[发明专利]在静电纺丝设备中积累交叉对齐的纤维的方法和装置

说明书

用于在静电纺丝设备中积累交叉对齐的纤维的装置，包含至少包括第一段、第二段和中间段的多段收集器、周向驻留在第一段上并周向驻留在第二段上的至少一个可充电边缘导体、第一段和第二段上的连接点。中间段位于第一段和第二段之间以共同呈现细长圆柱形结构；连接点用于将细长圆柱形结构安装在驱动单元上以绕纵轴旋转；当利用与带电纤维相反极性的电荷激发边缘导体时，细长圆柱形结构保持电纺纤维基本上与纵轴对齐，并且至少在边缘导体不带电或接地时，围绕纵轴将电纺纤维吸引到细长圆柱形结构的表面上。

相关申请的交叉引用

本申请要求由中央俄克拉荷马大学(University of Central Oklahoma)(申请人)以莫里斯·哈夫(Maurice Haff)的名义于2019年7月2日提交的序列号为16/460,589以及于2020年3月27日提交的序列号为16/833,116、题为“在静电纺丝设备中积累交叉对齐的纤维的方法和装置”的美国专利申请的权益，出于所有目的，其全部公开内容通过引用整体并入本文。

关于在联邦资助的研究或开发下进行的发明的权利的声明

本发明是在没有政府支持的情况下做出的。

技术领域

本发明总体上涉及静电纺丝领域。更具体地，本发明涉及微米到纳米尺寸直径的交叉对齐的纤维在收集器上的受控聚集，以通过静电纺丝工艺生成各种维度的层状结构。

本文中提及的所有参考文献、专利和专利申请均通过引用整体并入，就好像它们均已在本文中完整阐述一样。请注意，该申请是申请人的一系列申请中的一个申请，涵盖了用于实现纳米纤维生物医学应用的方法和装置。术语“纤维”和术语“纳米纤维”可以互换使用，两个术语都不是限制性的。本文的公开超出了支持本文阐述的特定发明的权利要求所需的内容。这不应被解释为发明人由此将未要求保护的公开内容和主题发布到公共领域中。相反地，旨在提交专利申请以涵盖以下公开的所有主题。还请注意，下面经常使用的术语“本发明”或“该发明”并不意味着只讨论了一项发明。反而，当使用术语“本发明”或“该发明”时，指的是在使用该术语的段落中讨论的特定发明。

发明背景

静电纺丝(或静电纺丝)聚合物以形成极小直径纤维的基本概念首先由AntonFormhals获得专利(美国专利第1,975,504号)。静电纺丝纤维和由其形成的非织布传统上可用于过滤应用，但已开始在其他行业中受到关注，包括在非织布纺织应用中作为阻隔织物、擦拭物、医疗和制药用途，等等。

静电纺丝是一种工艺，通过该工艺可以将具有微米至纳米尺寸直径的静电聚合物纤维沉积在诸如平板之类的基材上。举例来说，如图1所示，Westbroek等人(US20100112020)举例说明了电纺纤维在平板上的沉积。此类纤维具有较高的表面积体积比，可以改善收集在基材上的纤维结构的结构特性和功能特性。通常，将聚合物溶液的射流从带高正电荷的金属针(即发射器)驱动到通常接地的基材。当通过在液滴和平板之间施加电势差而带电时，聚合物溶液的固定液滴和悬垂液滴可以获得稳定的形状。在无粘性、牛顿和粘弹性液体的情况下，这些稳定的形状仅源于弹力和表面张力的平衡。在具有非松弛弹力的液体中，该力也会影响形状。当达到临界电位并且任何进一步增加都会破坏平衡时，液体主体将获得称为泰勒锥(Taylor cone)的圆锥形状。