[实用新型]一种制备纳米纤维静电纺丝装置

说明书

技术领域：

本实用新型属于旋转圆锥、圆盘、圆筒等收集方式的静电纺丝技术领域，特别涉及一种制备螺旋缠绕结构及有序排列结构的纳米纤维静电纺丝的装置。

背景技术：

静电纺丝是近十几年来被广泛研究开发和使用的制备准一维纳米纤维的一种新技术，具有操作工艺简单以及较广泛的适用性等特点。纤维的直径分布范围可从几个微米到最小几个纳米之间变化。在制备过程中，聚合物复合溶液被装入纺丝容器内，在5-30千伏高压静电场作用下，聚合物液体从喷丝嘴喷射出去，形成很细的射流。由于强电场的拉伸作用以及射流内部电荷的排斥作用，射流被细化(越拉越细)或发生劈裂，最终形成纳米纤维并沉积在收集装置上。到目前为止，研究人员已经成功的将成百上千种材料——例如工程聚合物、医用生物材料、陶瓷、碳等有机、无机、生物材料的纳米纤维用静电纺丝技术制备出来。静电纺丝制备的纳米纤维在复合材料增强体、微/纳电子器件、纳米传感器、过滤与分离、生物医学、防护服等诸多领域具有广泛的潜在的应用。目前，采用通常方法-静止的金属板或导体收集的无纺布状的纳米纤维，其微观结构是无序排列的，这限制了电纺纤维在某些方面的应用，例如光学偏振器件(“基于定向纤维的散射型偏振片及其制备方法”，中国专利申请号：200810018826.5；近年来，很多科研人员致力于用静电纺丝技术制备有序排列结构的纳米纤维；狭缝收集、辅助外电场或磁场收集、框架收集等不同方法和技术被陆续提出和报道，其中采用旋转圆筒(滚筒)收集是比较普遍的一种方式。例如，中国专利申请的“静电纺丝装置”(申请号：200720067712.0)和“静电纺丝仪”(申请号：200610125960.6)都采用了圆筒收集。据检索，目前对静电纺丝法制备螺旋缠绕结构纳米纤维的技术报道尚未见成熟之例。

发明内容：

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺点，寻求设计提供一种用收集方式制备有序排列结构的纳米纤维的设备装置，其中旋转圆锥收集还可以制备螺旋缠绕结构的纳米纤维，其收集器将旋转圆锥、圆盘、圆筒等多种收集器方式进行了集成互换，为实际操作中任选收集器形式提供了可能。

为了实现上述目的，本实用新型提出的制备螺旋结构及有序排列结构纳米纤维的静电纺丝装置，其主体结构包括旋转圆锥或圆盘或圆筒收集器、单喷头或多喷头针管、可上下左右调动的电机、金属螺纹旋转轴、高压静电发生器和可调式电机座，可上下左右调动的电机固定连接在可调式电机座的顶端，电机座在上下、左右方向制成伸缩式结构，实现三维空间可调，电机动力输出端制有金属螺纹旋转轴，其旋转轴外端部上的螺纹与收集器配合固定对应连接，收集器端口对向针管并收集由针管喷出的丝线，针管上的喷头与高压静电发生器的正极端电连通，高压静电发生器的负极端与电机上的输出轴电连通；针管可拆卸式安装，便于不同数量喷头针管的更换；收集器结构为轻质圆锥式或圆盘式或圆筒式，其中心轴线上制有螺母纹与电机输出轴啮合对接，便于调整和更换不同结构的收集器；替代圆锥收集器采用旋转圆筒收集器可以制备比较均匀、有序排列程度较高的纳米纤维膜，通过调节电机旋转速度或圆筒的直径，还可以调节纤维有序、无序排列的程度；替代圆锥收集器采用旋转圆盘收集器是利用相同角速度下半径越大线速度越大的原理，在一个圆盘上可以同时制备不同微观结构的纳米纤维膜，即靠近旋转轴或圆心的部位收集的纳米纤维有序排列程度很低，远离旋转轴的部位收集的纤维有序排列程度较高；旋转圆锥收集器，通过锥尖锥面对纺丝纤维的旋转拉伸作用，可以同时制备具有螺旋缠绕结构及有序排列结构的纳米纤维；本实用新型将圆锥、圆盘或圆筒三种不同的收集方式集成起来，可以根据实际需要进行选择、更换，方便实用。

本实用新型与现有技术相比具有以下特点和优点：(1)提出的旋转圆锥收集可以制备螺旋缠绕结构和有序排列结构的纳米纤维；(2)提出的旋转圆盘收集可以制备圆心部位是无序排列、边缘部位是有序排列结构的纳米纤维膜；(3)装置结构简单，功能较多，集成旋转圆锥、圆盘和圆筒等收集方式，可以按需要制备不同微观形貌和结构的纳米纤维。

附图说明：

图1为本实用新型的旋转圆锥收集器纳米纤维静电纺丝装置的结构原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图并通过实施例作进一步说明。