專利名稱：一種制備納米纖維靜電紡絲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于旋轉(zhuǎn)圓錐、圓盤、圓筒等收集方式的靜電紡絲技 術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種制備螺旋纏繞結(jié)構(gòu)及有序排列結(jié)構(gòu)的納米纖維 靜電紡絲的裝置。
技術(shù)背景
靜電紡絲是近十幾年來被廣泛研究開發(fā)和使用的制備準(zhǔn)一維納 米纖維的一種新技術(shù)，具有操作工藝簡單以及較廣泛的適用性等特 點。纖維的直徑分布范圍可從幾個微米到最小幾個納米之間變化。在
制備過程中，聚合物復(fù)合溶液被裝入紡絲容器內(nèi)，在5—30千伏高壓 靜電場作用下，聚合物液體從噴絲嘴噴射出去，形成很細(xì)的射流。由 于強電場的拉伸作用以及射流內(nèi)部電荷的排斥作用，射流被細(xì)化(越 拉越細(xì))或發(fā)生劈裂，最終形成納米纖維并沉積在收集裝置上。到目 前為止，研究人員已經(jīng)成功的將成百上千種材料——例如工程聚合 物、醫(yī)用生物材料、陶瓷、碳等有機、無機、生物材料的納米纖維用 靜電紡絲技術(shù)制備出來。靜電紡絲制備的納米纖維在復(fù)合材料增強 體、微/納電子器件、納米傳感器、過濾與分離、生物醫(yī)學(xué)、防護服 等諸多領(lǐng)域具有廣泛的潛在的應(yīng)用。目前，采用通常方法一靜止的金 屬板或?qū)w收集的無紡布狀的納米纖維，其微觀結(jié)構(gòu)是無序排列的， 這限制了電紡纖維在某些方面的應(yīng)用，例如光學(xué)偏振器件("基于定
向纖維的散射型偏振片及其制備方法"，中國專利申請?zhí)?br> 200810018826.5;近年來，很多科研人員致力于用靜電紡絲技術(shù)制備 有序排列結(jié)構(gòu)的納米纖維；狹縫收集、輔助外電場或磁場收集、框架 收集等不同方法和技術(shù)被陸續(xù)提出和報道，其中采用旋轉(zhuǎn)圓筒(滾筒) 收集是比較普遍的一種方式。例如，中國專利申請的"靜電紡絲裝置"
(申請?zhí)?00720067712.0 )和"靜電紡絲儀"(申請?zhí)?200610125960.6)都采用了圓筒收集。據(jù)檢索，目前對靜電紡絲法制
3備螺旋纏繞結(jié)構(gòu)納米纖維的技術(shù)報道尚未見成熟之例。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，尋求設(shè)計提 供一種用收集方式制備有序排列結(jié)構(gòu)的納米纖維的設(shè)備裝置，其中旋 轉(zhuǎn)圓錐收集還可以制備螺旋纏繞結(jié)構(gòu)的納米纖維，其收集器將旋轉(zhuǎn)圓 錐、圓盤、圓筒等多種收集器方式進(jìn)行了集成互換，為實際操作中任 選收集器形式提供了可能。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提出的制備螺旋結(jié)構(gòu)及有序排列 結(jié)構(gòu)納米纖維的靜電紡絲裝置，其主體結(jié)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)圓錐或圓盤或圓 筒收集器、單噴頭或多噴頭針管、可上下左右調(diào)動的電機、金屬螺紋 旋轉(zhuǎn)軸、高壓靜電發(fā)生器和可調(diào)式電機座，可上下左右調(diào)動的電機固 定連接在可調(diào)式電機座的頂端，電機座在上下、左右方向制成伸縮式 結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)三維空間可調(diào)，電機動力輸出端制有金屬螺紋旋轉(zhuǎn)軸，其 旋轉(zhuǎn)軸外端部上的螺紋與收集器配合固定對應(yīng)連接，收集器端口對向 針管并收集由針管噴出的絲線，針管上的噴頭與高壓靜電發(fā)生器的正 極端電連通，高壓靜電發(fā)生器的負(fù)極端與電機上的輸出軸電連通；針 管可拆卸式安裝，便于不同數(shù)量噴頭針管的更換；收集器結(jié)構(gòu)為輕質(zhì) 圓錐式或圓盤式或圓筒式，其中心軸線上制有螺母紋與電機輸出軸嚙 合對接，便于調(diào)整和更換不同結(jié)構(gòu)的收集器；替代圓錐收集器采用旋 轉(zhuǎn)圓筒收集器可以制備比較均勻、有序排列程度較高的納米纖維膜， 通過調(diào)節(jié)電機旋轉(zhuǎn)速度或圓筒的直徑，還可以調(diào)節(jié)纖維有序、無序排 列的程度；替代圓錐收集器采用旋轉(zhuǎn)圓盤收集器是利用相同角速度下 半徑越大線速度越大的原理，在一個圓盤上可以同時制備不同微觀結(jié) 構(gòu)的納米纖維膜，即靠近旋轉(zhuǎn)軸或圓心的部位收集的納米纖維有序排 列程度很低，遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)軸的部位收集的纖維有序排列程度較高；旋轉(zhuǎn) 圓錐收集器，通過錐尖錐面對紡絲纖維的旋轉(zhuǎn)拉伸作用，可以同時制 備具有螺旋纏繞結(jié)構(gòu)及有序排列結(jié)構(gòu)的納米纖維；本實用新型將圓 錐、圓盤或圓筒三種不同的收集方式集成起來，可以根據(jù)實際需要進(jìn) 行選擇、更換，方便實用。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下特點和優(yōu)點(1)提出的旋 轉(zhuǎn)圓錐收集可以制備螺旋纏繞結(jié)構(gòu)和有序排列結(jié)構(gòu)的納米纖維；(2) 提出的旋轉(zhuǎn)圓盤收集可以制備圓心部位是無序排列、邊緣部位是有序 排列結(jié)構(gòu)的納米纖維膜；(3)裝置結(jié)構(gòu)簡單，功能較多，集成旋轉(zhuǎn)圓
錐、圓盤和圓筒等收集方式，可以按需要制備不同微觀形貌和結(jié)構(gòu)的 納米纖維。



圖1為本實用新型的旋轉(zhuǎn)圓錐收集器納米纖維靜電紡絲裝置的 結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖并通過實施例作進(jìn)一步說明。
本實施例的主體結(jié)構(gòu)包括圓錐或圓盤或圓筒收集器4、單噴頭或 多噴頭針管2、可上下左右調(diào)動的電機3、金屬螺紋旋轉(zhuǎn)軸5、高壓 靜電發(fā)生器1和可調(diào)式電機座6，可上下左右調(diào)動的電機固定連接在 可調(diào)式電機座的頂端，電機座在上下、左右方向制成伸縮式結(jié)構(gòu)，實 現(xiàn)三維空間可調(diào)，電機動力輸出端制有金屬螺紋旋轉(zhuǎn)軸，其旋轉(zhuǎn)軸外 端部上的螺紋與收集器配合固定對應(yīng)連接，收集器端口對向針管并收 集由針管噴出的絲線，針管上的噴頭與高壓靜電發(fā)生器的正極端電連 通，高壓靜電發(fā)生器的負(fù)極端與電機上的輸出軸電連通；針管可拆卸 式安裝，便于不同數(shù)量噴頭針管的更換；收集器結(jié)構(gòu)為輕質(zhì)圓錐式或 圓盤式或圓筒式，其中心軸線上制有螺母紋與電機輸出軸嚙合對接， 便于調(diào)整和更換不同結(jié)構(gòu)的收集器。
本實施例選用的直流高壓電源在0 30千伏范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，高 壓電源的正極與針管2的金屬噴頭相連，負(fù)極與電機3的旋轉(zhuǎn)軸5相 連并接地；帶金屬噴頭的針管2可采用普通的一次性使用注射器代 替，也可用微量注射泵控制流速，其噴頭為一個或多個，使用多噴頭 針管時可以加快紡絲速度；金屬噴頭的內(nèi)徑一般為0. 5 1. 2毫米； 電機3的轉(zhuǎn)速在0 2000轉(zhuǎn)/分種范圍內(nèi)可調(diào)，電機3的支撐可調(diào)式 機座6可以上下、左右調(diào)動并固定，便于以不同的方式和方位收集納米纖維；電機3的動力輸出端帶有一根較長的金屬旋轉(zhuǎn)軸，其前段制 有螺紋和螺母，便于更換、安裝和固定金屬圓盤、圓錐和圓筒三種不 同的收集器；當(dāng)針管中注滿紡絲液時，在自身重力作用下，可自然充 滿噴頭形成泰勒錐，通電后，在電場力作用下，紡絲液從噴頭中被拉 出，形成高速噴射細(xì)流，射流在達(dá)到收集器4之前發(fā)生拉伸細(xì)化或劈 裂，形成微納米纖維，并散落在收集器上，斷開電源，卸下收集器4， 取下紡絲膜；在收集納米纖維的過程中，如果收集器4是靜止或移動 速度很低，收集到的納米纖維基本上是無序排列的無紡布，如果收集 器4在高速轉(zhuǎn)動或移動，納米纖維可能會相互纏繞起來或有序排列起 來，從而收集到特殊結(jié)構(gòu)形貌的紡絲產(chǎn)物。 實施例1:
采用本實施例裝置，先將硝酸鐵0. 1克用無水乙醇5毫升完全溶 解，然后再加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 4克、無水乙醇10毫升，用 磁力攪拌器攪拌2個小時，靜置半小時后加入到單噴頭針管2中，采 用旋轉(zhuǎn)圓錐式收集器4 (圓錐頂角為30度，圓錐旋轉(zhuǎn)速度為800轉(zhuǎn)/ 分鐘)，噴頭與圓錐尖的距離為15厘米，所加直流高電壓為18千伏； 實施過程中先給電機3通電，讓圓錐收集器4旋轉(zhuǎn)起來，然后迅速將 高壓電源加到18千伏，很快會看到圓錐尖部有束狀纖維隨圓錐一起 旋轉(zhuǎn)，10分鐘后，斷開高壓電源和電機3的電源，取下圓錐尖部的 束狀纖維用掃描電鏡觀察，會看到螺旋纏繞結(jié)構(gòu)和有序排列結(jié)構(gòu)的納 米纖維。
實施例2:
采用本實施例裝置，將聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 4克、無水乙醇 15毫升稱量配制好放在一個燒杯中用磁力攪拌器攪拌2個小時，靜 置半小時后加入到單噴頭針管2中，采用旋轉(zhuǎn)圓盤式收集器4 (圓盤 直徑為12厘米，圓盤旋轉(zhuǎn)速度為800轉(zhuǎn)/分鐘)，噴頭與圓盤中心的 距離為15厘米，所加直流高電壓為1S千伏；實施過程中先給電機3 通電，讓圓盤式收集器4旋轉(zhuǎn)起來，然后迅速將高壓電源加到18千 伏，20分鐘后，斷開高壓電源和電機3的電源，取下圓盤上的一層
6纖維膜，用掃描電鏡觀察，會看到圓盤中心部位收集到的纖維是無序 排列結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)離圓盤中心的圓盤邊部位收集到的納米纖維是部分有序 排列結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求1、一種制備納米纖維靜電紡絲裝置，主體結(jié)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)圓錐或圓盤或圓筒收集器、單噴頭或多噴頭針管、可上下左右調(diào)動的電機、金屬螺紋旋轉(zhuǎn)軸、高壓靜電發(fā)生器和可調(diào)式電機座，其特征在于可上下左右調(diào)動的電機固定連接在可調(diào)式電機座的頂端，電機座在上下、左右方向制成伸縮式結(jié)構(gòu)，電機動力輸出端制有金屬螺紋旋轉(zhuǎn)軸，其旋轉(zhuǎn)軸外端部上的螺紋與收集器配合固定對應(yīng)連接，收集器端口對向針管并收集由針管噴出的絲線，針管上的噴頭與高壓靜電發(fā)生器的正極端電連通，高壓靜電發(fā)生器的負(fù)極端與電機上的輸出軸電連通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米纖維靜電紡絲裝置，其特征 在于針管可拆卸式安裝，收集器結(jié)構(gòu)為輕質(zhì)圓錐式或圓盤式或圓筒 式，其中心軸線上制有螺母紋與電機輸出軸嚙合對接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米纖維靜電紡絲裝置，其特征 在于旋轉(zhuǎn)圓錐式收集器的圓錐頂角為30度，圓錐旋轉(zhuǎn)速度為800轉(zhuǎn)/ 分鐘，噴頭與圓錐尖的距離為15厘米。
專利摘要本實用新型屬于旋轉(zhuǎn)圓錐、圓盤、圓筒等收集方式的靜電紡絲技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種制備螺旋纏繞結(jié)構(gòu)及有序排列結(jié)構(gòu)的納米纖維靜電紡絲的裝置；其主體結(jié)構(gòu)包括圓錐或圓盤或圓筒收集器、單噴頭或多噴頭針管、可上下左右調(diào)動的電機、金屬螺紋旋轉(zhuǎn)軸、高壓靜電發(fā)生器和可調(diào)式電機座，可上下左右調(diào)動的電機固定連接在可調(diào)式電機座的頂端，電機動力輸出端制有金屬螺紋旋轉(zhuǎn)軸，其旋轉(zhuǎn)軸外端部上的螺紋與收集器配合固定對應(yīng)連接，收集器端口對向針管并收集由針管噴出的絲線，針管上的噴頭與高壓靜電發(fā)生器的正極端電連通，高壓靜電發(fā)生器的負(fù)極端與電機上的輸出軸電連通；其原理可靠，結(jié)構(gòu)簡單，功能較多，方便實用。
文檔編號D01D5/00GK201343585SQ20082023274
公開日2009年11月11日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者李蒙蒙, 龍云澤 申請人:青島大學(xué)