[发明专利]静电纺丝设备和静电纺丝方法

说明书

本发明涉及一种静电纺丝设备(1)，特别是用于生产纤维材料，所述设备包括：隔室(3)，其包括至少一个适于容纳待形成纤维的物质的腔室(5)，所述至少一个腔室(5)以腔室电位充电；收集装置(7)，其适于收集来自所述至少一个腔室(5)的所述纤维，所述收集装置(7)以不同于所述腔室电位的地电位充电，由此在所述至少一个腔室(5)与所述收集装置(7)之间建立电场。根据本发明，所述至少一个腔室(5)包括形成层(9)，所述形成层(9)包括多个孔(90)，所述物质通过该些孔(90)挤出形成所述纤维。

技术领域

本发明涉及一种特别是用于生产纤维材料的静电纺丝设备，以及使用所述静电纺丝设备的静电纺丝方法。

背景技术

现如今，人们对于开发基于超细纤维(更优选基于纳米纤维)的材料有着浓厚的兴趣，这些材料可用于不同领域，例如，医药、纺织和军事工业。随着制造和控制纳米纤维的化学和物理性质的能力的提高，正在开发纳米纤维的许多潜在应用。

静电纺丝或电纺是一种纤维生产方法，其使用电力将聚合物溶液或聚合物熔体的带电丝线拉伸至纳米级纤维直径。电纺具有纤维的电雾化和常规干纺特性。

具体而言，静电纺丝是利用电场与导电流体之间的相互作用的该导电流体(例如，聚合物亚浓溶液或聚合物熔体)的雾化过程。

当外部静电场施加到导电流体上后，会形成悬浮锥形液滴，由此，液滴的表面张力与电场相平衡。当静电场强到足以克服液体的表面张力时，就会发生静电雾化。然后，液滴会变得不稳定，会有微小射流以纤维形式从液滴表面射出。当材料到达接地靶时，可以将其收集为含有细纤维的互连网。

基本的静电纺丝设备会产生将从针或喷嘴尖端挤出的聚合物溶液或熔体导向相对的收集电极的电场。与所述针或喷嘴相连的容器贮存有聚合物溶液。电场形成于针或喷嘴尖端与收集电极之间。这样的电场会将聚合物溶液从针的尖端驱向收集电极。聚合物溶液在从针到收集电极的运动过程中会变干，形成聚合物纤维。然后，在电极下游收集这些纤维，在那里它们可以形成薄膜或膜。

多种聚合物可用于静电纺丝，例如，尼龙、含氟聚合物、聚烯烃、聚酰亚胺、聚酯和其它工程聚合物或形成纺织品的聚合物。

目前，为了扩大静电纺丝纤维生产，人们使用多个射流系统，其沿线或面包括多个带电喷嘴。

然而，如今，已知的静电纺丝技术对于大规模生产纤维和纤维产品，特别是对于大规模生产纳米纤维和由纳米纤维构成的产品仍有诸多限制。

事实上，对于具有多个带电喷嘴或针的静电纺丝设备，设置并保持每个喷嘴处的电场所需的控制的复杂性随所述喷嘴数量的增加而增大。

此外，由于通过多个喷嘴对具有不同物理和化学性质的不同聚合物溶液或熔体进行电纺是非常难的，且涉及高昂的费用，因此，已知技术并不能较容易地生产包括若干种不同基础材料的纤维产品(例如，薄膜和膜)。

发明内容

本发明的目标在于提供一种特别是用于生产纤维材料的静电纺丝设备及静电纺丝方法，其使得可以对纤维和纤维产品(特别是纳米纤维和纳米纤维产品)进行大规模工业生产，由此解决了上述缺点。

在此目标内，本发明的目的在于提供一种可改善已知技术的不足的静电纺丝设备和静电纺丝方法。

本发明的另一目的在于提供一种考虑到聚合物溶液和聚合物熔体的不同化学和物理性质可对各种聚合物溶液和聚合物熔体进行处理的静电纺丝设备和静电纺丝方法。

本发明的还一目的在于提供一种可由不同种类的聚合物溶液和聚合物熔体同时挤出多根纤维以形成复合纤维产品的静电纺丝设备和静电纺丝方法。

本发明的另一目的在于提供一种易于实施且能够在使用中提供最大保证的可靠性和安全性的静电纺丝设备和静电纺丝方法。