一種制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的靜電紡裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的靜電紡裝置以及采用該裝置的方法，注射器吸取聚合物溶液；推進(jìn)泵將聚合物溶液從注射器中推出，通過導(dǎo)管后從針頭末端擠出；被擠出的聚合物溶液受與針頭連接的電壓發(fā)生器的靜電力作用形成射流，射向金屬絲芯層上；金屬絲芯層具有一定速度的自轉(zhuǎn)，使得射流均勻的包覆在金屬絲芯層表面；金屬絲芯層被其末端具有一定轉(zhuǎn)速的輥筒卷繞裝置卷繞，實(shí)現(xiàn)皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的連續(xù)生產(chǎn)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，將接收裝置改變?yōu)橐桓勺赞D(zhuǎn)的金屬絲，防止紡絲液快速凝固，使得靜電紡射流均勻的包覆在金屬絲芯層表面，在過濾、催化、能量轉(zhuǎn)換、藥物負(fù)載等方面有很好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的靜電紡裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的靜電紡裝置及方法，屬于制備聚合物納米纖維【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]靜電紡絲法是制備聚合物納米纖維的常見方法，有設(shè)備簡單，易于操作且所得纖維穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。一般的靜電紡裝置是將聚合物溶液或熔體以一定的速度從較細(xì)的針管中擠出，靜電力使紡絲液形成泰勒錐，纖維從泰勒錐頂端射出，射流中溶劑在飛行過程中揮發(fā)，從而在負(fù)極接收極板上收集到納米纖維。
[0003]一般情況下，負(fù)極的接收極板為垂直于射流的金屬板，具有一定轉(zhuǎn)速的輥筒，或是液體接收極，同時(shí)傳統(tǒng)的靜電紡一般設(shè)定接收距離較長，以使得紡絲液有足夠的時(shí)間凝固，這樣就會(huì)造成靜電紡射流存在不穩(wěn)定擾動(dòng)，使得最終所得的納米纖維以無序或具有一定取向的無紡布?xì)中问酱嬖?，大大限制了納米纖維的應(yīng)用領(lǐng)域。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、防止紡絲液快速凝固的制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的靜電紡裝置及方法，解決了傳統(tǒng)的靜電紡設(shè)定接收距離較長，且負(fù)極的接收極板為垂直于射流的金屬板，導(dǎo)致紡絲液快速凝固的問題。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的靜電紡裝置，其特征在于，包括推進(jìn)泵，推進(jìn)泵上的活動(dòng)端與注射器的壓縮端連接，注射器的出口端通過導(dǎo)管與針頭的一端連接，針頭的中間段與電壓發(fā)生器的正極連接，電壓發(fā)生器的負(fù)極通過金屬絲芯層與輥筒卷繞裝置連接，金屬絲芯層的外側(cè)套設(shè)有皮層，金屬絲芯層與電壓發(fā)生器的負(fù)極連接的一端接地。
[0006]一種采用靜電紡裝置制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]步驟1:注射器吸取聚合物溶液；
[0008]步驟2:推進(jìn)泵將聚合物溶液從注射器中推出，通過導(dǎo)管后從針頭末端擠出；
[0009]步驟3:被擠出的聚合物溶液受與針頭連接的電壓發(fā)生器的靜電力作用形成射流，射向金屬絲芯層上；
[0010]步驟4:金屬絲芯層具有一定速度的自轉(zhuǎn)，使得射流均勻的包覆在金屬絲芯層表面；
[0011]步驟5:金屬絲芯層被其末端具有一定轉(zhuǎn)速的輥筒卷繞裝置卷繞，實(shí)現(xiàn)皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的連續(xù)生產(chǎn)。
[0012]優(yōu)選地，所述的推進(jìn)泵為速度可調(diào)的推進(jìn)泵，其可調(diào)速度范圍為0.1?5ml/h。
[0013]優(yōu)選地，所述的聚合物溶液的溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6?20%。
[0014]優(yōu)選地,所述的金屬絲芯層為直徑在0.05?Imm之間的均勻圓形金屬絲。
[0015]優(yōu)選地，所述的金屬絲芯層的自轉(zhuǎn)速度為10?1000 r/min。
[0016]優(yōu)選地，所述的輥筒卷繞裝置的卷繞速度為I?1000m/min。
[0017]優(yōu)選地，所述的電壓發(fā)生器可產(chǎn)生O?50kV的靜電壓。
[0018]優(yōu)選地，所述的針頭末端到金屬絲芯層的距離為5?300mm之間。
[0019]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，通過改變負(fù)極接收端的接收裝置，將接收裝置改變?yōu)橐桓勺赞D(zhuǎn)的金屬絲，再通過調(diào)整靜電紡過程中的其他參數(shù)，制備出了一種以金屬絲為芯層，以聚合物納米纖維為皮層的皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維，防止紡絲液快速凝固，使得靜電紡射流均勻的包覆在金屬絲芯層表面，在過濾、催化、能量轉(zhuǎn)換、藥物負(fù)載等方面有很好的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為一種制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的靜電紡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]其中:I為推進(jìn)泵，2為注射器，3為導(dǎo)管，4為針頭，5為電壓發(fā)生器，6為皮層，7為金屬絲芯層，8為輥筒卷繞裝置。

【具體實(shí)施方式】
[0022]為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。
[0023]一種制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的靜電紡裝置，如圖1所示，其包括:推進(jìn)系統(tǒng)、接收系統(tǒng)和電壓發(fā)生器5。三個(gè)系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)配合，完成不同形態(tài)的皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的制備。推進(jìn)系統(tǒng)包括推進(jìn)泵1，推進(jìn)泵I上的活動(dòng)端與注射器2的壓縮端連接，注射器2的出口端通過導(dǎo)管3與針頭4的一端連接，接收系統(tǒng)包括金屬絲芯層7，金屬絲芯層7的一端與輥筒卷繞裝置8連接，金屬絲芯層7的外側(cè)套有皮層6，針頭4的中間段與電壓發(fā)生器5的正極連接，金屬絲芯層7的另一端接地且與電壓發(fā)生器5的負(fù)極連接。導(dǎo)管3為聚四氟乙烯導(dǎo)管，皮層6為聚合物納米纖維皮層。
[0024]通過該靜電紡裝置可以制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維，并采用近場靜電紡或常規(guī)靜電紡實(shí)現(xiàn)，推進(jìn)系統(tǒng)只要負(fù)責(zé)紡絲液(即聚合物溶液)的定速推送。
[0025]首先規(guī)格為5ml的注射器2吸取聚合物溶液(溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6?20% )，由一臺(tái)速度可調(diào)的推進(jìn)泵I以一定的速度(0.01?5ml/h)將聚合物溶液擠出注射器I (近場靜電紡的推進(jìn)速度一般要小于常規(guī)靜電紡)，經(jīng)過聚四氟乙烯導(dǎo)管，最終從針頭4末端擠出；電壓發(fā)生器5產(chǎn)生的O?50kV的電壓(近場靜電紡所需電壓一般小于常規(guī)靜電紡)，電壓發(fā)生器5正負(fù)極分別于推進(jìn)系統(tǒng)的末端針頭4和接收系統(tǒng)的金屬絲芯層7相連，針頭4末端到金屬絲芯層7的距離為5?300mm之間(近場靜電紡的接收距離一般在5?50mm之間，而常規(guī)靜電紡則在30?300mm之間)，被擠出的紡絲液受靜電力作用形成射流，射向接收系統(tǒng)中的金屬絲芯層7上；接收極為直徑0.05?Imm的圓形均勻金屬絲，同時(shí)其具有一定速度的自轉(zhuǎn)(10?1000r/min)，使得射流均勻的包覆在金屬絲芯層7表面，另外，由于金屬絲芯層7末端有一定轉(zhuǎn)速的卷繞裝置(0.1?50m/min)卷繞,實(shí)現(xiàn)皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的連續(xù)生產(chǎn)。
[0026]通過控制裝置中的各個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同形態(tài)皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的制備。
[0027]實(shí)施例1
[0028]紡絲液為10%的聚偏氟乙烯/DMF溶液，采用常規(guī)靜電紡裝置，用5ml注射器吸取溶液，推進(jìn)速度設(shè)定為lml/h，電壓發(fā)生器輸出電壓設(shè)為15kV，接收距離設(shè)定為150_，用直徑為0.4mm的金屬絲芯層作為接收極,金屬絲芯層自轉(zhuǎn)速度為60 r/min,金屬絲芯層末端卷繞速度為6 m/min,進(jìn)行靜電紡實(shí)驗(yàn)。
[0029]得到均勻的皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維，纖維皮層厚度為0.5mm左右，納米纖維之間貼合不緊密，皮層纖維整體比較蓬松。
[0030]實(shí)施例2
[0031]紡絲液為8%的PHBV/三氯甲烷溶液，采用常規(guī)靜電紡裝置，用5ml注射器吸取溶液，推進(jìn)速度設(shè)定為1.2 ml/h,電壓發(fā)生器輸出電壓設(shè)為18kV，接收距離設(shè)定為150mm，用直徑為0.4mm的金屬絲芯層作為接收極，金屬絲芯層自轉(zhuǎn)速度為60 r/min,金屬絲芯層末端卷繞速度為6 m/min,進(jìn)行靜電紡實(shí)驗(yàn)。
[0032]得到均勻的皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維，纖維皮層厚度為0.3mm左右，納米纖維之間貼合比較緊密。
[0033]實(shí)施例3
[0034]紡絲液為6%的聚偏氟乙烯/DMF丙酮復(fù)配溶液，采用常規(guī)靜電紡裝置，用5ml注射器吸取溶液，推進(jìn)速度設(shè)定為I ml/h，電壓發(fā)生器輸出電壓設(shè)為15kV，接收距離設(shè)定為150mm,用直徑為0.4mm的金屬絲芯層作為接收極,金屬絲芯層自轉(zhuǎn)速度為60 r/min,金屬絲芯層末端卷繞速度為6 m/min,進(jìn)行靜電紡實(shí)驗(yàn)。
[0035]得到均勻的皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維，纖維皮層厚度為0.1mm左右，納米纖維之間貼合比較緊密，且形成具有串珠結(jié)構(gòu)的納米纖維相互纏結(jié)。
[0036]實(shí)施例4
[0037]紡絲液為10%的聚偏氟乙烯/DMF溶液，采用近場靜電紡裝置，用5ml注射器吸取溶液，推進(jìn)速度設(shè)定為0.1 ml/h,電壓發(fā)生器輸出電壓設(shè)為2kV，接收距離設(shè)定為10mm，用直徑為0.4mm的金屬絲芯層作為接收極，金屬絲芯層自轉(zhuǎn)速度為60 r/min，金屬絲芯層末端卷繞速度為3 m/min,進(jìn)行靜電紡實(shí)驗(yàn)。
[0038]得到均勻的皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維，皮層厚度為0.05_左右，皮層未觀察到明顯的納米纖維，主要是因?yàn)樯淞魑茨碳瓷涞浇饘俳z芯層上，使得纖維之間相互粘連。
【權(quán)利要求】
1.一種制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的靜電紡裝置，其特征在于，包括推進(jìn)泵(1)，推進(jìn)泵(I)上的活動(dòng)端與注射器(2)的壓縮端連接，注射器(2)的出口端通過導(dǎo)管(3)與針頭(4)的一端連接，針頭(4)的中間段與電壓發(fā)生器(5)的正極連接，電壓發(fā)生器(5)的負(fù)極通過金屬絲芯層(7)與輥筒卷繞裝置(8)連接，金屬絲芯層(7)的外側(cè)套設(shè)有皮層￠)，金屬絲芯層(7)與電壓發(fā)生器(5)的負(fù)極連接的一端接地。
2.一種采用如權(quán)利要求1所述的靜電紡裝置制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:注射器(2)吸取聚合物溶液； 步驟2:推進(jìn)泵(I)將聚合物溶液從注射器(2)中推出，通過導(dǎo)管(3)后從針頭(4)末端擠出； 步驟3:被擠出的聚合物溶液受與針頭(4)連接的電壓發(fā)生器(5)的靜電力作用形成射流，射向金屬絲芯層⑵上； 步驟4:金屬絲芯層(7)具有一定速度的自轉(zhuǎn)，使得射流均勻的包覆在金屬絲芯層(7)表面； 步驟5:金屬絲芯層(7)被其末端具有一定轉(zhuǎn)速的輥筒卷繞裝置(8)卷繞，實(shí)現(xiàn)皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的連續(xù)生產(chǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的方法，其特征在于，所述的推進(jìn)泵(I)為速度可調(diào)的推進(jìn)泵，其可調(diào)速度范圍為0.1?5ml/h。
4.如權(quán)利要求2所述的一種制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的方法，其特征在于，所述的聚合物溶液的溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6?20%。
5.如權(quán)利要求2所述的一種制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的方法，其特征在于，所述的金屬絲芯層(7)為直徑在0.05?Imm之間的均勻圓形金屬絲。
6.如權(quán)利要求5所述的一種制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的方法，其特征在于，所述的金屬絲芯層(7)的自轉(zhuǎn)速度為10?1000 r/min。
7.如權(quán)利要求2所述的一種制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的方法，其特征在于，所述的輥筒卷繞裝置(8)的卷繞速度為I?1000m/min。
8.如權(quán)利要求2所述的一種制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的方法，其特征在于，所述的電壓發(fā)生器(5)可產(chǎn)生O?50kV的靜電壓。
9.如權(quán)利要求2所述的一種制備皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合單纖維的方法，其特征在于，所述的針頭⑷末端到金屬絲芯層(7)的距離為5?300mm之間。
【文檔編號(hào)】D01D5/34GK104278345SQ201410502491
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】俞昊, 俞彬, 黃濤, 王珵, 張亞州, 朱美芳 申請人:東華大學(xué)