專利名稱：大面積定向排列的聚合物納米纖維制備裝置及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及定向聚合物納米纖維的電紡技術(shù)，尤其是一種大 面積定向排列的聚合物納米纖維制備裝置及制備方法。
背景技術(shù)：
電紡(Electrospinning)是利用靜電力的作用制備連續(xù)納 米纖維的技術(shù)，即將直流高壓施加于聚合物溶液(或熔體)與纖 維收集裝置之間，聚合物溶液在靜電力的作用下高速噴出形成連 續(xù)納米纖維。電紡絲是制備聚合物連續(xù)納米纖維的唯一方法，所 制備纖維的直徑一般在3-500 nm。 1934年，美國工程師A. Formals在靜電力的作用下，實(shí)現(xiàn)醋酯纖維素(CA)溶液的電紡絲 (A. Fo函las， US patent 1975504， 1934 );隨后在1950 -1980年，相繼有人進(jìn)行研究；20世紀(jì)80年代后，尤其是近10 年，研究較多。電紡絲裝置一般分三部分高壓電源、毛細(xì)管和 金屬接收裝置。高壓電源電壓在1-50 kV;毛細(xì)管采用金屬、 玻璃或塑料，其內(nèi)徑一般為0. 35-1.5腿；插人聚合物溶液中的 金屬電極一般為金屬鉑或銅等；接收裝置根據(jù)不同要求可以采用 不同的形狀，直接接地或接負(fù)的直流電源。電紡絲技術(shù)的關(guān)鍵性 問題之一在于如何實(shí)現(xiàn)納米纖維的定向收集。如果接收電極為一 靜止平板，得到的沉積纖維將是紊亂排列的。而紊亂排列的的纖
維其應(yīng)用價(jià)值大大降低.因此，定向控制技術(shù)一直是纖維電紡 技術(shù)領(lǐng)域的重大課題。
目前已有的定向技術(shù)從原理上講包括兩種類型， 一種是利 用旋轉(zhuǎn)收集裝置，另一種是利用靜電力的誘導(dǎo)作用。旋轉(zhuǎn)收集裝 置是利用高速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱體收集纖維，當(dāng)圓柱體的旋轉(zhuǎn)速度與纖 維的運(yùn)動(dòng)速度相等時(shí)纖維彼此平行地纏繞在圓柱體的表面，實(shí)現(xiàn) 定向收集。這種裝置需要兩個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)， 一個(gè)旋轉(zhuǎn)，另一個(gè)直線 推進(jìn)。這種方法在多個(gè)方面存在難以克服的局限。如纖維運(yùn)動(dòng)速 度的實(shí)時(shí)測定以及馬達(dá)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)精確調(diào)控都是很難做到的，同 時(shí)，由于纖維運(yùn)動(dòng)的鞭動(dòng)不穩(wěn)定性，纖維到達(dá)收集圓柱體表面的 位置難以固定，因此這種定向方法的可重復(fù)性不高。由于納米 纖維粘附在收集圓柱體表面上并且彼此粘結(jié)在一起，因此纖維的 分離存在困難，同時(shí)也難以避免來自于收集圓柱體表面的污染。 這種方法需要馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，成本^艮高，不適于大頰^莫生產(chǎn)。靜電力 誘導(dǎo)方法就是利用兩個(gè)平行放置的導(dǎo)電平板作為收集電極，也可 以在傳統(tǒng)的導(dǎo)電收集平板上引入一個(gè)或多個(gè)間隙或者絕緣性的 區(qū)域，在間隙位置或者在絕緣區(qū)域的纖維上的電荷不能有效排 出，從而使該區(qū)域的纖維仍然帶正電。因而該區(qū)域的纖維彼此之 間產(chǎn)生排斥力，這種斥力導(dǎo)致纖維彼此平行排列，從而實(shí)現(xiàn)纖維 的定向控制。這種技術(shù)制備的定向纖維長度一般不到l厘米，對(duì) 于大部分應(yīng)用領(lǐng)域不能滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大面積定向排列的聚合物納米纖
維制備裝置及制備方法，使得制備出的納米纖維長度長，并且成 本低。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案
1、 一種大面積定向排列的聚合物納米纖維制備裝置，具有 注射器，其特征在于在注射器噴口的側(cè)下方設(shè)置有收集板，收 集板上設(shè)置有電極。
2、 利用前述裝置制備聚合物納米纖維的方法，其特征在于 把PCL溶解于四氫呋喃和二曱基曱酰胺的混合溶劑中，用磁攪 拌機(jī)攪拌后紡絲。
3、 利用前述裝置制備聚合物納米纖維的方法，其特征在于 把PAN以7-15 w/v。/。的濃度溶解于二曱基甲酰胺中，用磁攪拌機(jī) 攪拌后紡絲。
本發(fā)明適用于所有具有可紡性質(zhì)的材料。 本發(fā)明具有的有益效果
本發(fā)明注收集電極位于注射器噴口的側(cè)下方，不同于傳統(tǒng)的 正下方；收集電極為一負(fù)極導(dǎo)線，不同于傳統(tǒng)的大面積金屬板。 由于本發(fā)明特有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，佳:得可以生產(chǎn)出長達(dá)30厘米的定 向纖維，這些定向纖維沿收集板平行排列，分布寬度可達(dá)63厘 米，可以生產(chǎn)大面積定向纖維布。本發(fā)明同時(shí)還具有一下優(yōu)點(diǎn)
(1) 收集裝置簡單，不需要馬達(dá)，成本比其他方法低得多。
(2) 工藝簡單，重復(fù)性好。
(3) 定向纖維的生產(chǎn)效率高，適合批量生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為纖維前端未到達(dá)收集板時(shí)的工作狀態(tài)圖。 圖3為纖維前端到達(dá)收集板時(shí)的工作狀態(tài)圖。 圖4為纖維前端到達(dá)收集板后的工作狀態(tài)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明 如圖1所示，在注射器4噴口的側(cè)下方設(shè)置有收集板2，收 集板上設(shè)置有電極l，收集板的下方設(shè)置有支撐板3。電極為一 負(fù)極導(dǎo)線，固定在收集板的通孔內(nèi)，負(fù)極導(dǎo)線的端部位于收集板 的側(cè)表面或者接近收集板的側(cè)表面，通孔位于收集板的中心位 置。注射器可以有多個(gè)，相應(yīng)地設(shè)置有多個(gè)收集板。收集板的尺 寸可大可小，沒有限制，材料可以是絕緣材料，如木、塑料，也 可以是導(dǎo)電材料，導(dǎo)電材料與電極之間隔開絕緣。
如圖2至4所示，在電場力的作用下，纖維從注射器噴口即 針頭尖端的液滴噴出并且向收集板運(yùn)動(dòng)；當(dāng) 一個(gè)液滴耗盡時(shí)則形 成了一個(gè)單根纖維，同時(shí)下一個(gè)液滴在針頭上形成；當(dāng)纖維前端
到達(dá)收集板后，由于纖維上相鄰各個(gè)部分之間存在靜電斥力，后 面的纖維不再繼續(xù)向收集才反運(yùn)動(dòng)，而傾向于變直。同時(shí)，纖維后 端落向支撐板并最終沉積在支撐板上，從而使纖維固定在收集電 極與支撐板之間。接下來噴出的纖維就會(huì)因先前纖維的靜電斥力 而與之平行排列，這樣沉積的一根根纖維就在收集板與支撐板之 間平行排列，形成大量的定向纖維。
下面提供利用前述裝置制備聚合物納米纖維的方法實(shí)施例 1、 PCL (聚己內(nèi)酯)定向納米纖維的制備。把PCL溶解于四 氫呋喃(THF)和DMF(二曱基曱酰胺)的1:1混合溶劑中，濃度 范圍為5-12%(w/v°/。)，實(shí)施時(shí),選用濃度10。/。(w/v。/。)，用磁攪拌機(jī)
攪拌24小時(shí)后紡絲，電壓范圍是10-35kV。
2、 PAN(聚丙烯腈)定向纖維的制備。把PAN以7-15°/。(w/v%)
的濃度溶解于二甲基曱酰胺中，實(shí)施時(shí)選用濃度12%(w/v°/ )， 用i茲力攪拌機(jī)攪拌12小時(shí)后紡絲，紡絲電壓為10-35kV。
以上所述，僅為本發(fā)明的一較佳實(shí)施例而已，并非用來限定 本發(fā)明實(shí)施的范圍，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所述的形狀、構(gòu)造、 特征及精神所為的均等變化與修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明的權(quán)利要 求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種大面積定向排列的聚合物納米纖維制備裝置，具有注射器，其特征在于在注射器噴口的側(cè)下方設(shè)置有收集板，收集板上設(shè)置有電極。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積定向排列的聚合物納米纖 維制備裝置，其特征在于電極為導(dǎo)線，固定在收集板的通孔內(nèi)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大面積定向排列的聚合物納米纖 維制備裝置，其特征在于負(fù)極導(dǎo)線的端部位于收集板的側(cè)表面 或者接近收集板的側(cè)表面。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的大面積定向排列的聚合物納 米纖維制備裝置，其特征在于收集電極為小尺寸點(diǎn)電極，具 有或者不具有收集板。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的大面積定向排列的聚合物納 米纖維制備裝置，其特征在于注射器可以有多個(gè)，相應(yīng)地設(shè)置 有多個(gè)收集板和/或收集點(diǎn)電極。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的大面積定向排列的聚合物納 米纖維制備裝置，其特征在于收集板的下方設(shè)置有支撐板。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至5裝置制備定向聚合物納米纖維的方 法，其特征在于利用小尺寸點(diǎn)電極實(shí)現(xiàn)電紡納米或非納米纖維 的定向。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大面積定向排列的聚合物納米纖維制備裝置及制備方法，制備出的納米纖維長度長，并且成本低。技術(shù)方案1.一種大面積定向排列的納米纖維制備裝置，具有注射器，在注射器噴口的側(cè)下方設(shè)置有收集板，收集板上設(shè)置有電極。電極尺寸很小，可以視為點(diǎn)電極。2.利用前述裝置制備納米纖維的方法，把PCL溶解于四氫呋喃和二甲基甲酰胺的混合溶劑中，用磁攪拌機(jī)攪拌后紡絲。3.利用前述裝置制備納米纖維的方法，把PAN以7-15w/v％的濃度溶解于二甲基甲酰胺中，用磁攪拌機(jī)攪拌后紡絲。4.利用前述裝置可以把任何具有可紡性質(zhì)的材料制備成定向納米纖維。
文檔編號(hào)D01D11/00GK101096774SQ20071007622
公開日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2007年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者杰 于, 于正良, 嘉偉·拉非克, 剛 方 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院