝缘构件15A和第二绝缘构件15B的大小相等并且具有相同的尺寸。

图1B示出了第一电极14A和第二电极14B之间的距离d。还示出了第一电极14A的宽度w’和高度h’。第一电极14A和第二电极14B的大小相等并且具有相同的尺寸。

在图1A中进一步示出了喷嘴12的尖端距平台1B的高度h”，即喷嘴12的尖端与平台1B之间的距离。

在该特定实施例中，第一电极14A和第二电极14B中的每一个的尺寸为100mm宽w'、14mm高h'和3mm厚。第一电极14A和第二电极14B之间的距离d优选地在15mm至35mm之间。

第一绝缘构件14A和第二绝缘构件14B由聚氨酯泡沫形成。在该实施例中，第一绝缘构件14A和第二绝缘构件14B的厚度在0.1mm至7mm之间，例如，在0.25mm至5mm之间。

喷嘴12的尖端距平台1B的高度h”可以在4mm至13mm之间。

优选地，第一绝缘构件15A和/或第二绝缘构件15B的高度h大于或等于喷嘴12的尖端距平台1B的高度h”。已经惊喜地发现，可以使用设备1的该配置获得纳米纤维ANF的更佳取向。

应当理解，本发明的静电纺丝设备的尺寸不是绝对的，并且本发明的功能取决于部件之间的几何关系，使得部件(例如电极、第一绝缘构件和第二绝缘构件)可以按比例放大或缩小尺寸，以获得以相同方式起作用的更小或更大的设备。

在使用中，通过在喷嘴12与第一电极14A和第二电极14B之间施加电势差来激励平台1B的第一电极14A和第二电极14B。

静电纺丝设备1的分配单元1A从贮存器10并通过注射器11分配前体P。前体P通过喷嘴12以形成纤维，例如纳米纤维NF。

前体L可以是任何合适的静电纺丝材料，例如，在该实施例中，前体L是15％PVP(聚(乙烯基吡咯烷酮)的乙醇溶液)。

通过将前体P从喷嘴12喷射到大气中来形成纳米纤维NF，其中前体P的溶剂挥发以形成连续的纳米纤维NF。

纳米纤维NF在基材S上取向以形成连续取向的纳米纤维ANF。纳米纤维NF与在喷嘴12与第一电极14A和第二电极14B之间形成的电场的相互作用使纳米纤维NF沉积到基材S上以产生取向的纳米纤维NF。取向纳米纤维ANF与第一电极14A和第二电极14B平行取向，并且沿着基材S纵向取向。

在现有技术中已经示出，在没有绝缘构件15(即第一绝缘构件15A和第二绝缘构件15B)的情况下，纳米纤维NF取向成垂直于第一电极14A和第二电极14B(例如参见上文)。

不希望受理论束缚，认为绝缘构件15A、15B影响或改变电场，使得电纺纤维与第一板电极14A和第二板电极14B平行地取向以产生高度取向的纤维毡。绝缘构件15A、15B干扰喷嘴12与第一板电极14A和第二板电极14B之间的视线，并且认为这控制取向的纳米纤维ANF的基本上纵向取向。成角度的第一绝缘构件15A和第二绝缘构件15B减轻或减少相对于基材S和/或第一电极14A和第二电极14B的长度垂直取向的纳米纤维的沉积。已经发现，当第一绝缘构件15A和第二绝缘构件15B平行取向时，垂直于基材S的长度沉积更大量的纳米纤维。

现在参考图2，示出了根据本发明的第二实施例的静电纺丝设备2。先前已经在图1中描述的类似特征的附图标记用撇号(')表示，并且将不再进一步描述。

静电纺丝设备2包括代替图1的绝缘构件15的第一绝缘构件16A和第二绝缘构件16B。在该实施例中，第一绝缘构件16A和第二绝缘构件16B是分开的，并且不通过接合部分接合。

静电纺丝设备2的第一绝缘构件16A和第二绝缘构件16B以与图1所示的绝缘构件15类似的方式起作用，以在包括取向的纳米纤维ANF'的基材S2上产生纤维毡。

静电纺丝设备2还包括第一端2A和第二端2B，第一端2A位于平台1B'的上游，即在使用中，在将取向的纳米纤维ANF'接收到基材S2上之前，第二端2B位于平台1B'的下游，即在使用中，在将取向的纳米纤维ANF'接收到基材S2上之后。

静电纺丝设备2还包括位于静电纺丝设备2的第一端2A处的进给卷轴(未示出)和位于静电纺丝设备2的第二端2B处的排出卷轴(未示出)。

进给卷轴(未示出)是卷轴，在其上缠绕不含取向的纳米纤维ANF'的一定长度的基材S2。在使用中，进给卷轴(未示出)被配置为将一定长度的基材S2从静电纺丝设备2的第一端2A供应到平台1B'，以接收取向的纳米纤维ANF'。

排出卷轴(未示出)是卷轴，在其上可以缠绕接收取向的纳米纤维ANF'的一定长度的基材S2。在使用中，排出卷轴(未示出)被配置为在静电纺丝设备2的第二端2B处从平台1B'卷取基材S2。

在该实施例中，进给卷轴(未示出)和排出卷轴(未示出)被旋转驱动。在使用中，基材S2从第一端2A处的进给卷轴(未示出)沿行进方向RD(由图2中标记为RD的箭头示出)行进通过静电纺丝设备2的平台1B'，即在第一电极14A'和第二电极14B'与第一绝缘构件16A和第二绝缘构件16B之间；到第二端2B并到排出卷轴(未示出)上。

在静电纺丝工艺期间，纳米纤维NF'取向并沉积到位于平台1B'上的基材S2的一部分上，以产生取向的纳米纤维ANF'。进给卷轴(未示出)和排出卷轴(未示出)协同工作，以使基材S2在运行方向RD上运行通过静电纺丝设备2的平台1B'，以不断更新基材S2的接收取向的纳米纤维ANF'的部分。然后将接收取向的纳米纤维ANF'的基材S2卷绕到排出卷轴(未示出)上，并且可以储存在排出卷轴(未示出)上。

以这种方式，可以制造包含任何期望长度的取向的纳米纤维ANF'的纤维毡，唯一的限制是提供给静电纺丝设备2的基材S2的长度。

有利地，基材S2可以是用于包括取向的纳米纤维ANF'的最终产品的材料。例如，基材S2可以是用于复合材料(例如，增强复合板)的玻璃纤维片。

或者，基材S2可以是牺牲基材。在这种情况下，可以在静电纺丝工艺完成之后移除取向的纳米纤维ANF'，并将其固定到适当的第二基材上。

现在参考图3A，示出了根据本发明第三实施例的静电纺丝设备3的侧视图。

静电纺丝设备3类似于本发明的第一实施例的静电纺丝设备1(在图1A和1B中示出)，并且不同之处仅在于电极14A、14B已经被平板电极34代替。应当理解，静电纺丝设备3包括所有其他类似的特征，例如分配单元，尽管这未进一步示出或描述。

静电纺丝设备包括平台3B。在这种情况下，平台3B包括平板电极34和绝缘构件35。

在该实施例中，绝缘构件35包括第一绝缘构件35A、第二绝缘构件35B，第一绝缘构件35A、第二绝缘构件35B通过接合部分35C互连以形成整体U形构件。在该实施例中，绝缘构件35由泡沫聚氨酯片材形成。

在该实施例中，电极34由铜形成。

第一绝缘构件35A和第二绝缘构件35B各自从平台1B的平板电极34竖立。平板电极34与绝缘构件35的接合部分35C间隔约1cm。

基材S3位于标为X的平面中的静电纺丝设备3上。基材S3在第一绝缘构件35A和第二绝缘构件35B之间、在绝缘构件15的接合部分15C上纵向延伸，并且平行于平台3B的平板电极34。在其他实施例中，第一绝缘构件35A和第二绝缘构件35B可以是不同的并且没有接合部分35C。在这种情况下，基材S3可以直接位于平板电极34上并且平行于平板电极34。

在图3A所示的几何形状中，第一电绝缘构件35A和第二电绝缘构件35B中的每一个与基材和/或平板电极34的平面X形成大于0度且小于90度的角度A3、A4。在该实施例中，角度A3等于A4，角度A3和A4中的每一个都等于40度。

静电纺丝设备3以与针对图1A和1B的静电纺丝设备所描述的方式类似的方式起作用，使得纳米纤维在基材S3上取向以形成连续取向的纳米纤维，其与第一绝缘构件35A和第二绝缘构件35B平行取向，并且沿着基材S3纵向取向。

应当理解，静电纺丝设备3还可以包括位于静电纺丝设备3的第一端(未示出)处的进给卷轴(未示出)，以及位于静电纺丝设备3的第二端2B(未示出)处的排出卷轴(未示出)，使得按照与针对图2示出以及描述的类似方式制造包含任意期望长度的取向纤维的纤维毡。

还参考图3B，示出了图3A的静电纺丝设备3的图像。示出了平板电极34的尺寸；宽度w3和长度L。

在该特定实施例中，平板电极34的尺寸为长度L为100mm，宽度w3为65mm，厚度为0.3mm。

第一绝缘构件34A和第二绝缘构件34B由聚氨酯泡沫形成。在该实施例中，第一绝缘构件34A和第二绝缘构件34B的厚度在0.1mm至7mm之间，例如，厚度在0.25mm至5mm之间。

平板电极34的最小宽度是基材S3的宽度。平板电极34的宽度没有上限。

不希望受理论束缚，认为绝缘构件35A、35B影响或改变电场，使得电纺纤维与平板电极34平行取向以产生高度取向的纤维毡。绝缘元件35A、35B干扰喷嘴(未示出)和平板电极34之间的视线，使得纺成的纤维仅在绝缘元件35A、35B的末端受到电场的影响。以这种方式，纺成的纤维沿着基材S3来回振荡，并且认为这控制了取向的纳米纤维ANF的基本上纵向取向。

现在参考图3C，示出了图3A和3B的静电纺丝设备3。还示出了与第一绝缘构件35A和第二绝缘构件35B以及基材S3相关的喷嘴32。

在优选实施例中，喷嘴32的尖端在第一绝缘构件35A和第二绝缘构件35B的最上边缘的平面Y下方，如图3C所示。

喷嘴32的尖端距平台3B的高度h3可以在5cm至17cm之间，例如5cm至15Cm。

优选地，基材S3位于第一绝缘构件35A和第二绝缘构件35B之间距平板电极34不大于h3的高度处，即，在第一绝缘构件35A和第二绝缘构件35B的上边缘下方。

应当理解，本发明的静电纺丝设备的尺寸不是绝对的，并且本发明的功能取决于部件之间的几何关系，使得部件(例如电极、第一绝缘构件和第二绝缘构件)可以在尺寸上放大或缩小，以获得具有相同功能的更小或更大的设备。

优选地，基材(例如基材S、S2、S3)的介电常数高于制造第一绝缘构件和第二绝缘构件(例如15A、15B、35A、35B)的材料。

现在参考图4，示出了用于本发明的静电纺丝设备的定制玻璃喷嘴40的图像4。定制的玻璃喷嘴40具有397微米的外径和166微米的内径。

现在参考图5，示出了根据本发明的另一实施例的静电纺丝设备5。

静电纺丝设备5包括盘形电极54、第一绝缘构件55A和第二绝缘构件55B。基材S5位于第一绝缘构件55A和第二绝缘构件55B之间。

静电纺丝设备5类似于图1A和1B的静电纺丝设备1，并且也类似于图3A至3C的静电纺丝设备3，其不同之处仅在于电极包括圆形盘形电极54。应当理解，静电纺丝设备5包括所有其他类似的特征，例如分配单元，尽管这未进一步示出或描述。

有利地，盘形电极54是可旋转的。以这种方式，可以通过旋转来清洁盘形电极54，例如以去除盘形电极54的边缘上的不想要的和/或未取向的和/或随机取向的纳米纤维沉积。例如，设备5可以包括清洁设备，例如刷子或擦拭物，使得可以在盘形电极54的旋转期间清洁盘形电极54的上表面，以去除不想要的纳米纤维沉积。

现在参考图6，示出了根据本发明的又一实施例的设备6。设备6包括图5的三个单独的静电纺丝设备5a、5b、5c，其各自用于将取向的纳米纤维ANF沉积到基材S6上。

设备6类似于图2中所示的设备，因为设备6还包括位于基材S6的第一端6A处的进给卷轴(未示出)和位于基材S6的第二端6B处的排出卷轴(未示出)。进给卷轴和排出卷轴以与图2所述类似的方式起作用，因为包括取向纤维的基材可以制造为无限长。

三个单独的静电纺丝设备5A、5B、5C中的每一个相对于彼此以不同的角度定位，使得基材上沉积的取向的纳米纤维可以以不同的角度取向。相对于基材S6的纵向方向，取向角度被示出为0度(5a)、90度(5b)和45度(5c)。

以这种方式，可以制造包括多个纤维层的基材，每个纤维层在不同的方向上取向，即，相对于基材S6的纵向方向的角度成不同的角度。因此，可以在不需要层压和/或单独的进一步制造步骤的情况下制造基材上的取向的纳米纤维的堆叠层。

为了进一步举例说明本发明，还参考以下非限制性实施例。

实施例

现在参考图7，示出了根据本发明的实施例1的包含取向的纳米纤维的基材的照片，其使用根据本发明的图6中所示的设备制造。

现在参考图8A至8E，示出了根据本发明的实施例2的在基材上取向的纳米纤维的SEM图像。

使用图3B中所示的静电纺丝设备生产实施例2的取向纳米纤维毡。

实施例1和实施例2的取向的纤维毡均使用以下参数生产：

·针与基材的距离：75mm

·工作电势：7.5kV

·进给速率：0.2mL/h

·U/V形介电材料：PTFE片材

·U/V形电介质尺寸：

高度：75.5mm

长度：100mm

角度：37度

厚度：1mm

·电极尺寸：65×0.3×80mm(平板电极)

·基材材料：厚度为0.15mm的工艺纸

·平均纤维直径：1μm

使用的材料是PAN(在DMSO中MW＝230k 14wt.％)。

应当注意，可以使用DMF(二甲基甲酰胺)和/或DMAc(二甲基乙酰胺)代替DMSO。

现在参考图9A和9B，示出了根据本发明的实施例3的基材上的取向PAN纤维的SEM图像。使用图3B和图6中所示的静电纺丝设备，使用以下参数制备实施例3的取向纳米纤维毡：

·针与基材的距离：70mm

·工作电势：6.5kV

·进给速率：0.2mL/h

·U/V形介电材料：PTFE片材

·U/V形电介质尺寸：

高度：70.5mm

长度：100mm

角度：37度

厚度：1mm

·电极尺寸：65×0.3×80mm(平板电极)

·基材材料：厨房烘焙纸，0.25mm厚

·形成的纤维的平均纤维直径为0.5μm

使用的材料是PAN(在DMSO中MW＝150k 10wt.％)。

这些SEM图像示出了取向纤维的层；第一(基)层以0度取向，并且第二(顶)层以90度取向。

现在参考图10，示出了显微照片，其示出了使用图6的设备产生的处于不同角度的高度取向的多层纳米纤维。显微照片显示高密度的纳米纤维以-45度、+45度和0度的不同角度取向并连续重叠。这证明了基材可以如何根据需要旋转以改变取向角度和电纺纤维。

有利地，根据本发明的静电纺丝设备提供了一种容易且廉价的设备，以允许以容易的方式改变基材的宽度和长度，并因此改变取向的纤维毡的宽度和长度。例如，可以改变和变化电极之间的距离以将取向的纳米纤维沉积到任何宽度的基材上，以制造任何合适宽度的纤维毡。

更有利的是，可以使用任何给定长度的基材，并连续地穿过本发明的设备，以提供连续取向的纤维毡。

另外，可以制造包含纤维层的基材，例如，包含取向纤维层的基材和/或包含取向纤维层的基材，其中至少一层在与另一不同层的不同方向上(即以不同角度)取向，和/或包含取向纤维层的基材，其中至少一层由取向纤维组成，另一不同层由随机纤维组成。

本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，设想了前述实施例的若干变型。例如，本文提供的电极的尺寸、电绝缘构件、喷嘴高度和尺寸仅是示例，并且可以相应地改变。

本领域技术人员还将理解，前述特征和/或附图中所示的特征的任何数量的组合提供了优于现有技术的明显优点，因此在本文所述的本发明的范围内。

Claims (21)

1.一种用于形成取向纤维的纺丝设备，所述设备包括喷嘴，第一电极和第二电极，基材，以及第一电绝缘构件和第二电绝缘构件，其中，所述喷嘴用于从所述喷嘴的尖端喷射用于形成纤维的材料，所述基材用于在所述基材上接收纤维，所述第一电绝缘构件和所述第二电绝缘构件中的每一者包括最上边缘，其中，所述第一电绝缘构件邻近所述第一电极，所述第二电绝缘构件邻近所述第二电极，并且所述第一电绝缘构件和所述第二电绝缘构件以面对的关系位于所述第一电极和所述第二电极之间，并且其中，所述喷嘴的所述尖端位于所述第一电绝缘构件和所述第二电绝缘构件之间并且所述喷嘴的所述尖端在由所述第一电绝缘构件和所述第二电绝缘构件的所述最上边缘所定义的平面下方。

2.根据权利要求1所述的纺丝设备，其中，所述基材包括电绝缘材料或由电绝缘材料形成。

3.根据权利要求1或2所述的纺丝设备，其中，所述基材在所述第一电绝缘构件和所述第二电绝缘构件之间延伸。

4.根据权利要求1或2所述的纺丝设备，其中，所述第一电绝缘构件和所述第二电绝缘构件一体形成，或者其中，所述第一电绝缘构件和所述第二电绝缘构件是单独的不同部件。

5.根据权利要求1或2所述的纺丝设备，其中，所述第一电绝缘构件和所述第二电绝缘构件中的每一者包括第一部分和第二部分，所述第一电绝缘构件的所述第一部分和所述第二电绝缘构件的所述第一部分邻近或靠近所述基材，所述第一电绝缘构件和所述第二电绝缘构件中的每一者的所述第二部分在与所述基材不平行且不垂直的方向上远离各自的所述第一部分延伸。

6.根据权利要求5所述的纺丝设备，其中，所述第一电绝缘构件和所述第二电绝缘构件中的每一者与所述基材的平面之间产生的角在25度至55度之间。

7.根据权利要求1或2所述的纺丝设备，其中，所述第一电绝缘构件和所述第二电绝缘构件由介电材料形成或包括介电材料。

8.根据权利要求1或2所述的纺丝设备，其中，所述第一电绝缘构件和/或所述第二电绝缘构件和/或所述基材由聚氨酯和/或聚四氟乙烯(PTFE)和/或玻璃形成，或者，所述第一电绝缘构件和/或所述第二电绝缘构件和/或所述基材包括聚氨酯和/或聚四氟乙烯(PTFE)和/或玻璃。

9.根据权利要求1或2所述的纺丝设备，其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一者选自平坦的接地电极和盘形电极。

10.根据权利要求1或2所述的纺丝设备，包括第一接地板电极和第二接地板电极作为所述第一电极和所述第二电极。

11.根据权利要求10所述的纺丝设备，其中，所述基材在第一接地板电极和第二接地板电极之间延伸。

12.根据权利要求1或2所述的纺丝设备，还包括进给卷轴，所述进给卷轴包括位于所述第一电极和所述第二电极的上游的一定长度的基材。

13.根据权利要求1或2所述的纺丝设备，还包括位于所述第一电极和所述第二电极的下游的排出卷轴或卷取卷轴，所述排出卷轴被配置为使得在使用中，所述排出卷轴卷取在接收纤维时的所述基材。

14.根据权利要求13所述的纺丝设备，其中，所述排出卷轴或所述卷取卷轴被配置为使所述基材在运行方向上运行通过所述纺丝设备。

15.根据权利要求1或2所述的纺丝设备，还包括串联定位以与单个基材一起使用的至少多于一个的纺丝设备。

16.一种形成取向的纳米纤维的方法，所述方法包括提供第一电极和第二电极，以面对关系定位第一电绝缘构件和第二电绝缘构件，所述第一电绝缘构件和所述第二电绝缘构件中的每一者包括最上边缘，其中，所述第一电绝缘构件邻近所述第一电极，所述第二电绝缘构件邻近所述第二电极，并且所述第一电绝缘构件和所述第二电绝缘构件以面对的关系位于所述第一电极和所述第二电极之间，定位在所述第一电绝缘构件和第二电绝缘构件之间延伸的基材，将喷嘴的尖端定位在所述第一电绝缘构件和所述第二电绝缘构件之间使得所述喷嘴的所述尖端在由所述第一电绝缘构件和所述第二电绝缘构件的所述最上边缘所定义的平面下方，在喷嘴和所述第一电极和第二电极之间施加电场，以及在基材上沉积取向的纳米纤维。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括将所述第一电绝缘构件和所述第二电绝缘构件定位成与所述基材的平面不平行且不垂直。

18.根据权利要求16至17中任一项所述的方法，包括相对于所述第一电极和所述第二电极移动所述基材。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述方法包括平移地和/或旋转地移动所述基材。

20.根据权利要求16所述的方法，其中所述基材是环形带。

21.一种使用根据权利要求1所述的设备和/或根据权利要求16所述的方法制造的纤维毡。