专利名称：一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种静电纺丝装置，尤其是涉及一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置。
背景技术：
由于纳米纤维具有特殊的物理和化学特性，在复合材料、生物医学、电池电极、过滤薄膜、创伤敷料、催化剂载体以及微纳米器件等领域具有巨大的潜在应用和广阔的市场前景，如纳米纤维替代微细纤维将大幅度提高产品工作性能，实现非织造布产业的革命性升级，因此批量制造直径均勻可控的纳米纤维是其产业化应用的关键。静电纺丝具有技术简单、纯物理过程等优点，未来极有可能成为制造纳米纤维的主要技术，但传统电纺技术效率低下，科研人员开始致力于开发纳米纤维批量制造装置。目前，广泛用于批量生产纳米纤维的装置大多是组合多针尖阵列电纺或无尖端批量电纺装置。中国专利〔拟00720076卯4.6报道了一种朝上喷的多喷头静电纺丝装置，该装置是对传统单喷头的自然扩展，将多个喷头以阵列方式排列进行喷射纺丝，但该装置中各喷头之间的电场相互影响，制备纳米纤维的直径差异性很大，甚至出现液滴和中间区域喷头无法喷射的问题。中国专利CN200910235204公开了一种宏量制造纳米纤维的电纺装置，该装置采用浸入在聚合物溶液中的可旋转滚筒为喷射头，以代替传统组合多针尖阵列喷头，产量显著提高。但验证实验表明，其需经常清洗，更换喷头，而且容易出现液滴，制备的纳米纤维直径很不均勻。此外，文献 A.L.Yarin 等(A. L. Yarin，E· Zussman· Upward needless electrospinning of multiple nanofibers. Polymer，2004，45 :2977-2980) 艮道了以色列理工学院Yarin等人将磁场引入静电纺丝，提出了磁致喷射批量电纺技术，该技术将一个由上层聚合物溶液和下层磁流体构成的分层溶液体系置于垂直磁场中，磁流体由于法向磁场作用产生许多圆锥刺尖穿透聚合物溶液上表面，这些锥尖处的溶液在外加场强为105V/ m的垂直电场强力拉伸下直接向上喷射，最终在收集板上得到大量的纳米纤维，但该技术中电纺溶液含有磁粉或硅油等其他杂质，影响了纤维的质量，制备的纳米纤维直径差异较大， 限制了纳米纤维的应用。
发明内容
本发明目的是提供可克服现有的电纺技术存在的产量较低、直径差异较大、带珠状结构、易堵塞、不易清洗等缺陷，可批量生产不同勻径纳米纤维，能够实现对所要生产纳米纤维直径的有效控制的非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置。本发明设有直流高压电源、溶液槽、限径板、金属板、驱动装置和收集板；所述直流高压电源的正极与溶液槽内导电层连接，直流高压电源的负极与收集板连接并接地；限径板覆盖在聚合物溶液表面，限径板上设有通孔或槽阵列，用于限制液面产生射流的几何尺寸，进而控制纳米纤维的直径和均勻性；所述金属板与驱动装置连接，金属板设于溶液槽上，溶液槽内注入聚合物溶液，金属板用于诱导液面产生射流；驱动装置用于驱动金属板按所要求的路径和运动方式运动；收集板设于溶液槽上方，用于收集纳米纤维。所述直流高压电源输出可大于30kV。所述限径板上表面可高于聚合物溶液面或平齐，所述限径板为绝缘材料且设有一定结构、尺寸的通孔或槽阵列。所述通孔可以为但不局限于圆形、方形或菱形，最大尺寸小于2mm ；所述槽的最小矩形边可小于2mm。所述限径板覆盖在聚合物溶液表面，限径板上表面不低于溶液表面。所述金属板与溶液液面可水平、垂直或倾斜放置；所述金属板可带有导电结构。所述溶液槽可为双层结构，外层为绝缘层，内层为导电层。所述金属板距液面的垂直距离可不大于6cm。本发明的优点在于(1)直径均勻可控。溶液表面覆盖有限径板，能够实现对射流几何尺寸的限制，从而可以实现对纳米纤维直径的有效控制，通过改变限径板上通孔或槽的尺寸可以获得不同直径的纳米纤维，而且纤维直径均勻；( 低阈值电压。采用金属板诱导液面产生射流，可以有效的降低阈值电压，使液面很容易在较低电压下形成锥射流；(3) 结构简单。本装置中的金属板不与液面接触，无需清洗，保证了纳米纤维持续批量制造。
图1为非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置示意2为非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置主视3为限径板(圆形通槽阵列)主视图。图4为限径板(长条形通槽阵列)主视图。图5为限径板(正方形通槽阵列)主视图。
具体实施例方式参见图1 5，本发明实施例设有直流高压电源1、溶液槽2、限径板3、金属板4、 驱动装置5和收集板6 ；所述直流高压电源1的正极与溶液槽2内导电层连接，直流高压电源1的负极与收集板6连接并接地；限径板3覆盖在聚合物溶液表面，限径板3上设有通孔或槽阵列，用于限制液面产生射流的几何尺寸，进而控制纳米纤维的直径和均勻性；所述金属板4与驱动装置5连接，金属板4设于溶液槽2上，溶液槽2内注入聚合物溶液，收集板 6设于溶液槽2上方。所述限径板3上表面高于聚合物溶液面或平齐。直流高压电源1采用120kV直流高压电源。直流高压电源1用于产生高压。所述直流高压电源输出可大于30kV。所述限径板3上表面可高于聚合物溶液面或平齐，所述限径板3为绝缘材料且设有一定结构、尺寸的通孔或槽阵列。所述通孔可采用圆形、方形或菱形通孔，最大尺寸小于2mm ；所述槽的最小矩形边可小于2mmο所述限径板3覆盖在聚合物溶液表面，限径板3上表面不低于溶液表面。所述金属板4与溶液液面可水平、垂直或倾斜放置；所述金属板4可带有导电结构。
所述溶液槽2可为双层结构，外层为绝缘层，内层为导电层。所述金属板4距液面的垂直距离可不大于6cm。所述限径板3上所设的通槽的宽度为1mm，用于限制聚合物溶液液面产生射流的几何尺寸，进而制得直径均勻可控的纳米纤维。金属板4用于诱导聚合物溶液液面产生射流；驱动装置5用于驱动金属板4按所要求的路径和运动方式运动；收集板6设于溶液槽2 上方，用于收集纳米纤维。当批量制造纳米纤维时，首先将限径板3覆盖在聚合物溶液表面，使液面与限径板3上表面平齐，随即开启直流高压电源1产生高压，然后金属板4在驱动装置5的驱动下按照所要求的路径和运动方式做周期性的往复运动，用于诱导液面产生射流，射流经过电场拉伸和溶剂挥发，最终在收集板6上得到纳米纤维。金属板4与液面垂直距离为2cm，方向与液面垂直。由于限径板3上设有宽度为Imm的通槽，当覆盖在聚合物溶液表面时，射流只能在槽内溶液液面上形成，由于槽的限制，射流几何尺寸受到限制，从而制得直径均勻可控的纳米纤维。因此，可以通过更换设有不同结构、尺寸的通孔或槽来获得不同直径的纳米纤维。
权利要求
1.一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于设有直流高压电源、溶液槽、限径板、金属板、驱动装置和收集板；所述直流高压电源的正极与溶液槽内导电层连接，直流高压电源的负极与收集板连接并接地；限径板覆盖在聚合物溶液表面，限径板上设有通孔或槽阵列；所述金属板与驱动装置连接，金属板设于溶液槽上，溶液槽内注入聚合物溶液；收集板设于溶液槽上方，用于收集纳米纤维。
2.如权利要求1所述的一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于所述直流高压电源输出大于30kV。
3.如权利要求1所述的一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于所述限径板上表面高于聚合物溶液面或平齐，所述限径板为绝缘板。
4.如权利要求1所述的一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于所述通孔为但不局限于圆形、方形或菱形，最大尺寸小于2mm。
5.如权利要求1所述的一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于所述槽的最小矩形边小于2mm。
6.如权利要求1所述的一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于所述限径板覆盖在聚合物溶液表面，限径板上表面不低于溶液表面。
7.如权利要求1所述的一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于所述金属板与溶液液面水平、垂直或倾斜放置。
8.如权利要求1所述的一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于所述金属板带有导电结构。
9.如权利要求1所述的一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于所述溶液槽为双层结构，外层为绝缘层，内层为导电层。
10.如权利要求1所述的一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，其特征在于所述金属板距液面的垂直距离不大于6cm。
全文摘要
一种非接触诱导的直径可控纳米纤维电纺装置，涉及一种静电纺丝装置。设有直流高压电源、溶液槽、限径板、金属板、驱动装置和收集板；所述直流高压电源的正极与溶液槽内导电层连接，直流高压电源的负极与收集板连接并接地；限径板覆盖在聚合物溶液表面，限径板上设有通孔或槽阵列；所述金属板与驱动装置连接，金属板设于溶液槽上，溶液槽内注入聚合物溶液；收集板设于溶液槽上方。可克服现有的电纺技术存在的产量较低、直径差异较大、带珠状结构、易堵塞、不易清洗等缺陷，可批量生产不同匀径纳米纤维，能够实现对所要生产纳米纤维直径的有效控制的非接触诱导。
文档编号D01D5/00GK102505157SQ20111034670
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者吴德志, 孙道恒, 朱睿, 王凌云, 胡兴旺, 赖熙庭, 黄翔宇 申请人:厦门大学