專利名稱：裝有圓錐形輔助電極的多噴頭靜電紡絲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紡織領(lǐng)域，涉及到一種帶有圓錐形輔助電極的多噴頭靜電紡絲裝置， 通過(guò)在噴頭附近安裝輔助電極，降低噴頭間電場(chǎng)的相互干擾并且得到的納米纖維更細(xì)，纖網(wǎng)更均勻。
背景技術(shù)：
靜電紡絲是目前制備聚合物納米纖維的一種有效、便捷的方法。其工作原理是在噴絲頭上加上幾千伏甚至幾萬(wàn)伏的電壓，隨著電壓的加大，接收裝置和噴頭間電場(chǎng)強(qiáng)度不斷增大，噴頭尖端液體被逐漸拉長(zhǎng)，形成泰勒錐。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到某臨界值時(shí)，電場(chǎng)力克服溶液或熔融體表面張力，射流從泰勒錐表面噴出。射流初始階段較為穩(wěn)定，呈現(xiàn)直線狀。隨著溶劑的蒸發(fā)、電場(chǎng)強(qiáng)度下降等因素的影響，射流開(kāi)始以螺旋狀向前運(yùn)動(dòng)，最終無(wú)序地分布在接收裝置上。目前單噴頭靜電紡絲的產(chǎn)量低，而多噴頭靜電紡絲中射流間相互影響，從而使得紡絲過(guò)程中射流的連續(xù)性較差，且纖網(wǎng)分布不均勻，進(jìn)而給靜電紡絲走向產(chǎn)業(yè)化造成了一定的阻力，而裝有輔助電極的多噴頭靜電紡絲裝置的研發(fā)是實(shí)現(xiàn)其高產(chǎn)量和穩(wěn)定射流的一個(gè)重要的方向。W. E. Teo等人通過(guò)刀鋒型輔助電極得到高度排列的靜電紡納米纖維。噴頭前設(shè)置與一般靜電紡絲裝置大致類似。接收裝置則采用兩個(gè)尖端絕緣的、邊緣鋒利的不銹鋼板。 靜電紡絲時(shí)在兩板間引入負(fù)電，當(dāng)帶正電的射流沿一定螺旋軌跡向下運(yùn)動(dòng)并接近接收裝置時(shí)，由于帶負(fù)電的兩不銹鋼板的庫(kù)侖力作用，射流在兩板間沿電場(chǎng)排列，從而獲得具有高度排列的納米纖維。這是一種獲得具有高度排列的納米短纖維的方法。Xuefen Wang等人采用與經(jīng)典靜電紡絲理論不同的自集束靜電紡絲理論，即引入接地的金屬針制備納米纖維，并且用圓柱狀轉(zhuǎn)鼓收集纖維。用羥基丁酸、羥基戊酸共聚物、 聚丙烯腈、左旋聚乳酸、聚間苯二甲酰間苯二胺四種聚合物進(jìn)行靜電紡絲實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可以獲得排列性很好的纖維。L. Buttafoco等人在靜電紡絲時(shí)引入了第二電場(chǎng)，即在噴頭處加了一個(gè)接相同極性電壓的金屬環(huán)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)第二電場(chǎng)引入減少了射流的不穩(wěn)定性。Huan Pan等人采用了在一組針頭分別加正負(fù)電壓進(jìn)行靜電紡絲，從兩個(gè)針頭所噴出的纖維因?yàn)閹喾吹碾姾啥l(fā)生互相吸引而粘結(jié)在一起，經(jīng)圓柱型轉(zhuǎn)鼓收集形成納米纖維。利用該種辦法制備的纖維連續(xù)、單軸排列好，且隨著轉(zhuǎn)速的提高，纖維的排列程度也會(huì)增加。目前在多噴頭靜電紡絲過(guò)程中使用輔助電極用以改善相鄰電場(chǎng)，穩(wěn)定射流，減小纖維直徑的研究方向進(jìn)展較慢，且效果不明顯。射流的不穩(wěn)定性和纖網(wǎng)分布不均勻的問(wèn)題依然沒(méi)有得到很好的解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種裝有圓錐形輔助電極的多噴頭靜電紡絲裝置，通過(guò)輔助電極的引入，改善了噴頭之間的電場(chǎng)分布，使得射流間的電場(chǎng)干擾下降，從而帶有相同電荷的噴射流間的相互排斥作用減小。與此同時(shí)靜電紡絲的連續(xù)性更好，纖網(wǎng)分布更均勻，纖維
直徑更細(xì)。本發(fā)明所述的裝有圓錐形輔助電極的多噴頭靜電紡絲裝置，包括具有圓錐形輔助電極1、金屬噴頭2、聚四氟乙烯板3、橡皮管4、儲(chǔ)液槽5、輸液口 6、聚四氟乙烯支架板7、接收裝置8、微量注射泵9、高壓發(fā)生裝置10。多噴頭，穿過(guò)聚四氟乙烯噴絲板固定其上，各噴頭之間以一定的位置關(guān)系配置；輔助電極，把多個(gè)相同的輔助電極分別套住各噴頭，其下表面固定在聚四氟乙烯噴絲板上。噴頭尖端伸出圓錐形輔助電極上表面1 2mm。本發(fā)明所述的裝有圓錐形輔助電極的多噴頭靜電紡絲裝置，還包括聚四氟乙烯支架板、儲(chǔ)液槽和橡皮管，儲(chǔ)液槽水平固定在聚四氟乙烯支架板上，橡皮管用于連接儲(chǔ)液槽和裝有輔助電極的多噴頭。在上述裝置的靜電紡絲過(guò)程中，輔助電極用于改善電場(chǎng)，輔助電極和噴頭均固定在聚四氟乙烯噴絲板上，并通過(guò)聚四氟乙烯噴絲板調(diào)整兩者之間的配合關(guān)系。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的有益效果本發(fā)明通過(guò)具有圓錐形輔助電極、聚四氟乙烯噴絲板、聚四氟乙烯支架板、橡皮管、多噴頭、儲(chǔ)液槽等裝置實(shí)現(xiàn)了靜電紡絲的過(guò)程。在噴頭附近加裝了導(dǎo)電金屬輔助電極之后，靜電紡絲的連續(xù)性較好，且不易受外界因素的干擾。所紡得的纖網(wǎng)分布均勻，纖維直徑細(xì)小。本發(fā)明通過(guò)圓錐形輔助電極，改善了多噴頭靜電紡絲過(guò)程中多噴頭之間的電場(chǎng)分布，從而起到穩(wěn)定射流、均勻纖網(wǎng)的作用。


圖1為本發(fā)明所述裝有導(dǎo)電金屬輔助電極的多噴頭靜電紡絲裝置(以三噴頭為例)部分結(jié)構(gòu)俯視圖；圖2為本發(fā)明所述裝有導(dǎo)電金屬輔助電極的多噴頭(以三噴頭為例)靜電紡絲裝置正視圖；圖3為本發(fā)明所述有無(wú)輔助電極作用下雙噴頭靜電紡絲纖網(wǎng)對(duì)比圖；圖4為本發(fā)明所述有無(wú)輔助電極作用下單噴頭靜電紡絲纖網(wǎng)對(duì)比圖；圖5為有無(wú)輔助電極作用下多噴頭靜電紡絲纖維直徑分布圖；圖6為有無(wú)輔助電極作用下單噴頭靜電紡絲纖維直徑分布7為無(wú)輔助電極作用下雙噴頭靜電紡絲電場(chǎng)仿真化示意8為輔助電極作用下雙噴頭靜電紡絲電場(chǎng)仿真化示意圖。圖9為有無(wú)輔助電極作用雙噴頭靜電紡絲中各噴頭周圍電壓分布對(duì)比圖
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明實(shí)施例僅供說(shuō)明具體方法，該方法不受實(shí)施例的限制。實(shí)施例1如圖1、圖2所示，本發(fā)明所述的裝有圓錐形輔助電極的雙噴頭靜電紡絲裝置，包括具有圓錐形輔助電極1、金屬噴頭2、聚四氟乙烯板3、橡皮管4、儲(chǔ)液槽5、輸液口 6、聚四氟乙烯支架板7、接收裝置8、微量注射泵9、高壓發(fā)生裝置10。
噴頭2穿過(guò)聚四氟乙烯噴絲板3固定其上，圓錐形輔助電極1套在噴頭2上并固定于聚四氟乙烯噴絲板3上，兩個(gè)圓錐形輔助電極1和噴頭2都必須水平配置。聚四氟乙烯噴絲板3和儲(chǔ)液槽5固定在聚四氟乙烯支架板7上，橡皮管4連接儲(chǔ)液槽5和噴頭2，高壓發(fā)生裝置10在噴頭2末端加上電壓，微量注射泵9向儲(chǔ)液槽5輸出紡絲液。實(shí)施例2分別配制了 PVA濃度為10%的水溶液和吡咯烷酮濃度為10%無(wú)水乙醇溶液，通過(guò)如圖1的裝有圓錐形輔助電極的雙噴頭靜電紡絲裝置進(jìn)行紡絲，我們發(fā)現(xiàn)相比于沒(méi)有輔助電極的多噴頭靜電紡絲其紡絲連續(xù)性更好，纖網(wǎng)分布更為均勻且納米纖維直徑有所減小， 見(jiàn)圖3、圖4、圖5、圖6。
權(quán)利要求
1.一種裝有圓錐形輔助電極的多噴頭靜電紡絲裝置，其特征在于包括導(dǎo)電金屬輔助電極、聚四氟乙烯噴絲板、聚四氟乙烯支架板、橡皮管、金屬噴頭、儲(chǔ)液槽，其中聚四氟乙烯噴絲板，水平固定于聚四氟乙烯支架板上；金屬噴頭，穿過(guò)聚四氟乙烯噴絲板并固定其上，伸出聚四氟乙烯噴絲板表面的距離為 15mm ；輔助電極，把形狀相同的圓錐形輔助電極分別套在每個(gè)金屬噴頭上，并同時(shí)將輔助電極下底面固定在聚四氟乙烯噴絲板上；儲(chǔ)液槽，水平固定在聚四氟乙烯支架板上；橡皮管，連接儲(chǔ)液槽和噴頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝有輔助電極的多噴頭靜電紡絲裝置，其特征在于采用導(dǎo)電金屬輔助電極屏蔽噴頭間電場(chǎng)干擾。圓錐形輔助電極尺寸范圍高13mm、上底面半徑1mm， 下底面半徑4 8mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝有輔助電極的多噴頭靜電紡絲裝置，其特征在于所述的金屬噴頭要伸出圓錐形輔助電極上表面1 2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的裝有輔助電極的多噴頭靜電紡絲裝置，其特征在于裝有輔助電極的多噴頭靜電紡絲中各噴頭的相互位置關(guān)系，例如三噴頭的正三角位置、四噴頭的正方形位置，即使得各噴頭之間位置關(guān)系形成一個(gè)軸對(duì)稱圖形。
全文摘要
一種裝有圓錐形輔助電極的多噴頭靜電紡絲裝置，包括微量注射泵、高壓發(fā)生裝置、圓錐形輔助電極、注射器、金屬噴頭、金屬接收裝置、聚四氟乙烯噴絲板、基布、聚四氟乙烯支架板。在金屬噴頭附近安裝兩個(gè)完全相同的圓錐形輔助電極，同時(shí)固定在聚四氟乙烯噴絲板上。在靜電紡絲過(guò)程中，輔助電極的存在降低了噴頭間電場(chǎng)的相互干擾，從而制得的納米纖維更細(xì)，纖網(wǎng)更均勻。
文檔編號(hào)D01D5/00GK102181946SQ20111012430
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者史晶晶, 朱文斌, 楊恩龍 申請(qǐng)人:楊恩龍