CN1849418B - 利用静电纺丝从聚合物溶液生产纳米纤维的方法和用于实施该方法的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用在电场中的静电纺丝从聚合物溶液中生产纳米纤维的方法，所述电场由在带电电极和对电极之间的电势差产生。用于纺丝的聚合物溶液(2)利用旋转的带电电极(30)的表面被供入所述电场，而在靠近对电极(40)的所述带电电极(30)的一部分周边上产生了纺丝表面，借此获得了高纺丝生产能力。本发明进一步涉及用于实施所述方法的设备，其中所述带电电极(30)被装在枢轴上，并且其周边的(底部)部分被浸没在聚合物溶液(2)中，而对着所述带电电极(30)的周边的自由部分定位着所述对电极(40)。

Description

利用静电纺丝从聚合物溶液生产纳米纤维的方法和用于实施该方法的设备
技术领域
本发明涉及利用在电场中的静电纺丝从聚合物溶液中生产纳米纤维的方法，所述电场由在带电的电极和对电极之间的电势差产生。 
此外，本发明涉及用于实施所述方法的设备，其由带电的电极和具有不同的电势的对电极组成，其中在它们中间产生了电场。 
背景技术
直径在10纳米到1,000纳米之间的聚合物纤维代表了一种新品级的材料，其具有某些极具价值的性质。这类聚合物纤维层的典型的应用领域是气体和液体的过滤、用于截留亚微米颗粒、细菌和化学品的屏障材料，其中达到了很高的过滤效率。纳米纤维被用作电池隔板、复合物增强材料，并且在医药领域中被用作药物载体和组织植入物载体。纳米纤维的高比表面积可以容易地为气体和液体介质所利用，决定了其具有特殊的吸附性质和用作不同的活性成分例如催化剂的载体的用途。在纳米纤维层中存在极小的孔是其具有极高绝热性质的条件。 
纳米纤维通过聚合物溶液加工工艺由宽范围的聚合物、聚合物共混物以及聚合物与低分子添加剂的共混物制成。不同于原则上类似的聚合物熔体成型工艺，在溶液工艺中获得了较小的纤维直径，因为溶液粘度较低。对于溶液加工，使用了流动气体介质的机械力或者静电场中的库仑力。静电纺丝得到具有较小直径的纤维，因为一次成型纤维由于在其体积中的当量电荷分布而分裂成大量长丝。 
直到今日，通过借助于气流的聚合物溶液加工生产纳米纤维的已知方法和装置描述于例如US6,382,526和US6,520,425。聚合物溶液被注入到环形截面的喷丝头。然后，借助于在所述环内部输送的气流的机械作用使所述溶液成型，或者因为可能是该环之外的情况，产生具有200纳米到3,000纳米直径的纤维。 
利用平均强度50,000V/m到500,000V/m的静电场将聚合物溶液成型的方法描述于专利申请WO0,127,365、WO0,250,346、US2002/  0,175,449A1和US2002/084,178A1。按照这些技术方案，聚合物溶液被分配到内径0.5毫米到1.5毫米的圆柱形的纺丝喷嘴中。这些喷嘴被连接到直流电压源。流出物溶剂借助于静电力被吸引到对电极，该对电极通常是接地的，并且同时借助于这种力将其成型为细丝，其因此被分裂成相应的较小直径的丝束。纺丝从一个喷嘴或者一系列静态的或者移动的喷嘴进行，以提高装置的生产能力，对电极或者在对电极表面上或者在其表面附近移动的平板支持材料的均匀覆盖。 
所有上述用于生产纳米纤维的方法和装置的缺点是在一定时间内只能生产很少量的加工的聚合物材料。在借助于机械力成型纳米纤维的情况下，产生的纳米纤维的直径尤其依赖于空气质量和流过喷丝头的聚合物溶液的比例。当借助于库仑力在静电场中成型时，必需在喷丝头的喉部形成所谓的泰勒锥体，存在泰勒锥体是纤维成型所要求的，并且其要求相对窄的聚合物溶剂从喷丝头排出的速度与静电场强度的比例范围的条件。静电场的最大可调强度受到空气绝缘强度的限制，并且高于该极限时，在电极之间发生放电。鉴于上述情况以及可达到的纺丝聚合物溶液浓度，在一小时内在一个喷丝头中有可能加工大约0.1克到1克的聚合物，这从工业角度讲将使纳米纤维的生产出现很大问题。 
本发明的目的是创造一种在工业上可应用并且能够达到高纺丝生产能力的方法和装置。 
发明内容
本发明的目的通过本发明生产纳米纤维的方法达到，其原理包括：借助于旋转带电电极的表面将用于纺丝的聚合物溶液输送到静电场中，而在对电极附近的所述带电电极的一部分周边上是产生的纺丝表面。所述聚合物溶液处于有利条件，能够在电场中产生泰勒锥体，不仅当从喷丝头排出时如此，而且在其水平面的表面上时也是如此，特别有利地是在旋转体表面上的薄层中，所述旋转体部分地浸于包含该溶液的容器中。所述有利条件是指由聚合物分子量、浓度和温度决定的溶液的适当粘度、由聚合物的类型和存在表面活性成分导致的适当的表面张力以及由于存在低分子电解质而导致的适当的溶液导电性值。纺丝表面的尺寸取决于带电电极和对电极的尺寸和形状。形成纳米纤维的数量决定于纺丝表面的尺寸和形状。 
按照本发明的一个实施方案，有利的是：由所述聚合物溶液在带电电极的纺丝表面上、在静电场作用下生产的纳米纤维借助于电场漂移到对电极，并且在其前面被铺置到用于贮存纳米纤维的装置上，在其上形成层。该方法能够生产具有高质量和层的均匀性的纳米纤维层，基本上可以具有相当于装置的宽度的任意宽度。 
按照本发明的一个实施方案实现了另一个改进，即在带电电极和对电极之间的空间中空气流对纳米纤维(8)施加作用，所述空气流促进纳米纤维从带电电极漂移开。气流连同电场的作用促使纤维从带电电极漂移出来。 
然而，如果使纳米纤维向着对电极漂移，并且贮存在位于对电极前面的、透气的、用于贮存纳米纤维的设置上，并且在其上形成层，则是有利的。 
指向对电极的空气流通过将空气从电极之间的空间抽吸到对电极后面的空间中来产生。使用这种简单的方法，促进了纤维向着对电极的漂移，并且提高了生产率。 
按照本发明的一个实施方案，位于带电电极和对电极之间的空间中的所述纳米纤维，借助于所述空气流，其向着对电极的路线发生偏移，并且被导向透气的、用于贮存纳米纤维的设备，该设备位于电场之外，而将聚合物溶液纺丝。 
按照本发明的一个实施方案，用于使纳米纤维从带电电极到对电极的路线发生偏移的空气流，有利地借助于将电极之间的空间中的空气抽吸到相对于所述带电电极在所述透气的、用于贮存纳米纤维的设置后面的空间中而产生。 
为了提高装置的生产率，如果按照本发明的一个实施方案，将辅助的干燥空气提供到所述纳米纤维被移走的空间中，借助于该干燥空气聚合物溶剂从纳米纤维蒸发得到加速，其中所述纳米纤维通过静电纺丝生产并且在电极之间的空间中移动，将是有利的。 
在使聚合物溶剂的蒸发加速而提高干燥效率的同时，当将至少一部分辅助的干燥空气从相对于所述带电电极而言在所述透气的支持设备前面的空间中抽出，而不是通过该装置时，则是有利的。 
此外，本发明的一个实施方案中，在进入其中使纳米纤维漂移的空间之前将至少辅助的干燥空气加热的方法能够提高装置的生产性 能，因为将所输送的辅助的干燥空气加热而能够带走较大量的在干燥纳米纤维时产生的溶剂蒸气。 
对于所有所述方法的实施方案，有利的是使用含水聚合物溶液，因为装置的整体构建比较容易，并且不需要从聚合物溶剂中除去有害的或者危险的气体。 
本发明一个实施方案中的设备描述了用于实施上述方法的设备的基本特征，并且总的要点是：所述带电电极被装在枢轴上，并且其周边的一部分被浸于所述聚合物溶液，而对着所述带电电极的周边的自由部分，定位有对电极。这样设置的设备能够将足够量的聚合物溶剂输送到电场中。 
在本发明的一个实施方案中，沿着带电电极的总长度，对电极围绕带电电极的周边的自由部分，这样在所述电极之间的整个空间中产生了具有相同强度的电场。 
在两个电极之间，定位有用于贮存纳米纤维的设置，在该设置的表面上，所述纳米纤维被铺置成层。 
按照本发明存在所述设备的有利的实施方案，包括所述用于贮存纳米纤维的设备是透气的，而相对于所述带电电极在该设备后面的空间，被连接到用来产生从电极之间的空间导出到该设备的空气流的真空源。以及所述真空源与相对于所述带电电极(30)在所述透气的对电极后面的空间连接。其中用于贮存纳米纤维的设置是透气的，并且产生了通过该设备的空气流。 
在另一个按照本发明的实施方案中，在所述电极之间的空间之外定位有透气的、用于贮存纳米纤维的设置，并且在该设置后面产生有形成一空气流的真空，所述空气流使所述纳米纤维从所述电极之间的空间向着用于贮存纳米纤维的设置漂移，至少一部分所述空气通过所述设置。在所述设备的上述实施方案中，有利的是形成以下贮存纳米纤维的设置：所述用于贮存纳米纤维的设备由透气的输送装置组成；所述用于贮存纳米纤维的设备由所述纳米纤维的平面支持材料组成；所述平面支持材料定位在输送器上；所述输送器由对电极组成；所述输送器由所述纳米纤维的平面支持材料的拉伸元件组成。 
为了提高溶剂从纳米纤维的蒸发，按照以下任何一种方式提供了进入所述设备的辅助的干燥空气：将辅助的干燥空气的进口引向在电 极之间的空间；在辅助的干燥空气的进口中定位空气加热设备；将至少一部分空气从相对于带电电极在用于贮存纳米纤维的设备前面的空间中抽出，而不通过该设备。 
带电电极的有利的实施方案包括：所述带电电极由轴对称体组成，其中所述轴同时是旋转轴；所述带电电极由辊组成；所述辊在其周边上配备有凸起部分和/或凹入部分(32)，并且目的是使设备获得可能的最高的纺丝效率。 
综上，本发明涉及以下实施方案： 
实施方案1.一种生产纳米纤维的方法，其利用静电纺丝、在由带电电极(30)和对电极(40)之间的电势差产生的电场中从聚合物溶液(2)生产纳米纤维，其中用于纺丝的聚合物溶液(2)借助于旋转带电电极(30)的表面供入所述电场，所述旋转带电电极(30)的表面的一部分浸没在聚合物溶液(2)中，其特征在于，利用旋转带电电极(30)的表面将所述聚合物溶液(2)供入所述电场进行纺丝，所述旋转带电电极(30)用在其转动轴方向中延长的主体产生，所述转动轴垂直于用于贮存纳米纤维的设备(7)的运动方向，并且同时平行于该设备(7)的平面，而在靠近所述对电极(40)的所述带电电极(30)的一部分周边上产生纺丝表面，通过电场的作用由所述导电聚合物溶液(2)形成的纳米纤维(8)从所述纺丝表面向着所述对电极(40)漂移，并且它们被贮存在用于贮存纳米纤维的设备(7)上，并且它们在所述设备上形成层，空气流对在带电电极(30)和对电极(40)之间的空间中漂移的纳米纤维(8)施加作用，所述空气流随后从该空间抽出，并保证除去溶剂蒸汽，借此获得高纺丝生产能力。 
实施方案2.实施方案1的方法，其特征在于，所述空气流通过将空气从所述电极(30，40)之间的空间中抽吸到透气的、用于贮存纳米纤维的设备(7)后面的空间中来产生，所述纳米纤维(8)借助于空气流从带电电极(30)漂移向用于贮存纳米纤维的设备(7)，在该设备(7)上形成纳米纤维(8)的层。 
实施方案3.实施方案1的方法，其特征在于，将辅助的干燥空气(9)供入其中使所述纳米纤维漂移的空间 
实施方案4.实施方案1的方法，其特征在于，通过将空气从电极(30，40)之间的空间抽吸到所述透气的、用于贮存纳米纤维的设备(7)后面的空间中和通过供入辅助的干燥空气(9)来产生所述空气流，而至  少一部分所述辅助的干燥空气(9)从带电电极(30)和所述透气的、用于贮存纳米纤维的设备(7)之间的空间中抽出，而不通过该设备(7) 
实施方案5.实施方案2的方法，其特征在于，所述纳米纤维借助于空气流从其朝向对电极(40)的路线偏离，并且被导向所述透气的用于贮存纳米纤维的设备(7)，在其中所述纳米纤维被生产的所述电极(30，40)之间的电场所不及的空间中、在设备(7)表面上所述纳米纤维被贮存成层。 
实施方案6.实施方案5的方法，其特征在于，将辅助的干燥空气(9)供入其中使所述纳米纤维漂移的空间。 
实施方案7.实施方案6的方法，其特征在于，将至少一部分所述辅助的干燥空气(9)从相对于带电电极(30)在所述透气的用于贮存纳米纤维的设备(7)的前面的空间中抽出，而不通过该设备(7)。 
实施方案8.实施方案1到7任何一项的方法，其特征在于，在进入其中使纳米纤维(8)漂移的空间之前将至少辅助的干燥空气(9)加热。 
实施方案9.实施方案1到7任何一项的方法，其特征在于，所述带电电极(30)用圆柱体(3)形成。 
实施方案10.实施方案8的方法，其特征在于，所述带电电极(30)用圆柱体(3)形成。 
实施方案11.一种用于生产纳米纤维的设备，其利用静电纺丝、在由带电电极(30)和对电极(40)之间的电势差产生的电场中从聚合物溶液(2)生产所述纳米纤维，所述带电电极(30)被装在枢轴上并且其周边的一部分被浸没在所述聚合物溶液(2)中，而对着所述带电电极(30)的周边的自由部分定位所述对电极(40)，其特征在于，所述装在枢轴上的带电电极(30)用在其转动轴的方向中延长的主体形成，该转动轴垂直于用于贮存纳米纤维的设备(7)的运动方向并且同时平行于该设备(7)的平面，透气的、用于贮存纳米纤维的设备(7)位于电极(30，40)之间，而相对于所述带电电极(30)在该设备(7)后面的空间被连接到真空源(6)，该真空源(6)用来产生从电极(30，40)之间的空间导出到该设备(7)的空气流，以及将空气流与溶剂蒸汽一起从纳米纤维漂移的空间抽出。 
实施方案12.实施方案11的设备，其特征在于，将辅助的干燥空气(9)的进口(90)引向电极(30，40)之间的空间。 
实施方案13.实施方案12的设备，其特征在于，辅助的干燥空气(9) 的进口(90)导向用于贮存纳米纤维的设备(7)。 
实施方案14.实施方案12的设备，其特征在于，辅助的干燥空气(9)的进口(90)中定位空气加热设备(91)。 
实施方案15.实施方案11的设备，其特征在于，所述用于贮存纳米纤维的设备(7)由所述纳米纤维的平面支持材料(72)组成，并定位在输送器(41)上。 
实施方案16.实施方案15的设备，其特征在于，所述输送器(41)由对电极(40)组成。 
实施方案17.实施方案15的设备，其特征在于，所述输送器(41)由所述纳米纤维的平面支持材料(72)的拉伸元件(42)组成。 
实施方案18.实施方案11的设备，其特征在于，所述用于贮存纳米纤维的设备(7)由透气的输送装置(71)组成。 
实施方案19.实施方案11-18任一项的设备，其特征在于，所述对电极(30)是圆柱体(3)。 
实施方案20.实施方案19的设备，其特征在于，所述圆柱体(3)在其周边上配备有凸起部分(31)和/或凹入部分(32)。 
实施方案21.实施方案11-18任一项的设备，其特征在于，所述对电极(30)是棱柱体。 
实施方案22.实施方案11到16任何一项的方法，其特征在于，沿着所述带电电极(30)的总长度，所述带电电极(30)的周边的自由部分被对电极(40)围绕。 
实施方案23.实施方案11-18任一项的设备，其特征在于，将至少一部分空气从相对于带电电极(30)在用于贮存纳米纤维的设备(7)前面的空间中抽出，而不通过该设备(7)。 
实施方案24.一种用于生产纳米纤维的设备，其利用静电纺丝、在由带电电极(30)和对电极(40)之间的电势差产生的电场中从聚合物溶液(2)生产所述纳米纤维，所述带电电极(30)被装在枢轴上并且其周边的一部分被浸没在所述聚合物溶液(2)中，而对着所述带电电极(30)的周边的自由部分定位所述对电极(40)，其特征在于，所述装在枢轴上的带电电极(30)用在其转动轴的方向中延长的主体形成，在所述电极(30，40)之间的空间之外定位有透气的用于贮存纳米纤维的所述设备(7)，而相对于所述带电电极(30)在该设备(7)后面的空间被连接到用来产生朝向该设备(7)的空气流、以及将空气流与溶剂蒸汽一起从纳 米纤维漂移的空间抽出的真空源(6)。 
实施方案25.实施方案24的设备，其特征在于，将辅助的干燥空气(9)的进口(90)引向在电极(30，40)之间的空间。 
实施方案26.实施方案25的设备，其特征在于，在辅助的干燥空气(9)的进口(90)中定位空气加热设备(91)。 
实施方案27.实施方案24的设备，其特征在于，所述用于贮存纳米纤维的设备(7)由所述纳米纤维的平面支持材料(72)组成，并定位在输送器(41)上。 
实施方案28.实施方案27的设备，其特征在于，所述输送器(41)由对电极(40)组成。 
实施方案29.实施方案27的设备，其特征在于，所述输送器(41)由所述纳米纤维的平面支持材料(72)的拉伸元件(42)组成。 
实施方案30.实施方案24的设备，其特征在于，所述用于贮存纳米纤维的设备(7)由透气的输送装置(71)组成。 
实施方案31.实施方案24-30任一项的设备，其特征在于，所述对电极(30)是圆柱体(3)。 
实施方案32.实施方案31的设备，其特征在于，所述圆柱体(3)在其周边上配备有凸起部分(31)和/或凹入部分(32)。 
实施方案33.实施方案24-30任一项的设备，其特征在于，所述对电极(30)是棱柱体。 
实施方案34.实施方案24-30任一项的设备，其特征在于，将至少一部分空气从相对于带电电极(30)在用于贮存纳米纤维的设备(7)前面的空间中抽出，而不通过该设备(7)。 
附图说明 
附图中示意地显示了本发明设备实施方案的实例，其中：图1是设备的横截面，其中对电极围绕带电电极的一部分周边，图2是设备的一个实施方案的横截面，其中在所述电极之间的空间之外具有贮存纳米纤维的装置，图3是设备的横截面，其中贮存纳米纤维的装置由定位在所述电极之间的平面支持材料形成，所述平面支持材料位于由拉伸元件组成的输送带中，图4是类似于图1的实施方案，其中固定电极由纵向的棒条体组成，并且纳米纤维的平面支持材料的输送器安装在这些棒条体之间，图5a到5e是表示带电电极的圆柱体表面的各种实施方案  的前视图和侧视图。 
具体实施方式
一种用于通过静电纺丝在电场中从聚合物溶液生产纳米纤维的设备，所述电场由带电电极和对电极之间的电势差产生，所述设备由以下组成：容器1，其至少部分地填充有聚合物溶液2，其中浸没了装在枢轴上的圆柱体3的一部分周边，该圆柱体3通过众所周知的未显示的方法连接到直流电压源，并且其形成带电电极30。对着带电电极30的周边的自由部分，是定位的具有不同电势的对电极40，其通常是接地的，如图1中所述，或者其通过众所周知的未显示的方法连接到具有不同的极性的直流电压源。 
在未显示的实施方案中，圆柱体3的周边的底部部分浸没在聚合物溶液2中。这样的配置可以根据未显示的实例改变，其中聚合物溶液被填充在密闭容器中，将聚合物溶液从该密闭容器分配到带电电极的表面上，或者表示带电电极的所述圆柱体被定位在这样的密闭容器中，而聚合物溶液例如润湿所述圆柱体的周边的上部部分，其从所述容器中将适当量的聚合物溶液吸收到其周边上。 
在示于图1中的实施方案的实例中，对电极40由穿孔的导电材料制成，例如金属片，被成型为圆柱面，其形成真空室5的前端，真空室5被连接到真空源6。靠近带电电极30的对电极40的表面的一部分起到透气的所述纳米纤维的平面支持材料72的输送器41的作用，平面支持材料72例如由背衬织物制成，并且其定位在退绕设备81和卷轴设备82上，退绕设备81安装在真空室5的一侧，卷轴设备82安装在真空室5的另一侧。在该显示的实施方案中，纳米纤维的平面支持材料72本身形成了透气的用于贮存纳米纤维的装置7。 
聚合物溶液2的容器1是打开的，并且装配有至少一个聚合物溶液2进口11和至少一个聚合物溶液2出口12。提到的聚合物溶液进口11和出口12用来提供聚合物溶液2的循环，并且保持其在所述容器1中的水平面的高度恒定。 
辅助的干燥空气9的供给源90指向带电电极30和对电极40之间的空间，根据需要其可以按照众所周知的方式被加热，例如使用安装在辅助的干燥空气9的供给源90中的加热设备91。来自带电电极30和对电极40之间的空间的辅助的干燥空气9被完全地或者部分地吸入真空室  5，或者其在被提供的一侧的对面出来。 
借助于旋转带电电极30，其中其周边的一部分被浸没在聚合物溶液2中，带电电极30的所述周边将聚合物溶液2从所述容器1中带出，进入带电电极30和对电极40之间的空间，在该空间中形成有电场。在此，在带电电极30的表面上，由所述聚合物溶液2形成了具有高稳定性的泰勒锥体，并且它们提供了纳米纤维20的最初形成的位置。形成的纳米纤维20借助于电场的作用漂移到对电极40，并且因此沉积在代表所述纳米纤维的平面支持材料72的背衬织物的表面上，形成一个层，该层的厚度利用退绕设备81和卷轴设备82的速度控制。 
纳米纤维20离开带电电极30向着对电极40的漂移借助于空气流促进，该空气流从外部空间吸入真空室5，并且经过聚合物溶液2的容器1和带电电极30，并且通过代表所述纳米纤维的平面支持材料72的背衬织物和对电极40。 
在示于图4中的实施方案中，对电极40利用另一种适当的方法制造，例如由平行于装在枢轴上的圆柱体3(代表带电电极30)的棒条体400制造。在形成对电极40的棒条体400之间，安装了辅助的棒条体410，它们形成所述纳米纤维的平面支持材料72的输送器41，所述纳米纤维的平面支持材料72形成了用于贮存纳米纤维的设置7。然而，某些或者所有的辅助的棒条体410可以是可旋转的，以便在输送所述纳米纤维的支持材料72时降低摩擦阻力。在该实施方案中，所述纳米纤维的支持材料72的输送器还可以由形成对电极40的棒条体400组成。在所述设备中，纳米纤维20以高的数量生产，因此纺丝设备生产能力的限制因素是聚合物溶剂从生产的纳米纤维20中蒸发的速率以及将蒸发的溶剂抽出的速率，所述蒸发的溶剂将在短时间内产生饱和蒸汽状态，而不容许在带电电极30和对电极40之间的空间中进一步蒸发溶剂。因此，所述设备装配了辅助的干燥空气9的供给源90，其将溶剂蒸气特别地从带电电极30和对电极40之间的空间中抽出。为了提高该效果，所述辅助的干燥空气9可以被加热。 
本发明的下一个实例描述在图2中，其中，如在图1的实施方案中，带电电极30被装在枢轴上，并且其周边的一部分位于聚合物溶液2中，聚合物溶液2位于所述容器1中，并且通过使聚合物溶液2通过进口11和出口12流动而使其保持循环和保持在所述容器1中的水平面。对着装在  枢轴上的带电电极30的周边的自由部分，定位了对电极40，其由一系列导线或者棒条体组成，它们被接地或者通过众所周知的未显示的方式连接到与带电电极30具有相反极性的直流电压源。在电极(30，40)之间的空间(在此，产生了静电场并且通过静电纺丝从聚合物溶液2生产了纳米纤维20)之外，定位了透气的纳米纤维的输送装置71，其形成贮存纳米纤维的设备7，在其后面安装了连接到真空源6的真空室5。 
由于电场的作用，由带电电极30引导到对电极40的纳米纤维20，在被吸入真空室5的空气流作用下，路线发生偏移，并且漂移到透气的输送装置71上，在其表面上它们被放置成层，通过输送装置71的运动，所述层被带出所述设备，并且进一步通过适当的未显示的方式被加工、调节或者贮藏。为了增加在电极30、40之间的空间中的空气的量，为所述设备装配了辅助的干燥空气9的进口91，所述干燥空气9进入所述设备，朝向透气的输送装置71的方向，其进一步促进了纳米纤维20向着对电极40移动的路线向朝向透气的输送装置71的偏转。 
同样，在该实施方案中，在对电极的设置和形状方面有各种改变的可能性。还可以在透气的输送装置71前面插入背衬织物或者另一种平面支持材料72，并且纳米纤维20的层可以被贮存在该平面支持材料72上。 
在图3中描述了一种设备的实施方案，该设备由装在枢轴上的带电电极30组成，带电电极30的周边的底部部分浸没在聚合物溶液2中。对着装在枢轴上的带电电极30的周边的自由部分，定位了对电极40，其由与带电电极30的旋转轴平行的棒条体的系统组成，并且利用由拉伸元件42组成的输送器41将纳米纤维的平面支持材料72输送通过电极30，40之间的空间。 
带电电极30由能够旋转的主体组成，例如圆柱体、四棱或者多棱棱柱体等等，如果旋转轴同时是使用的主体的对称轴，则是有利的。圆柱体3的周边上配备有凸起部分31和/或凹入部分32。适合于带电电极的圆柱体表面的形状的实例描述于图5a到5e，然而这些形状不限制所有可能的实施方案，而是仅仅作为例子。在以上描述的实施方案中，在电极之间产生了稳定的电场。如果为了产生或者贮存纳米纤维20的层而需要的话，可以为所述设备配备用于产生间歇的电场的设置。 
特定的实施例描述如下。 
实施方案1的实施例 
在图1的设备中的聚合物溶液2的容器1中，装入12％的聚乙烯醇水溶液，该聚乙烯醇具有88％水解度，分子量Mw＝85,000，相对于聚合物的结构单元包含5摩尔百分数的作为交联剂的柠檬酸。所述溶液的粘度在20℃下是230mPa.s，比电导率为31mS/cm，并且表面张力为38mN/m。聚合物溶液2通过进口11流入所述容器1，并且通过出口12流出，这样利用出口12的位置使所述容器1中的聚合物溶液2的水平面高度得到保持。带电电极30由图5c的实施方案中的直径为30毫米的圆柱体3组成，并且其以2.5RPM顺时针方向旋转。圆柱体3被连接到+40千伏直流电压源。所述设备按照图1制造，并且在其中放置形成所述纳米纤维的平面支持材料72的背衬织物。由于在透气的对电极40后面存在低压室6中的低压，因此所述平面材料靠近对电极40，这样形成平面材料输送器。旋转圆柱体3的表面将聚合物溶液2从所述容器1中拉出，并且由于电极30、40之间的电场，聚合物溶液2形成泰勒锥体以及直径为50到200纳米的纳米纤维2。纳米纤维20漂移到对电极40，并且它们贮存在运动的背衬织物上，在那里它们形成一个层，层的厚度可以借助于背衬织物的运动速度来控制。将温度为50℃的辅助的干燥空气9供入电极之间的空间。对于一米长度的旋转圆柱体3，纳米纤维的层的生产量为1.5克/分钟。 
实施方案2的实施例 
在图2的设备中的聚合物溶液2的容器1中，装入10％的聚乙烯醇水溶液，该聚乙烯醇具有98％水解度，分子量Mw＝120,000，相对于聚合物的结构单元包含5摩尔百分数的作为交联剂的柠檬酸。所述溶液的粘度在20℃下为260mPa.s，其比电导率已经通过加入少量NaCl水溶液调节到25mS/cm，并且表面张力已经通过添加0.25％的noniomogene表面活性剂调节到36mN/m。聚合物溶液2通过进口11流入所述容器1，并且通过出口12流出，其中出口12的位置决定了聚合物溶液2在所述容器1中的水平面高度。表示带电电极的圆柱体3具有50毫米的直径，并且具有描述于图5a中的光滑表面。圆柱体3被连接到+40千伏直流电压源，而导线对电极40被连接到负5千伏直流电压源。在带电电极30和对电极40之间的空间中生产了直径为50到200纳米的纳米纤维20，其借助于从所述电极30、40之间的空间吸入所述真空室5的空气并且利用辅助的干燥  空气9而漂移到透气的输送装置71的表面，在此处它们被贮存成纤维层，对于一米长度的旋转圆柱体产量为1.8克/分钟。 
工业实用性 
本发明的方法和设备适用于生产直径为50到200纳米的纳米纤维的层。这些层可以用于过滤，作为电池隔板，用于生产特殊的复合材料，用于构成具有极低时间常数的传感器，用于生产防护服，用于医药及其他领域。 

Claims (34)

1.一种生产纳米纤维的方法，其利用静电纺丝、在由带电电极(30)和对电极(40)之间的电势差产生的电场中从聚合物溶液(2)生产纳米纤维，其中用于纺丝的聚合物溶液(2)借助于旋转带电电极(30)的表面供入所述电场，所述旋转带电电极(30)的表面的一部分浸没在聚合物溶液(2)中，其特征在于，利用旋转带电电极(30)的表面将所述聚合物溶液(2)供入所述电场进行纺丝，所述旋转带电电极(30)由在其转动轴方向上延长的主体产生，所述转动轴垂直于用于贮存纳米纤维的设备(7)的运动方向，并且同时平行于该设备(7)的平面，而在靠近所述对电极(40)的所述带电电极(30)的一部分周边上产生纺丝表面，通过电场的作用由所述导电聚合物溶液(2)形成的纳米纤维(8)从所述纺丝表面向着所述对电极(40)漂移，并且它们被贮存在用于贮存纳米纤维的设备(7)上，并且它们在所述设备上形成层，空气流对在带电电极(30)和对电极(40)之间的空间中漂移的纳米纤维(8)施加作用，所述空气流随后从该空间抽出，并保证除去溶剂蒸汽，借此获得高纺丝生产能力。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述空气流通过将空气从所述电极(30，40)之间的空间中抽吸到透气的、用于贮存纳米纤维的设备(7)后面的空间中来产生，所述纳米纤维(8)借助于空气流从带电电极(30)漂移向用于贮存纳米纤维的设备(7)，在该设备(7)上形成纳米纤维(8)的层。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，将辅助的干燥空气(9)供入其中使所述纳米纤维漂移的空间。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过将空气从电极(30，40)之间的空间抽吸到所述透气的、用于贮存纳米纤维的设备(7)后面的空间中和通过供入辅助的干燥空气(9)来产生所述空气流，而至少一部分所述辅助的干燥空气(9)从带电电极(30)和所述透气的、用于贮存纳米纤维的设备(7)之间的空间中抽出，而不通过该设备(7)。
5.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述纳米纤维借助于空气流从其朝向对电极(40)的路线偏离，并且被导向所述透气的用于贮存纳米纤维的设备(7)，在生产所述纳米纤维的所述电极(30，40)之间的电场所不及的空间中、所述纳米纤维在设备(7)表面上贮存成层。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，将辅助的干燥空气(9)供入其中使所述纳米纤维漂移的空间。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，将至少一部分所述辅助的干燥空气(9)从相对于带电电极(30)在所述透气的用于贮存纳米纤维的设备(7)的前面的空间中抽出，而不通过该设备(7)。
8.根据权利要求1到7任何一项的方法，其特征在于，在进入其中使纳米纤维(8)漂移的空间之前将至少辅助的干燥空气(9)加热。
9.根据权利要求1到7任何一项的方法，其特征在于，所述带电电极(30)用圆柱体(3)形成。
10.根据权利要求8的方法，其特征在于，所述带电电极(30)用圆柱体(3)形成。
11.一种用于生产纳米纤维的设备，其利用静电纺丝、在由带电电极(30)和对电极(40)之间的电势差产生的电场中从聚合物溶液(2)生产所述纳米纤维，所述带电电极(30)被装在枢轴上并且其周边的一部分被浸没在所述聚合物溶液(2)中，而对着所述带电电极(30)的周边的自由部分定位所述对电极(40)，其特征在于，所述装在枢轴上的带电电极(30)用在其转动轴的方向中延长的主体形成，该转动轴垂直于用于贮存纳米纤维的设备(7)的运动方向并且同时平行于该设备(7)的平面，透气的、用于贮存纳米纤维的设备(7)位于电极(30，40)之间，而相对于所述带电电极(30)在该设备(7)后面的空间被连接到真空源(6)，该真空源(6)用来产生从电极(30，40)之间的空间导出到该设备(7)的空气流，以及将空气流与溶剂蒸汽一起从纳米纤维漂移的空间抽出。
12.根据权利要求11的设备，其特征在于，将辅助的干燥空气(9)的进口(90)引向电极(30，40)之间的空间。
13.根据权利要求12的设备，其特征在于，辅助的干燥空气(9)的进口(90)导向用于贮存纳米纤维的设备(7)。
14.根据权利要求12的设备，其特征在于，在辅助的干燥空气(9)的进口(90)中定位空气加热设备(91)。
15.根据权利要求11的设备，其特征在于，所述用于贮存纳米纤维的设备(7)由所述纳米纤维的平面支持材料(72)组成，并定位在输送器(41)上。
16.根据权利要求15的设备，其特征在于，所述输送器(41)由对电极(40)组成。
17.根据权利要求15的设备，其特征在于，所述输送器(41)由所述纳米纤维的平面支持材料(72)的拉伸元件(42)组成。
18.根据权利要求11的设备，其特征在于，所述用于贮存纳米纤维的设备(7)由透气的输送装置(71)组成。
19.根据权利要求11-18任一项的设备，其特征在于，所述带电电极(30)是圆柱体(3)。
20.根据权利要求19的设备，其特征在于，所述圆柱体(3)在其周边上配备有凸起部分(31)和/或凹入部分(32)。
21.根据权利要求11-18任一项的设备，其特征在于，所述带电电极(30)是棱柱体。
22.根据权利要求11到16任何一项的设备，其特征在于，沿着所述带电电极(30)的总长度，所述带电电极(30)的周边的自由部分被对电极(40)围绕。
23.根据权利要求11-18任一项的设备，其特征在于，将至少一部分空气从相对于带电电极(30)在用于贮存纳米纤维的设备(7)前面的空间中抽出，而不通过该设备(7)。
24.一种用于生产纳米纤维的设备，其利用静电纺丝、在由带电电极(30)和对电极(40)之间的电势差产生的电场中从聚合物溶液(2)生产所述纳米纤维，所述带电电极(30)被装在枢轴上并且其周边的一部分被浸没在所述聚合物溶液(2)中，而对着所述带电电极(30)的周边的自由部分定位所述对电极(40)，其特征在于，所述装在枢轴上的带电电极(30)用在其转动轴的方向中延长的主体形成，在所述电极(30，40)之间的空间之外定位有透气的用于贮存纳米纤维的设备(7)，而相对于所述带电电极(30)在该设备(7)后面的空间被连接到用来产生朝向该设备(7)的空气流、以及将空气流与溶剂蒸汽一起从纳米纤维漂移的空间抽出的真空源(6)。
25.根据权利要求24的设备，其特征在于，将辅助的干燥空气(9)的进口(90)引向在电极(30，40)之间的空间。
26.根据权利要求25的设备，其特征在于，在辅助的干燥空气(9)的进口(90)中定位空气加热设备(91)。
27.根据权利要求24的设备，其特征在于，所述用于贮存纳米纤维的设备(7)由所述纳米纤维的平面支持材料(72)组成，并定位在输送器(41)上。
28.根据权利要求27的设备，其特征在于，所述输送器(41)由对电极(40)组成。
29.根据权利要求27的设备，其特征在于，所述输送器(41)由所述纳米纤维的平面支持材料(72)的拉伸元件(42)组成。
30.根据权利要求24的设备，其特征在于，所述用于贮存纳米纤维的设备(7)由透气的输送装置(71)组成。
31.根据权利要求24-30任一项的设备，其特征在于，所述带电电极(30)是圆柱体(3)。
32.根据权利要求31的设备，其特征在于，所述圆柱体(3)在其周边上配备有凸起部分(31)和/或凹入部分(32)。
33.根据权利要求24-30任一项的设备，其特征在于，所述带电电极(30)是棱柱体。
34.根据权利要求24-30任一项的设备，其特征在于，将至少一部分空气从相对于带电电极(30)在用于贮存纳米纤维的设备(7)前面的空间中抽出，而不通过该设备(7)。
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