CN201520821U

CN201520821U - 一种制备空间有序静电纺丝纳米纤维的装置

Info

Publication number: CN201520821U
Application number: CN2009202102485U
Authority: CN
Inventors: 路秀真
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2009-09-27
Filing date: 2009-09-27
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2019-09-27

Abstract

本实用新型涉及一种制备空间有序静电纺丝纳米纤维的装置，属静电纺丝制备工艺技术领域。本实用新型静电纺丝装置的主要特点是采用双阳极双阴极静电纺丝结来进行纳米纤维的制备。在喷射头与收集器之间增加一个环状电极阳极；在收集器下方放置有两个平行的金属条状电极作为双阴极，在稳定强大电场作用下，使喷射头喷出的熔液射流形成纤维，在空间有序地落到收集器上，形成空间有序的电纺纳米纤维。施加的直流高压电压为10～20kV。本实用新型装置不仅可以控制静电纺丝纳米纤维的排列取向，而且还能有效地控制纳米纤维直径的均一性。

Description

一种制备空间有序静电纺丝纳米纤维的装置

技术领域

本实用新型涉及一种制备空间有序静电纺丝纳米纤维的装置，属静电纺丝制备工艺技术领域。

背景技术

静电纺丝技术就是在高压电场下获得纳米纤维的一种技术。其基本过程是，聚合物溶液或熔体在几千至几万伏的高压静电场下克服表面张力而产生导电喷射流，溶液或熔体在喷射过程中干燥、固化最终落在接收装置上形成纤维结构。这一静电过程容许连续性地生产纳米纤维，纤维直径范围在几个纳米至1微米之间，可以用于制备很多种类高分子聚合物及复合材料的纳米纤维。这种技术始于上世纪30年代，兴起于上世纪90年代。由于其制备工艺简单，成本低廉等特点越来越受到研究人员的重视。最初主要应用于纺织领域的生产和研究，研究主要集中在静电纺丝工艺参数对纳米纤维形貌和韧性等结构性能的影响上。随着研究的进展，静电纺丝技术又被引入到功能材料的制备中，如场效应二极管等材料等。近几年，其在无机材料制备方面的应用，由于无机电纺纳米纤维在光、热、电、理学和化学等方面的特性及广泛的应用前景逐渐受到研究者的青睐，如MgO、NiO、ZnO以及碳纳米管电纺纤纤都成为主要研究对象。此外，在生物医学方面的应用，尤其是作为细胞组织等的支架材料，也成为静电纺丝技术的研究热点之一。

在生物医学材料和无机功能纳米纤维的应用中，对纤维的结构和形貌都有严格的要求，因此，电纺纳米纤维组织结构和形貌(包括直径的粗细、纤维的排列)可控性成为主要研究方向和技术难点之一。虽然人们可以用旋转的收集装置、采用近场电纺技术，改变收集电极等方法对静电纺丝纳米纤维的取向进行了一定的控制，但其电场的不稳定仍对纤维形貌的可控性造成了一定的困扰。本发明基于此，提出了一种双阳极双阴极的静电纺丝制备方法。采用这种方在以很大程度上对电场的不稳定性进行改善，大大提高了静电仿丝纳米纤维直径的均匀度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种制备空间有序静电纺丝纳米纤维的装置。

本实用新型一种制备空间有序静电纺丝纳米纤维的装置，包括有储液装置、喷射头、金属环状电极、板状收集器、金属条状电极及高压电源；其特征在于：盛有纺丝熔液或溶液的储液装置的底部设有喷射头，喷射头的口端作为阳极；金属环状电极设置在喷射头和板状收集器之间，金属环状电极和喷射头口端共同形成双阳极，且与高压电源正极相连接；板状收集器的下面设置有二条左右平行对称布置的金属条状电极，作为双阴极，且与高压电源的负极相连接，或者接地；两个金属条状电极的间距根据纤维长短要求可进行调节；板状收集器和上方的储液装置之间的距离在工艺要求长度之间，能连续可调。

所述的高压电源，施加于电纺熔液和金属条状双阴极之间，其较合适的电压为10～20KV。

所述的板状收集器为一板状结构的不导电绝缘材料制成。

所述的储液装置内盛放的纺丝熔液为各种高分子聚合物溶液及添加的颗粒，如聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、尼龙、涤纶中的任一种；无机颗粒为MgO、NiO、ZnO、CNT中的任一种。

本实用新型静电纺丝装置的特点是采用了双阳极双阴极，电纺熔液在高电压作用下由喷射口喷出，且在双阳极形成的稳定电场下，形成稳定均一的喷射流，喷射流在收集装置附近的双阴极形成的分裂电场的作用下，纤维以空间有序方式落到板状收集装置上，形成在两个阴极之间空间有序的电纺纳米纤维。

本实用新型静电纺丝装置，不仅可以控制静电纺丝纳米纤维的排列取向，而且还能有效地对纳米纤维直的均一性进行控制。

附图说明

图1为本实用新型静电纺丝装置的简单示意图。

图2为图1中的双阴极结构示意图。

具体实施方式

现将本实用新型的静电纺丝装置结合附图和实施例详细叙述于后。

实施例：参见图1和图2，本静电纺丝装置包括有储液装置1、喷射头2、金属环状电极3、板状收集器4、金属条状电极5及高压直流电源装置6；盛有纺丝熔液或溶液的储液装置1的底部设有喷射头2，喷射头2的口端作为阳极、实际上喷射头整体与储液装置盛有的能导电的电纺连成整体构成阳极；在喷射头2的下面，也即在喷射头2和板状收集器4之间，设置有金属环状电极3，该金属环状电极3和喷射头2口端共同形成双阳极结构，且与高式直流电源装置6的正极相连接；板状收集器4的下面设置有二条左右平行对称布置的金属条状电极5，其作为双阴极结构，且与高压直流电源装置6的负极相连接，或者接地；两个金属条状电极5的间距根据纤维长短要求由调节机构进行距离调节；板状收集器4和其上方的储液装置1之间的距离在工艺要求长度之间能连续可调，由专设机构进行调节。板状收集器4为不导电的绝缘材料制成。

本实施例中，作为试验例，板状收集器4和储液装置1之间的距离为30厘米。高压直流电源装置6施加于电纺熔液和金属条状双阴极之间的电压为15KV。可以通过调节高压电源来改变静电纺丝过程中静电场的大小。

本实用新型静电纺丝装置的运作过程如下所述：

在双阳极结构产生的稳定高压电场作用下，带有正电的电纺熔液由喷射头2喷出，并形成稳定均一的喷射细流，所述喷射细流在板状收集器4附近双阴极形成的分裂电场作用下，以及在收集区域形成一个电力线向两个条状阴极靠拢的电场作用下，喷射细流形成纤维在空间有序地落到板状收集装置上，形成在两个阴极间之间有序的电纺纳米纤维。

Claims

1.一种制备空间有序静电纺丝纳米纤维的装置，包括有储液装置(1)、喷射头(2)、金属环状电极(3)、板状收集器(4)、金属条状电极(5)及高压电源(6)；其特征在于：盛有纺丝熔液或溶液的储液装置(1)的底部设有喷射头(2)，喷射头(2)的口端作为阳极；金属环状电极(3)设置在喷射头(2)和板状收集器(4)之间，金属环状电极(3)和喷射头(2)口端共同形成双阳极，且与高压电源(6)正极相连接；板状收集器(4)的下面设置有二条左右平行对称布置的金属条状电极(5)，作为双阴极，且与高压电源(6)的负极相连接，或者接地；两个金属条状电极(5)的间距根据纤维长短要求可进行调节；板状收集器(4)和上方的储液装置(1)之间的距离在工艺要求长度之间，能连续可调。

2.如权利要求1所述的一种制备空间有序静电纺丝纳米纤维的装置，其特征在于所述的高压电源(6)，施加于电纺熔液和金属条状双阴极之间，其较合适的电压为10～20KV。

3.如权利要求1所述的一种制备空间有序静电纺丝纳米纤维的装置，其特征在于所述的板状收集器(4)为一板状结构的不导电绝缘材料制成。

4.如权利要求1所述的一种制备空间有序静电纺丝纳米纤维的装置，其特征在于所述的储液装置(1)内盛放的电纺熔液为各种高分子聚合物溶液及添加的其他无机颗粒等，如聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、尼龙、涤纶中的任一种；无机颗粒为MgO、NiO、ZnO、CNT中的任一种。