靜電紡絲裝置及其靜電紡絲方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種靜電紡絲裝置及其靜電紡絲方法，特別涉及一種用于微米或納米級纖維的靜電紡絲裝置及其靜電紡絲方法。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電紡絲是一種特殊的纖維制造工藝，聚合物溶液或熔體在強(qiáng)電場中，噴頭處的液滴會由球形變?yōu)閳A錐形，并從圓錐尖端延展得到纖維細(xì)絲。纖維細(xì)絲在空中固化后可產(chǎn)出纖維絲并且無序地沉積于收集板。
[0003]利用靜電紡絲原理制造纖維絲過程中，液態(tài)射流/纖維絲在噴射過程時，會出現(xiàn)大幅度的螺旋不穩(wěn)定鞭動，其原因是射流/纖維絲表面附帶有電荷，電荷之間所產(chǎn)生的庫倫斥力相互作用從而產(chǎn)生擾動，進(jìn)而不斷放大形成不穩(wěn)定運(yùn)動，從而在基底上形成大范圍的纖維沉積?，F(xiàn)有的傳統(tǒng)靜電紡絲技術(shù)并不能對纖維的螺旋不穩(wěn)定鞭動范圍和纖維沉積范圍進(jìn)行很好的控制。例如CN200880005819.X采用高壓靜電爆炸技術(shù)產(chǎn)生纖維，這種技術(shù)難以控制纖維的產(chǎn)生過程，包括纖維的沉積范圍。CN 201310020810.9采用鞘層氣體約束的方式，利用外部氣體的高速運(yùn)動作用于靜電紡絲射流，引入氣體流暢拉伸力提升射流運(yùn)動的穩(wěn)定性，但這種方法對射流本身的不穩(wěn)定鞭動控制有限，難以完全克服射流鞭動，同時氣流沖擊到收集板后的反彈也會增大射流鞭動的不穩(wěn)定性。CN201210564303.7采用真空環(huán)境產(chǎn)生纖維，利用真空環(huán)境降低射流內(nèi)部自由電荷，從而提高射流穩(wěn)定性，但這種方式所需的環(huán)境要求較高，裝置較為復(fù)雜，同時真空環(huán)境對可使用的紡絲溶液具有更高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種靜電紡絲裝置及其靜電紡絲方法，可以有效解決上述問題。
[0005]—種靜電紡絲裝置，包括:紡絲液供給單元，包括至少一出料口，所述紡絲液供給單元用于提供一待紡絲的溶液或熔融液；
接收單元，與所述紡絲液供給單元正對設(shè)置；
電源，電連接于所述紡絲液供給單元和所述接收單元之間，并用于在所述紡絲液供給單元和所述接收單元之間形成一電場；
離子風(fēng)供給單元，設(shè)置于所述出料口，用于提供與所述待紡絲的溶液或熔融液電性相反的離子風(fēng)。
[0006]進(jìn)一步的，所述靜電紡絲裝置為滾筒式，且所述紡絲液供給單元包括一滾筒，所述滾筒的側(cè)壁包括至少一沖孔，所述沖孔為所述出料口。
[0007]進(jìn)一步的，所述靜電紡絲裝置為針尖式，且所述紡絲液供給單元包括容器以及與所述容器連通的噴頭，所述噴頭為所述出料口。
[0008]進(jìn)一步的，所述離子風(fēng)供給單元的出氣口與所述出料口的出料方向形成一大于等于O度小于等于45度的夾角。
[0009]進(jìn)一步的，所述夾角為O度。
[0010]進(jìn)一步的，所述出料口與所述接收單元的距離為I毫米到1000毫米。
[0011]進(jìn)一步的，所述出料口與所述接收單元的距離為100毫米到500毫米。
[0012]—種使用上述的靜電紡絲裝置的靜電紡絲方法，包括:
接通所述電源，在所述紡絲液供給單元和所述接收單元之間形成一電壓；
打開所述離子風(fēng)供給單元，以提供與所述待紡絲的溶液或熔融液電性相反的離子風(fēng)；
以及
通過所述接收單元接收紡絲形成的纖維。
[0013]進(jìn)一步的，待開始紡絲后，再打開所述離子風(fēng)供給單元，以提供與所述待紡絲的溶液或熔融液電性相反的離子風(fēng)。
[0014]進(jìn)一步的，所述離子風(fēng)中帶電粒子的濃度及風(fēng)速可根據(jù)紡絲速度控制。
[0015]本發(fā)明提供的一種靜電紡絲裝置及靜電紡絲方法，通過微弱離子風(fēng)在出料口處溶液周圍產(chǎn)生離子，這部分離子會中和射流表面的部分電荷，從而增強(qiáng)射流的穩(wěn)定性和鞭動的可控性。這種方式不僅可實(shí)現(xiàn)避免射流不穩(wěn)定鞭動，還可實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離纖維絲的有序直寫。此外，本發(fā)明中，由于離子風(fēng)所需的裝置成本較低，結(jié)構(gòu)簡單，對環(huán)境要求及設(shè)備要求較低，故還可以顯著降低成本。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的針尖式靜電紡絲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例提供的針尖式靜電紡絲裝置中的噴頭的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例提供的針尖式靜電紡絲裝置通過控制不同離子風(fēng)濃度所獲得的不同穩(wěn)定射流纖維的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的滾筒式靜電紡絲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5為本發(fā)明一實(shí)施例提供的滾筒式靜電紡絲方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖牵颂幩枋龅木唧w實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部結(jié)構(gòu)。
[0022]請參照圖1，一種針尖式靜電紡絲裝置100，包括:紡絲液供給單元10，接收單元20，電源30以及離子風(fēng)供給單元40。所述紡絲液供給單元10用于提供一待紡絲的溶液或熔融液13。所述溶液或熔融液13可以為聚合物溶液或預(yù)聚物溶液。所述接收單元20與所述紡絲液供給單元正10對設(shè)置。所述電源30連接于所述紡絲液供給單元10與所述接收單元20之間，用于在所述紡絲液供給單元10和所述接收單元20之間形成一電場。所述離子風(fēng)供給單元40，用于提供與所述待紡絲的溶液或熔融液13電性相反的離子風(fēng)41。
[0023]所述紡絲液供給單元10包括容器11以及與所述容器11連通的噴頭12，所述噴頭12為所述聚合物溶液或熔融液13的出料口。所述聚合物溶液或熔融液13會在所述出料口上形成一垂懸液滴，該垂懸液滴會通過表面張力維持在出料口的末端。所述出料口與所述接收單元20之間可以具有較大的距離，所述出料口與所述接收單元20之間的距離為I毫米到1000毫米。更優(yōu)選的，所述出料口與所述接收單元20之間的距離為100毫米到500毫米。進(jìn)一步，所述紡絲液供給單元10可進(jìn)一步包括一加熱裝置(圖中未標(biāo)示)，設(shè)置于所述容器11的周圍，用于加熱所述容器11中的聚合物溶液或熔融液13。
[0024]請參照圖2，所述離子風(fēng)供給單元40，設(shè)置于所述出料口。具體的，所述離子風(fēng)供給單元40的出氣口與所述出料口間隔一預(yù)定距離設(shè)置。所述離子風(fēng)供給單元40的出氣口設(shè)置在所述出料口靠近所述接收單元20的一側(cè)設(shè)置，且距離I毫米到5毫米之間。優(yōu)選的，所述距離2毫米到3毫米之間。這樣設(shè)置的好處是:使所述離子風(fēng)供給單元40中的離子不會影響到垂懸液滴中的電荷，而只作用在拉出的纖維絲上。所述離子風(fēng)供給單元40的出氣口與所述出料口的出料方向形成一大于等于O度的交叉角。所述離子風(fēng)供給單元的出氣口與所述出料口的出料方向形成一大于