專利名稱：一種外加可調(diào)控靜磁場的靜電紡絲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種靜電紡絲裝置，特別是一種外加可調(diào)控靜磁場的靜電紡絲裝置。
背景技術(shù)：
靜電紡絲技術(shù)是聚合物溶液或熔體在靜電場作用下噴射、拉伸而獲得納米級纖 維的紡絲方法。傳統(tǒng)紡絲裝置主要由推進(jìn)裝置、毛細(xì)噴嘴、高壓電源和接收裝置組成，近 年來關(guān)于靜電紡絲裝置各部分的研究改造也成為研究熱點(diǎn)。在電源的選擇上，Kessick 等人(Kessick R, Fenn J, Tepper G. The use of AC potentials in electrospraying and electrospinning processes [J]. Polymer, 2004 (45) :2981_2984)創(chuàng)造性的采用了交 流電進(jìn)行靜電紡絲，結(jié)果論證了靜電紡絲不穩(wěn)定現(xiàn)象對纖維具有拉伸拉細(xì)作用這一假設(shè)。 另外為了得到有序排列的納米纖維，研究人員對接收裝置進(jìn)行了改進(jìn)。Doshi (Doshi J， Reneker DH. Electro-spinning process and application ofelectrospun fibers[J]. Journal of Electrostatic, 1995 (35) : 151-160)嘗試使用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓接收纖 維，結(jié)果表明纖維或多或少的會平行于轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)的方向，但是纖維的著床面積十分大； Theron(Theron A, Zussman E, Yarin AL, Electrostatic field assisted alignment of electrospunnanofibers[J], Nanotechnology,2001,12 :384_390)采用高速旋轉(zhuǎn)的輪盤做 接收體，最終獲得直徑在100到400nm之間，相隔1到2 μ m的有序排列的納米纖維；東華大 學(xué)吳玥(吳玥.引入磁場的靜電紡絲技術(shù)及其對非穩(wěn)態(tài)流動控制機(jī)理的研究.東華大學(xué)， 博士學(xué)位論文，2008)研究了磁場對非穩(wěn)態(tài)流動的影響；美國專利4689186在高速旋轉(zhuǎn)管狀 接收裝置的附近又添加了 一些平行或垂直于電場的輔助電極棒；美國專利5042789在高速 旋轉(zhuǎn)的接收輥兩側(cè)附加了兩個電極，兩種方法均獲得了一定有序排列的納米纖維?？傮w說來，這些關(guān)于裝置的研究和設(shè)計(jì)的目的均集中于控制靜電紡絲過程的不 穩(wěn)定，以獲得穩(wěn)定連續(xù)的納米纖維長絲。但是關(guān)于利用紡絲裝置研究外場對纖維性能的 影響的研究卻鮮有報(bào)道，而通過靜電紡絲對聚合物溶液進(jìn)行拉伸紡絲會對聚合物的某些 結(jié)構(gòu)如結(jié)晶性能、熱性能、機(jī)械性能等產(chǎn)生重大影響。文獻(xiàn)(Andreas Greiner, Joachim H. Wendorff. Electrospinning -.a fascinating method for the preparation ultrathin fibers[J], Angew. Chem. Int. Ed. 2007(46) :5670_5703.)提出一些結(jié)晶聚合物在靜電紡絲 過程會使結(jié)晶不完善且結(jié)晶度降低，進(jìn)而使材料的熔點(diǎn)和相應(yīng)的機(jī)械性能降低。而磁場作 為一種外場力，能夠影響大分子的鏈段取向，進(jìn)而改善高分子的結(jié)晶行為。寧超峰等(Ning C F, Li G Y, Hu C P. China Synthetic Rubberlndustry. 2000, 23 (5) :320_321)對磁場存 在下制備的聚氨酯彈性體的形態(tài)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明磁場存在下的制備的聚氨酯彈性 體的結(jié)晶度明顯增大，磁場強(qiáng)度越大，結(jié)晶度越大。這種作用無疑是磁場對高分子在空間排 布及構(gòu)象行為影響的一個明顯特征。這種作用對于改善高分子材料性能是非常有意義的。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種外加可調(diào)控靜磁場的靜電紡絲裝置，以改善紡絲纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和性能。 本發(fā)明將磁場對高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的影響應(yīng)用于靜電紡絲技術(shù)，在傳統(tǒng)的靜電紡 絲裝置中加入一個可調(diào)控的外磁場，使紡絲過程中纖維始終受到一個可調(diào)控的靜磁場的影 響，通過靜磁場作用來改善靜電紡絲纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)與性能。根據(jù)上述構(gòu)思，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案—種外加可調(diào)控靜磁場的靜電紡絲裝置，包括聚合物輸送機(jī)構(gòu)、噴絲頭、纖維接收 裝置、高壓靜電發(fā)生器和可調(diào)控靜磁場裝置，其特征在于聚合物原料經(jīng)輸送機(jī)構(gòu)由噴絲頭 噴出，再由纖維接收裝置進(jìn)行接收；所述的高壓靜電發(fā)生器的高壓端電極與噴絲頭相連，接 地極與纖維接收裝置相連，在噴絲頭與纖維接收裝置之間形成一個靜電場；所述的可調(diào)控 靜磁場裝置由兩個可水平移動的支架和分別套裝在兩個支架上的磁場發(fā)生裝置組成；所述 的支架在接收裝置上水平移動，該磁場發(fā)生裝置沿支架上下滑動，以調(diào)節(jié)靜電紡絲過程中 拉伸階段處的磁場強(qiáng)度最大。上述的磁場發(fā)生裝置的磁場強(qiáng)度控制在0. IT 4T內(nèi)。上述的磁場發(fā)生裝置為磁鐵或線圈。本實(shí)用新型可用于聚合物靜電紡絲，紡絲的具體過程如下在聚合物溶液輸送機(jī) 構(gòu)中注入一定量的濃度適宜的聚合物紡絲液，紡絲液在一定的驅(qū)動力驅(qū)使下到達(dá)噴絲頭形 成液滴。當(dāng)外加電壓達(dá)到一定值，使電場力大于液滴表面張力時(shí)，液滴形成射流進(jìn)入電場， 射流在電場中經(jīng)過直線拉伸階段、進(jìn)一步不穩(wěn)定拉伸階段以及最終固化階段，同時(shí)在電場 的周圍分布著靜磁場，纖維在成形過程中始終受到磁場的作用，最終在接收裝置處得到直 徑分布均勻且結(jié)晶度較高的聚合物納米纖維。本實(shí)用新型可用于聚合物的靜電紡絲。其創(chuàng)新之處在于在聚合物射流拉伸過程中 外加了一個磁場強(qiáng)度可調(diào)節(jié)的靜磁場，使聚合物在紡絲過程中受到磁場的作用，高分子鏈 段沿磁場方向進(jìn)行取向，改善高分子的結(jié)晶行為，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)靜電紡絲所得纖維結(jié)晶度低、 機(jī)械性能差等缺點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型的外加可調(diào)控靜磁場的靜電紡絲裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為射流拉伸階段有無施加磁場的聚砜酰胺納米纖維的XRD對比圖，a為在拉 伸階段施加磁場強(qiáng)度為IT處理的聚砜酰胺納米纖維的XRD圖，b為傳統(tǒng)靜電紡絲得到的聚 砜酰胺納米纖維XRD圖。
具體實(shí)施方式
由圖1可見，本發(fā)明靜電紡絲裝置包括聚合物輸送機(jī)構(gòu)1，可用常規(guī)計(jì)量泵；噴絲頭2，針頭與計(jì)量泵并非完全固定，針頭可換，其內(nèi)徑有0. 6mm、0. 8mm、l. Omm
三種型號；纖維接收裝置3，可用鋁箔或其它導(dǎo)電薄膜；高壓靜電發(fā)生器4，其量程為0 30kV。高壓電源的兩極分別接噴絲針頭2和纖 維接收裝置3 ；
權(quán)利要求一種外加可調(diào)控靜磁場的靜電紡絲裝置，包括聚合物輸送機(jī)構(gòu)(1)、噴絲頭(2)、纖維接收裝置(3)、高壓靜電發(fā)生器(4)和可調(diào)控靜磁場裝置，其特征在于聚合物原料經(jīng)輸送機(jī)構(gòu)(1)由噴絲頭(2)噴出，再由纖維接收裝置(3)進(jìn)行接收；所述的高壓靜電發(fā)生器(4)的高壓端電極與噴絲頭(2)相連，接地極與纖維接收裝置(3)相連，在噴絲頭(2)與纖維接收裝置(3)之間形成一個靜電場；所述的可調(diào)控靜磁場裝置由兩個可水平移動的支架(501)和分別套裝在兩個支架(501)上的磁場發(fā)生裝置(502)組成；所述的支架(501)在接收裝置(3)上水平移動，該磁場發(fā)生裝置(502)沿支架(501)上下滑動，以調(diào)節(jié)靜電紡絲過程中拉伸階段處的磁場強(qiáng)度最大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外加可調(diào)控靜磁場的靜電紡絲裝置，其特征在于所述的磁場 發(fā)生裝置(502)的磁場強(qiáng)度控制在0. IT 4T內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的外加可調(diào)控靜磁場的靜電紡絲裝置，其特征在于所述的 磁場發(fā)生裝置(502)為磁鐵或線圈。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種外加可調(diào)控靜磁場的靜電紡絲裝置。包括聚合物輸送機(jī)構(gòu)、噴絲頭、纖維接收裝置、高壓靜電發(fā)生器和可調(diào)控靜磁場裝置，其特征在于聚合物原料經(jīng)輸送機(jī)構(gòu)由噴絲頭噴出，再由纖維接收裝置進(jìn)行接收；所述的高壓靜電發(fā)生器的高壓端電極與噴絲頭相連，接地極與纖維接收裝置相連，在噴絲頭與纖維接收裝置之間形成一個靜電場；所述的可調(diào)控靜磁場裝置由兩個可水平移動的支架和分別套裝在兩個支架上的滑動磁鐵組成；所述的支架在接收裝置上水平移動，該滑動磁鐵沿支架上下滑動，以調(diào)節(jié)靜電紡絲過程中拉伸階段的磁場強(qiáng)度。本實(shí)用新型在聚合物射流拉伸過程中外加了一個磁場強(qiáng)度可調(diào)節(jié)的靜磁場，使聚合物在紡絲過程中受到磁場的作用，高分子鏈段沿磁場方向進(jìn)行取向，改善高分子的結(jié)晶行為，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)靜電紡絲所得纖維結(jié)晶度低、機(jī)械性能差等缺點(diǎn)。
文檔編號D01D5/00GK201588016SQ20102003336
公開日2010年9月22日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者劉麗, 吳文潭, 顧巍巍 申請人:上海大學(xué)