專利名稱：具有卷曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納米材料領(lǐng)域，特別涉及具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維 及其制備方法，以及該微納米纖維的用途。
背景技術(shù)：
靜電紡絲技術(shù)被認(rèn)為是一種制備連續(xù)微納米尺度纖維的理想方法。相比 傳統(tǒng)的紡絲方法，靜電紡絲具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如纖維直徑較小、所得產(chǎn) 物為無紡布結(jié)構(gòu)、具有很大的比表面積等等，該技術(shù)正在引起越來越多的重 視，靜電紡絲纖維在過濾材料、傷口敷料、納米復(fù)合材料等方面也己獲得了 廣泛的應(yīng)用。但是目前多數(shù)靜電紡絲獲得的都是單根纖維隨機(jī)分布的無紡布 結(jié)構(gòu)，單根纖維直徑在幾十到幾百納米之間，強(qiáng)度過低，難以進(jìn)行加工操作， 只有具有一定強(qiáng)度的連續(xù)性單軸向的納米纖維絲束被生產(chǎn)出來，其應(yīng)用范圍 才能得到進(jìn)一步的擴(kuò)展，如在納米增強(qiáng)復(fù)合材料、傳感器等很多應(yīng)用中，需 要的都是取向性很好的纖維。近年來人們?cè)谑占瘡?fù)合納米纖維束方面做了一
些探索，CN200510086985. 5、 CN200610117037. 8提出了復(fù)合納米電紡絲纖維 的收集方法，但由于制備裝置中添加了導(dǎo)絲輥、加捻器等器件，其可控性還 需進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維。 本發(fā)明的目的之二在于提供具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維的制備方法。
本發(fā)明的目的之三在于提供具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維的用途。 本發(fā)明的目的之四在于提供一種用于制備具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖 維的復(fù)合靜電紡絲裝置。本發(fā)明的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維是由靜電紡絲的方法制備得到
的，通過2個(gè)或2個(gè)以上噴絲針頭、高壓靜電電源和帶有2個(gè)或2個(gè)以上針 狀電極的轉(zhuǎn)盤接收器構(gòu)成的復(fù)合靜電紡絲裝置實(shí)現(xiàn)的，利用高壓靜電紡絲工 藝和通過帶有2個(gè)或2個(gè)以上針狀電極的轉(zhuǎn)盤接收器產(chǎn)生的橫向剪切力與聚 合物纖維的自身彈性而制備出具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維。
本發(fā)明的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維是由靜電紡絲的方法制備得到 的，該具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維是由大于1根以上的相同組分或不同 組分巻曲的聚合物纖維，與大于1根以上的相同組分或不同組分的聚合物纖 維相互纏繞成巻曲的微納米二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚合物纖維束所組成，其中，巻曲的 聚合物纖維和聚合物纖維束中的每根聚合物纖維的直徑為0.5 ltim;所述 的巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)為沿聚合物纖維束的長(zhǎng)度方向巻曲，具有一定的取向性。
所述的聚合物纖維材料選自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、 聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)中的一種。所述的聚合物纖維材料優(yōu)選聚甲基丙烯 酸甲酯(P麗A)。
本發(fā)明的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維的制備方法將聚合物紡絲液
裝入復(fù)合靜電紡絲裝置中與噴絲針頭相連通的給料裝置中，設(shè)定復(fù)合靜電紡
絲裝置在靜電紡絲時(shí)的工藝參數(shù)為噴絲針頭與帶有針狀電極的轉(zhuǎn)盤接收器
之間的電壓為10 15 kV，噴絲針頭與轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電極頂端的豎直 間距為20 50 cm，噴絲針頭之間的間距di為2 9 cm (優(yōu)選9 cm )，轉(zhuǎn)盤 接收器上的針狀電極之間的間距d2為2 10 cm (優(yōu)選5 cm )，轉(zhuǎn)盤接收器的 轉(zhuǎn)速為2000 4000 r/mjn。以上參數(shù)在制備過程中均方便可調(diào)，可根據(jù)需 要設(shè)定不同的參數(shù)制得符合要求的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維。
所述的噴絲針頭是2個(gè)或2個(gè)以上；所述的針狀電極是2個(gè)或2個(gè)以上。
在制備相同組分的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維時(shí)，在分別與2個(gè)或2 個(gè)以上噴絲針頭相連通的給料裝置中裝入相同組分的聚合物紡絲液。
在制備不同組分的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維時(shí)，在分別與2個(gè)或2 個(gè)以上噴絲針頭相連通的給料裝置中裝入不同組分的聚合物紡絲液。
所述的聚合物紡絲液原料選自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、 聚乙烯基吡咯垸酮(PVP)中的一種。所述的聚合物紡絲液原料優(yōu)選聚甲基丙 烯酸甲酯(PMMA)。本發(fā)明的用于制備具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維的復(fù)合靜電紡絲裝置
如圖1所示，包括與復(fù)合靜電紡絲裝置中的給料裝置相連通的2個(gè)或2個(gè)以上噴 絲針頭、高壓靜電電源和帶有2個(gè)或2個(gè)以上針狀電極的轉(zhuǎn)盤接收器。
2個(gè)或2個(gè)以上噴絲針頭固定于同一高度；在噴絲針頭的下方有轉(zhuǎn)盤接收
器；
所述的轉(zhuǎn)盤接收器是由邊緣固定有2個(gè)或2個(gè)以上豎直的針狀電極的轉(zhuǎn)盤 組成。
所述的轉(zhuǎn)盤接收器平面垂直于電場(chǎng)方向，針狀電極垂直于轉(zhuǎn)盤平面而與 電場(chǎng)平行。轉(zhuǎn)盤接收器與轉(zhuǎn)速可控的旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。
噴絲針頭與轉(zhuǎn)盤接收器分別與電源正負(fù)極相連，二者之間形成電壓。
本發(fā)明的復(fù)合靜電紡絲裝置在工作時(shí)，在噴絲針頭和轉(zhuǎn)盤接收器之間形 成高壓靜電場(chǎng)，其方向與轉(zhuǎn)盤接收器的平面相垂直，處于2個(gè)或2個(gè)以上噴 絲針頭屮的聚合物紡絲液(可以是相同組分或不同組分)在高壓靜電場(chǎng)的作 用下，聚合物紡絲液在噴向轉(zhuǎn)盤接收器形成聚合物纖維時(shí)，會(huì)形成成千上萬 根極細(xì)的聚合物紡絲液流，并以一定的流速從各自的噴絲針頭中噴向轉(zhuǎn)盤接 收器。轉(zhuǎn)盤接收器的邊緣固定有2個(gè)或2個(gè)以上針狀電極，由于電荷的尖端 放電特性，聚合物紡絲液流會(huì)主要向針狀電極上富集。聚合物紡絲液流在飛 向針狀電極過程中，轉(zhuǎn)盤接收器以2000 4000 r/min的轉(zhuǎn)速高速旋轉(zhuǎn)，由 于轉(zhuǎn)盤接收器的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的橫向剪切力以及聚合物纖維的自身彈性，因此， 聚合物紡絲液流不斷拉伸細(xì)化并逐漸固化的過程中，在得到巻曲的聚合物纖 維的同時(shí)，也形成具有一定取向性的聚合物纖維相互纏繞成巻曲的微納米二 級(jí)結(jié)構(gòu)的聚合物纖維束。最終在針狀電極上得到的是具有一定的連續(xù)性、取 向性的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維。
本發(fā)明的巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)微納米纖維能夠作為取向纏繞紡織纖維材料，高 蓬松填充、保溫纖維材料，以及多色多功能復(fù)合纖維納米材料。
本發(fā)明提出的制備具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維的方法，是通過靜電 紡絲的方法獲得具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維，該方法可用來制備多組分 巻曲的納米纖維，并具有定的連續(xù)性、取向性和成束趨向。本發(fā)明采用一 歩法得到具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維，方法簡(jiǎn)單，過程可控，在制備高蓬松保溫纖維材料、生物組織工程材料以及多色多功能復(fù)合纖維納米材料方 面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。


圖l.本發(fā)明的復(fù)合電紡裝置示意圖。
圖2.本發(fā)明實(shí)施例1的使用聚甲基丙烯酸甲酯(P麗A)溶液作為聚合物紡 絲液時(shí)，設(shè)定噴絲針頭與轉(zhuǎn)盤接收器間不同電壓，在轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電 極上所收集的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡 (FE-SEM)照片，a， b圖中標(biāo)尺均為10 u m。
圖3.本發(fā)明實(shí)施例2和3的使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液作為聚合 物紡絲液時(shí)，設(shè)定兩個(gè)噴絲針頭間距山和轉(zhuǎn)盤接收器上兩個(gè)針狀電極間距cl2為 不同數(shù)值時(shí)，在轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電極上所收集的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微 納米纖維的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)， a， b， c， d， e圖中標(biāo)尺均為10 U m。
圖4a， b.本發(fā)明實(shí)施例4的使用聚苯乙烯(PS)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 溶液作為聚合物紡絲液時(shí)，在轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電極上所收集的具有巻曲 二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)照片，圖中標(biāo)尺 均為10 ym。
圖5.本發(fā)明實(shí)施例5的所收集的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維以280 nm波長(zhǎng)的光源激發(fā)所得的熒光照片。 附圖標(biāo)記
1.噴絲針頭2.轉(zhuǎn)盤接收器
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l
請(qǐng)參見圖l復(fù)合靜電紡絲裝置。2個(gè)或2個(gè)以上噴絲針頭1固定于同一高度; 在噴絲針頭的下方有轉(zhuǎn)盤接收器2;噴絲針頭與轉(zhuǎn)盤接收器分別與高壓電源正 負(fù)極相連。
所述的轉(zhuǎn)盤接收器是由邊緣固定有2個(gè)或2個(gè)以上豎直的針狀電極的轉(zhuǎn)盤
組成。該轉(zhuǎn)盤接收器平面垂直于電場(chǎng)方向，針狀電極垂直于轉(zhuǎn)盤平面而與電 場(chǎng)平行，轉(zhuǎn)盤接收器與轉(zhuǎn)速可控的旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連。將聚甲基丙烯酸甲酯(P麗A)溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中，制成15% (質(zhì)量百分含量)的溶液。各取1 g該溶液分別加入到與2個(gè)噴絲針頭相連 通的給料裝置中，按照如圖1的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行紡絲。外部環(huán)境溫度15 。C，相 對(duì)濕度30%，噴絲針頭與轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電極頂端的豎直間距為20cm， 噴絲針頭之間的間距山為9cm，轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電極之間的間距(12為5 cm，轉(zhuǎn)盤接收器的轉(zhuǎn)速為2000 4000 r/min。收集轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電極
上的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維。
如圖2所示，圖2a， 2b分別是設(shè)定高壓電源電壓為20 kV和14 kV的時(shí)
候在轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電極上所收集的微納米纖維的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微 鏡(FE-SEM)照片。由圖可以看出，當(dāng)電壓過大時(shí)，噴絲針頭和轉(zhuǎn)盤接收器 之間的電場(chǎng)強(qiáng)度較大，聚合物紡絲液噴出后到達(dá)轉(zhuǎn)盤接收器的時(shí)間較短，轉(zhuǎn) 盤接收器的旋轉(zhuǎn)在此過程中無法起到主要作用，因此收集到的纖維和普通電 紡時(shí)得到的纖維形態(tài)相似，為無紡布結(jié)構(gòu)；當(dāng)電壓較小時(shí)，噴絲針頭和轉(zhuǎn)盤 接收器之間的電場(chǎng)強(qiáng)度較小，聚合物紡絲液流主要向針狀電極匯集，轉(zhuǎn)盤接 收器的旋轉(zhuǎn)將使部分纖維相互纏繞成巻曲的微納米二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚合物纖維 束，同時(shí)也含有巻曲的聚合物纖維。
該具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維是由大于l根以上的巻曲的聚甲基丙 烯酸甲酯纖維，與大于l根以上的聚甲基丙烯酸甲酯纖維相互纏繞成巻曲的微 納米二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸甲酯纖維束所組成，其中，巻曲的聚甲基丙烯 酸甲酯纖維和聚甲基丙烯酸甲酯纖維束中的每根聚甲基丙烯酸甲酯纖維的直 徑為0.5 lum;該巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)為沿聚甲基丙烯酸甲酯纖維束的長(zhǎng)度方向
咼度巻曲。
實(shí)施例2
復(fù)合靜電紡絲裝置同實(shí)施例l。
將聚甲基丙烯酸甲酯(P醒A)溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中，制成15% (質(zhì)量百分含量)的溶液。各取1 g該溶液分別加入到與2個(gè)噴絲針頭相連 通的給料裝置中，按照如圖1的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行紡絲。外部環(huán)境溫度15 。C，相 對(duì)濕度30% ，高壓電源電壓為14 kV，噴絲針頭與轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電 極頂端的豎直間距為20 cm，轉(zhuǎn)盤接收器的轉(zhuǎn)速為2000 4000 r/min。固定 轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電極之間的間距(12為2cm，調(diào)節(jié)噴絲針頭之間的間距山的數(shù)值。收集轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電極上的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維。
如圖3所示，圖3a， 3b， 3c分別是山為2 cm， 5 cm和9 cm時(shí)所收集的 微納米纖維的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)照片。對(duì)比三幅圖片可以看 出，固定轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電極之間的間距d2，噴絲針頭之間的間距d,為9 cm時(shí)，所得的微納米纖維的取向、纏繞效果最好，其單根纖維也更易產(chǎn)生巻 曲效應(yīng)。由于兩個(gè)噴絲針頭噴出的聚合物紡絲液帶有相同極性的電荷，當(dāng)山 較小時(shí)，聚合物紡絲液流間的靜電斥力較大，而當(dāng)di增大時(shí)，靜電斥力逐漸減 小，因此聚合物紡絲液流在拉伸固化形成纖維的過程中，在得到巻曲的聚合 物纖維的同時(shí)，也形成具有一定取向性的聚合物纖維相互纏繞成巻曲的微納 米二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚合物纖維束，纏繞效果進(jìn)一步增強(qiáng)。綜上，在d2固定時(shí)，在設(shè) 定范圍內(nèi)山越大，所得具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的纖維的取向、纏繞效果越好，更適合用 作高蓬松保溫纖維材料。
該具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維是由大于l根以上的巻曲的聚甲基丙 烯酸甲酯纖維，與大于l根以上的聚甲基丙烯酸甲酯纖維相互纏繞成巻曲的微 納米二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸甲酯纖維束所組成，其中，巻曲的聚甲基丙烯 酸甲酯纖維和聚甲基丙烯酸甲酯纖維束中的每根聚甲基丙烯酸甲酯纖維的直 徑為0.5 lum;該巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)為沿聚甲基丙烯酸甲酯纖維束的長(zhǎng)度方向 高度巻曲。
實(shí)施例3
復(fù)合靜電紡絲裝置同實(shí)施例l。
將聚甲基丙烯酸甲酯(P醒A)溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中，制成15% (質(zhì)量百分含量)的溶液。各取1 g該溶液分別加入到與2個(gè)噴絲針頭相連 通的給料裝置中，按照如圖1的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行紡絲。外部環(huán)境溫度15 'C，相 對(duì)濕度30%，高壓電源電電壓為14kV，噴絲針頭與轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電 極頂端的豎直間距為20 cm，轉(zhuǎn)盤接收器的轉(zhuǎn)速為2000 4000 r/min。固定 噴絲針頭之間的間距山為5cm，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電極之間的間距d2 的數(shù)值。收集轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電極上的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維。 如圖3所示，圖3b， 3d， 3e分別是d2為2 cm， 5 cm禾Q 10 cm時(shí)所收集 纖維的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)照片。對(duì)比三幅圖片可以看出，固 定噴絲針頭之間的間距山，轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電極之間的間距d2為5 cm時(shí)，所得纖維的纏繞效果最好。當(dāng)d2過小時(shí)，在轉(zhuǎn)盤接收器高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)盤接收
器上的2個(gè)針狀電極的效果類似于只有1個(gè)針狀電極，即聚合物紡絲液固化時(shí) 均向同一區(qū)域匯集，而不是向分開的2個(gè)針狀電極匯集，所以無法產(chǎn)生纏繞的 效果；當(dāng)d2過大時(shí)，噴絲針頭和轉(zhuǎn)盤接收器之間區(qū)域的空氣在轉(zhuǎn)盤接收器高速 旋轉(zhuǎn)時(shí)則可能受到較大的擾動(dòng)，對(duì)聚合物紡絲液的拉伸固化過程產(chǎn)生明顯影 響，致使收集的纖維取向、纏繞效果變差。綜上，在山固定時(shí)，在設(shè)定范圍內(nèi) d2需適中，才能得到相互纏繞成巻曲的微納米二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚合物纖維束取向、 纏繞效果較好的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維。
該具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維是由大于l根以上的巻曲的聚甲基丙 烯酸甲酯纖維，與大于l根以上的聚甲基丙烯酸甲酯纖維相互纏繞成巻曲的微 納米二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸甲酯纖維束所組成，其中，巻曲的聚甲基丙烯 酸甲酯纖維和聚甲基丙烯酸甲酯纖維束中的每根聚甲基丙烯酸甲酯纖維的直 徑為0.5 lunu該巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)為沿聚甲基丙烯酸甲酯纖維束的長(zhǎng)度方向 高度巻曲。
實(shí)施例4
復(fù)合靜電紡絲裝置同實(shí)施例1 。
將聚苯乙烯(PS)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分別溶解在二甲基甲酰胺(DMF) 中，分別制成15% (質(zhì)量百分含量)的溶液。各取1 g該溶液(相同組分) 加入到與2個(gè)噴絲針頭相連通的給料裝置中，按照如圖1的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行紡 絲。外部環(huán)境溫度15 。C，相對(duì)濕度30%，噴絲針頭與轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀 電極頂端的豎直間距為20 cm， 2個(gè)噴絲針頭之間的間距山為9 cm，轉(zhuǎn)盤接 收器上的2個(gè)針狀電極之間的間距山為5 cm，轉(zhuǎn)盤接收器的轉(zhuǎn)速為2000 4000 r/min。收集轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電極上的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米 纖維。
如圖4所示，圖4a， 4b分別是用PS和PVP作為聚合物紡絲液時(shí)所收集的在 轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電極上的纖維。與使用PMMA作為聚合物紡絲液時(shí)相比， 因PS和PVP的脆性較大，在聚合物紡絲液拉伸固化的過程中，纖維的彈性收縮 效果較差，無法產(chǎn)生類似于單獨(dú)使用PMMA作為聚合物紡絲液時(shí)所得到的纖維 具有的巻曲效應(yīng)，并且纖維排列較為緊密，空隙較小，在用作高蓬松保溫纖 維材料方面受到限制。但依然具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)，并具有一定的取向性，可用于納米增強(qiáng)復(fù)合材料。
該具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維是由大于l根以上的巻曲的聚苯乙烯
(或聚乙烯吡咯烷酮)纖維，與大于l根以上的聚苯乙烯(或聚乙烯吡咯烷酮) 纖維相互纏繞成巻曲的微納米二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯(或聚乙烯吡咯烷酮)纖 維束所組成，其中，巻曲的聚苯乙烯(或聚乙烯吡咯垸酮)纖維和聚苯乙烯
(或聚乙烯吡咯垸酮)纖維束中的每根聚苯乙烯(或聚乙烯吡咯烷酮)纖維 的直徑為0.5 lum;該巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)為沿聚苯乙烯(或聚乙烯吡咯烷酮) 纖維束的長(zhǎng)度方向巻曲。
實(shí)施例5
復(fù)合靜電紡絲裝置同實(shí)施例1 。
將聚甲基丙烯酸甲酯(P麗A)溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中，制成15% (質(zhì)量百分含量)的溶液。取2份該溶液，分別加入少量寡聚噻吩和羅丹明B (質(zhì)量均為溶液中PMMA質(zhì)量的1%)作為熒光染色劑。將2種溶液各取1 g分 別加入到與2個(gè)噴絲針頭相連通的給料裝置中，按照如圖1的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行 紡絲。外部環(huán)境溫度15 。C，相對(duì)濕度30%，噴絲針頭與轉(zhuǎn)盤接收器上的針 狀電極頂端的豎直間距為20 cm， 2個(gè)噴絲針頭之間的間距d,為9 cm,轉(zhuǎn) 盤接收器上的2個(gè)針狀電極之間的間距(12為5 cm，轉(zhuǎn)盤接收器的轉(zhuǎn)速為 2000 4000 r/min。收集轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電極上的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的 微納米纖維。
如圖5所示，可看出2種聚合物紡絲液在拉伸固化的過程中較好的融為一 體，該具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維是由大于l根以上的巻曲的聚甲基丙烯 酸甲酯纖維，與大于l根以上的聚甲基丙烯酸甲酯纖維相互纏繞成巻曲的微納 米二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸甲酯纖維束所組成，其中，巻曲的聚甲基丙烯酸 甲酯纖維和聚甲基丙烯酸甲酯纖維束中的每根聚甲基丙烯酸甲酯纖維的直徑 為0.5 lum;該巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)為沿聚甲基丙烯酸甲酯纖維束的長(zhǎng)度方向高 度巻曲。該電紡方法在制備多色多功能復(fù)合纖維納米材料具有潛在的應(yīng)用價(jià) 值。
權(quán)利要求
1. 一種具有卷曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維，其是由靜電紡絲的方法制備得到的；其特征是該具有卷曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維是由大于1根以上的相同組分或不同組分卷曲的聚合物纖維，與大于1根以上的相同組分或不同組分的聚合物纖維相互纏繞成卷曲的微納米二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚合物纖維束所組成，其中，卷曲的聚合物纖維和聚合物纖維束中的每根聚合物纖維的直徑為0.5～1μm；所述的卷曲二級(jí)結(jié)構(gòu)為沿聚合物纖維束的長(zhǎng)度方向卷曲，具有取向性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維，其特征是所述的聚合物纖維材料選自聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮中的一種。
3. —種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維的制備方法，其特征是將聚合物紡絲液裝入復(fù)合靜電紡絲裝置中與噴絲針頭相連 通的給料裝置中，設(shè)定復(fù)合靜電紡絲裝置在靜電紡絲時(shí)的工藝參數(shù)為噴絲針頭與帶有針狀電極的轉(zhuǎn)盤接收器之間的電壓為10 15 kV，噴絲針頭與轉(zhuǎn) 盤接收器上的針狀電極頂端的豎直間距為20 50 cm，噴絲針頭之間的間距 為2 9 cm，轉(zhuǎn)盤接收器上的針狀電極之間的間距為2 10 cm，轉(zhuǎn)盤接收器 的轉(zhuǎn)速為2000 4000 r/min;所述的噴絲針頭是2個(gè)或2個(gè)以上；所述的針狀電極是2個(gè)或2個(gè)以上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是在制備相同組分的具有巻曲二 級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維時(shí)，在分別與2個(gè)或2個(gè)以上噴絲針頭相連通的給料裝置 中裝入相同組分的聚合物紡絲液。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是在制備不同組分的具有巻曲二 級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維時(shí)，在分別與2個(gè)或2個(gè)以上噴絲針頭相連通的給料裝置 中裝入不同組分的聚合物紡絲液。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3、 4或5所述的方法，其特征是所述的聚合物紡絲液原 料選自聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮中的一種。
7. —種用于制備權(quán)利要求1或2所述的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維的 復(fù)合靜電紡絲裝置，包括與復(fù)合靜電紡絲裝置中的給料裝置相連通的2個(gè)或2 個(gè)以上噴絲針頭、高壓靜電電源和帶有2個(gè)或2個(gè)以上針狀電極的轉(zhuǎn)盤接收器;其特征是2個(gè)或2個(gè)以上噴絲針頭固定于同一高度；在噴絲針頭的下方有轉(zhuǎn)盤接收器；所述的轉(zhuǎn)盤接收器是由邊緣固定有2個(gè)或2個(gè)以上豎直的針狀電極的轉(zhuǎn)盤 組成；噴絲針頭與轉(zhuǎn)盤接收器分別與電源正負(fù)極相連。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征是轉(zhuǎn)盤接收器平面垂直于電場(chǎng)方 向，針狀電極垂直于轉(zhuǎn)盤平面而與電場(chǎng)平行。
9. 一種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維的用 途，其特征是所述的巻曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維能夠作為取向纏繞紡織纖 維材料，高蓬松填充、保溫纖維材料，以及多色多功能復(fù)合纖維納米材料。
全文摘要
本發(fā)明屬于微納米材料領(lǐng)域，涉及具有卷曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維及其制備方法和用途。本發(fā)明利用高壓靜電紡絲工藝和通過轉(zhuǎn)盤接收器產(chǎn)生的橫向剪切力與聚合物纖維的自身彈性而制備出的卷曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維，是由大于1根以上的相同組分或不同組分卷曲的聚合物纖維，與大于1根以上的相同組分或不同組分的聚合物纖維相互纏繞成卷曲的微納米二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚合物纖維束所組成，其中，卷曲的聚合物纖維和聚合物纖維束中的每根聚合物纖維的直徑為0.5～1μm；所述的卷曲二級(jí)結(jié)構(gòu)為沿聚合物纖維束的長(zhǎng)度方向卷曲，具有一定的取向性。本發(fā)明采用一步法得到具有卷曲二級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米纖維，制備工藝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)。
文檔編號(hào)D02G1/18GK101435122SQ20081023961
公開日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者宋延林, 李風(fēng)煜, 杜晨光, 雷 江, 勇 趙 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所