[发明专利]用于生成纤维的交变场电极系统和方法

说明书

一种在AC‑静电纺丝工艺中使用的电极系统，包括AC场衰减部件和前驱体液体衰减部件中的至少一个以及充电部件电极。充电部件电极电耦接到AC源，该AC源将预定AC电压施加在充电部件电极上。在电极系统包括AC场衰减部件的情况下，AC场衰减部件衰减由充电部件电极生成的AC场，以更好地成形和控制纤维状流的方向。在电极系统包括前驱体液体衰减部件的情况下，即使液体前驱体的顶表面没有理想地成形或者低于容纳充电部件电极上的液体的容器的边缘或唇缘，前驱体液体衰减部件也能用来增加纤维生成。

技术领域

本发明涉及纤维生成，并且更具体地涉及一种在经由静电纺丝生成纤维中使用的交变场电极系统和方法。

背景技术

静电纺丝是一种用于制造微纤维和纳米纤维的工艺。在静电纺丝中，通常通过迫使聚合物基熔体或溶液通过毛细管针或从电极表面上的液体前驱体层的表面，同时施加(DC或AC)电场以形成传播的聚合物射流来制造纤维。高电压使溶液形成锥形，并且从该锥形的尖端喷射流体射流并使该流体射流加速流向收集器。随着溶剂蒸发，拉长的射流变薄，从而产生连续的固体纤维。然后在收集器上收集纤维。

由于同时生成多个射流，所以利用非毛细管(无针、自由表面、狭缝、线、圆柱体)纤维生成电极提高了工艺生产率，但代价是工艺需要更高的电压。由于有效带走所产生的纤维的“电晕”或“离子”风现象的增强效应，周期性的、交变电场(AC-静电纺丝)而不是普通静电场(DC-静电纺丝)的应用改善了纤维生成的条件。与DC静电纺丝相比，AC静电纺丝表现出每电极面积高的纤维生成速率、高的工艺生产率和更容易的纤维处理。然而，由于更强的场对纤维生成电极的限制和前驱体的性质的变化，AC静电纺丝的周期性性质可强烈地限制许多前驱体溶液的可纺性。

发明内容

本公开涉及一种在AC-静电纺丝系统中使用的电极系统和AC-静电纺丝方法。电极系统包括AC场衰减部件与前驱体液体衰减部件中的至少一个以及充电部件电极。充电部件电极电耦接到AC源，该AC源将AC信号递送到充电部件电极，以将预定AC电压施加在充电部件电极上。

根据实施例，电极系统包括AC场衰减部件，但不包括前驱体液体衰减部件，并且预定AC电压也被施加在AC场衰减部件上。AC场衰减部件衰减由在充电部件电极上施加预定AC电压所产生的AC场。

根据实施例，充电部件电极是环形的。根据另一个实施例，充电部件电极是盘形的。

根据实施例，充电部件电极具有顶表面和边缘或唇缘，顶表面和边缘或唇缘一起限定用于保持前驱体液体的容器，使得充电部件电极的顶表面用作容器的底部。

根据实施例，AC场衰减部件是环。根据实施例，环是圆形的。根据实施例，环是矩形形状。

根据实施例，AC场衰减部件在相对于充电部件电极的位置、取向和倾斜中的至少一个方面是可调节的。

根据实施例，电极系统包括前驱体液体衰减部件，但不包括AC场衰减部件，并且充电部件电极具有顶表面和边缘或唇缘，顶表面和边缘或唇缘一起限定用于保持前驱体液体的容器，使得充电部件电极的顶表面用作容器的底部。即使在充电部件电极上的前驱体液体的液位低于充电部件电极的唇缘或边缘的情况下，前驱体液体衰减部件也有利于纤维生成。

根据实施例，前驱体液体衰减部件为圆柱形的形状。根据实施例，前驱体液体衰减部件为盘形。根据另一个实施例，前驱体液体衰减部件是球形的。

根据实施例，前驱体液体衰减部件由具有相对低的介电常数的非导电材料制成。

根据实施例，前驱体液体衰减部件与前驱体液体接触并且与充电部件电极的顶表面接触。根据另一个实施例，前驱体液体衰减部件与前驱体液体接触，并且与充电部件电极的顶表面接触或间隔开。在前驱体液体衰减部件接触前驱体液体时，前驱体液体衰减部件旋转。

根据实施例，前驱体液体衰减部件相对于充电部件电极的位置是可调节的。