[发明专利]纺丝自调节静电纺丝装置及其使用方法

说明书

本发明涉及一种纺丝自调节静电纺丝装置及其使用方法，静电纺丝装置的供液装置和高压发生装置分别与针式纺丝喷头连接，纤维收集机构包括牵伸卷绕辊和可驱动旋转的纤维收集装置，纤维收集装置包括上部的空心柱和下部的纤维收集架，纤维收集架整体呈下宽上窄的锥形锥面为非连续结构，纤维收集架上端与空心柱连接、下端设有圆环，所述纤维收集架采用绝缘材料制成，两套针式纺丝喷头对称设置于纤维收集架的两侧，牵伸卷绕辊设置于纤维收集装置的下方。本发明能够有效避免纺纱出现断头，实现对连续取向纳米纤维纱线参数的准确控制以提高纱线力学性能。

技术领域

本发明属于静电纺丝的技术领域，特别是涉及一种纺丝自调节静电纺丝装置及其使用方法。

背景技术

纳米纤维的最大特点是小直径和大比表面积，随着纤维直径变细，表面原子数、表面张力和表面能急剧增强，从而在物理化学方面表现出特异性。静电纺丝是当前一种最通用最简便的纺制纳米纤维的技术，其产品可以应用到组织工程、伤口敷料、药物释放、过滤材料、复合增强材料、能源、智能穿戴等。由于静电纺丝法的原理是聚合物液滴在高压电场的作用下经过复杂的三维鞭动过程最后沉积固化在接收装置上，一般得到的是无规则排列的纤维。然而以无纺布以及松散的纤维束形式收集的杂乱排列的纳米纤维材料由于其力学性能较低、缺乏可编织性等原因，极大地限制其进一步应用，尤其是在需要实现各项异性复杂结构的组织工程、能源及智能穿戴等领域。

取向纳米纤维纱线由于其优异的各向异性结构得到更为广泛的应用，取向纳米纤维的制备方法有很多种，其基本原理主要可以概括为：

(1)高速运动收集法：其原理是当收集装置的运动速度大于射流沉积前的运动速度时，通过快速卷绕可以取向纤维。如[Chew S Y，Wen J，Yim E K F，Leong WK.Biomacromolecules，2005，6:2017]利用高速旋转的圆筒来获得取向纳米纤维，这种方法装置简单能批量制备但取向度不高，且随着沉积纤维厚度的增加，取向度下降，过高的转速也会引起纤维的断裂。

(2)两端拉伸法：即在纤维沉积在收集板的时候使得一段纤维的两端同时受到吸引，从而实现这一段纤维的拉伸取向。如[DerschR，Liu T Q，Schaper A K，Greiner A，Wendorff J H.J.Polym.Sci.，Part A:Polym.Chem.，2003，41:545.]、[Teo W E，Ramakrishna S.Nanotechnology，2005，16:1878]等分别利用框架收集装置以及间隔排列金属板的电场力作用拉伸纤维在空隙间取向排列。同样原理，[Yang D Y，Lu B，Zhao Y，Jiang X Y.Adv.Mater.，2007，19:3702.]等采用磁场辅助装置,利用两间隔板间的磁场力作用拉伸、取向纤维。

(3)低速射流牵伸法：即在射流沉积之前降低]射流的速度，再通过后续的拉伸取向纳米纤维。低速射流牵伸法的方法又可以分为三种：①射流直写法：该方法在射流的直线段即发生鞭动之前接收，由于射流的运动速度较低，通过较低速的运动速度即可取向纤维。如[SUN D H,CH ANG C,LI S,et al.Nano.Lett.,2006 6(4):839-842.]。②辅助场降速法：如文献[Wu Y，Yu J Y，He J H，Wan Y Q.Chaos，Solitons&Fractals，2007，32:5.]中采用与电场方向相反的附加磁场作用降低射流的速度。③中间平面静止法:先将纳米纤维沉积在一个中间平面，再对其进行牵伸。如Teo[TeoWE,Polymer,2007,48,3400-3405]等利用液体凝固浴制备连续取向纳米纤维纱线，该方法先将射流沉积于液面上再进行后续的牵伸取向。再如Pan[Pan H,Li LM,Hu L,et al.Polymer,2006,47(14):4901～4904]等采用双针头共轭布置法，利用两带相反电荷的射流间的相互吸引，在两射流中间形成一片膜，后续纤维也静止于该膜上，再通过后续的牵伸取向纤维。