一種雙電極靜電紡絲裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種雙電極靜電紡絲裝置，所述裝置包括負極噴頭(1)、正極噴頭(2)，收集器(3)、集束拉伸羅拉(5)和卷繞裝置(6)，其中，所述負極噴頭(1)和所述正極噴頭(2)對向設(shè)置；所述收集器位于兩個噴頭的中間，所述收集器(3)接地，所述收集器的軸線與兩個噴頭的連線垂直，所述收集器的錐頂依次指向所述集束拉伸羅拉(5)和所述卷繞裝置(6)。本實用新型還提供了一種使用所述的雙電極靜電紡絲裝置進行紡絲的方法。
【專利說明】
-種雙電極靜電紡竺裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及紡絲領(lǐng)域，具體而言，設(shè)及一種雙電極靜電紡絲裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 靜電紡絲是一種特殊的纖維制造工藝，聚合物溶液或烙體在強電場中進行噴射紡 絲。在電場作用下，針頭處的液滴會由球形變?yōu)閳A錐形（即"泰勒錐"），并從圓錐尖端延展得 到纖維細絲。運種方式可W生產(chǎn)出納米級直徑的聚合物細絲。
[0003] 靜電紡絲W其制造裝置簡單、紡絲成本低廉、可紡物質(zhì)種類繁多、工藝可控等優(yōu) 點，成為有效制備納米纖維材料的主要途徑之一。靜電紡絲技術(shù)已經(jīng)制備了種類豐富的納 米纖維，包括有機、有機/無機復(fù)合和無機納米纖維。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，靜電紡絲作為一 種簡便有效的可生產(chǎn)納米纖維的新型加工技術(shù)，將在生物醫(yī)用材料、過濾及防護、催化、能 源、光電、食品工程、化妝品等領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。
[0004] 靜電紡絲技術(shù)在構(gòu)筑一維納米結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域已發(fā)揮了非常重要的作用，應(yīng)用靜電 紡絲技術(shù)已經(jīng)成功的制備出了結(jié)構(gòu)多樣的納米纖維材料。通過不同的制備方法，如改變噴 頭結(jié)構(gòu)、控制實驗條件等，可W獲得實屯、、空屯、、核-殼結(jié)構(gòu)的超細纖維或是蜘蛛網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的 二維纖維膜;通過設(shè)計不同的收集裝置，可W獲得單根纖維、纖維束、高度取向纖維或無規(guī) 取向纖維膜等。
[0005] 靜電紡絲目前的產(chǎn)品形式基本都是的纖維拉，運種片狀材料可W直接應(yīng)用，但產(chǎn) 品的二次加工性及力學(xué)性能較差。通過正負雙電極靜電紡絲制備納米纖維束構(gòu)成的連續(xù)紗 線，則可W解決W下問題：1、紡成納米纖維紗量少;2、纖維之間定向排列性差，呈無規(guī)排列 狀態(tài);3、已形成的纖維集合體片狀結(jié)構(gòu)，不能形成紗線;4、不能連續(xù)紡絲、加搶紡紗;5、二次 加工性及力學(xué)性能差，不穩(wěn)定。
[0006] 有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的第一目的在于提供一種雙電極靜電紡絲裝置，所述裝置具有可定量的連 續(xù)紡絲、加搶成紗;連續(xù)機械加搶;紗線纖維之間定向排列;紡成的紗線力學(xué)性能穩(wěn)定，可進 行二次加工等優(yōu)點。
[0008] 本發(fā)明的第二目的在于提供一種使用所述裝置進行靜電紡絲的方法，該方法與本 發(fā)明的裝置緊密結(jié)合，利于合理使用本發(fā)明的裝置進行靜電紡絲。
[0009] 為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用W下技術(shù)方案：
[0010] 本發(fā)明的一個方面設(shè)及一種雙電極靜電紡絲裝置，其特征在于，所述裝置包括負 極噴頭1、正極噴頭2,收集器3、集束拉伸羅拉(5)和卷繞裝置6,其中，所述負極噴頭1和所述 正極噴頭2對向設(shè)置;所述收集器位于兩個噴頭的中間，所述收集器3接地，所述收集器的軸 線與兩個噴頭的連線垂直，所述收集器的錐頂依次指向所述集束拉伸羅拉5和所述卷繞裝 置6。
[0011] 本發(fā)明的從高壓直流電源引出正、負雙極，分別連接在噴絲頭上，再調(diào)節(jié)好兩噴絲 頭之間的距離和噴絲頭與弧面柱體收集器的距離及弧面柱體收集器與卷繞裝置的距離。紡 絲時，先開注射累，調(diào)好流量、弧面柱體收集器的轉(zhuǎn)速和卷繞裝置卷繞速度，打開直流電源， 將電壓調(diào)節(jié)到合適的位置。高聚物溶液在電場力和推力的作用下從噴絲頭的尖端飛出，經(jīng) 過一定的距離后沉積在弧面柱體收集器的表面，將得到的纖維束牽引出來，卷繞到卷繞漉 上，實現(xiàn)連續(xù)卷繞。
[0012] 優(yōu)選地，還包括:連桿4和用于支撐連桿4的托架7,其中，所述連桿4與收集器3的錐 底直接連接并可W軸向旋轉(zhuǎn)并帶動所述弧面柱體收集器3-起旋轉(zhuǎn)，所述托架接地。
[0013] 優(yōu)選地，所述負極噴頭1、正極噴頭2分別與直流電源的負極和正極相連接，所述負 極噴頭和正極噴頭各連接一個儲液盒，且所述負極噴頭1、正極噴頭2之間的距離是200- 500mm，優(yōu)選300-400mm。
[0014] 優(yōu)選地，所述集束拉伸羅拉5和卷繞裝置6平行設(shè)置且可W軸向轉(zhuǎn)動，且二者間距 為200-1000mm，優(yōu)選的，所述集束拉伸羅拉5和卷繞裝置6均與所述收集器的軸線垂直。
[0015] 優(yōu)選地，所述集束拉伸羅拉5和所述弧面柱體收集器3的距離是200-800mm。
[0016] 本發(fā)明的另一個方面設(shè)及使用所述雙電極靜電紡絲裝置進行紡絲的方法，其特征 在于，所述方法的具體步驟如下：
[0017] 接通電源，正極噴頭和負極噴頭的分別將兩股紡絲溶液噴向收集器的表面，兩股 異性電荷的紡絲溶液在收集器的表面相互吸引進而匯合并在收集器的錐頂形成纖維束，所 述纖維束經(jīng)集束、拉伸和卷繞，實現(xiàn)連續(xù)紡絲。
[001引優(yōu)選地，紡絲過程中設(shè)置正極噴頭2的電壓為5-20KV，負極噴頭1的電壓為4-18KV， 紡絲液總流量為1.2-16.OmlA,弧面柱體收集器3的轉(zhuǎn)速為0~2(K)r/min，卷繞速度為0~ 30r/min。
[0019] 優(yōu)選地，所述紡絲液是聚乳酸納米紗紡絲液，其中聚乳酸的質(zhì)量分數(shù)為4-12%，桑 蠶絲素的質(zhì)量分數(shù)為6-26%。
[0020] 優(yōu)選地，所述聚乳酸納米紗紡絲液按照W下步驟制備：
[0021] 在室溫條件下，取聚乳酸作為溶質(zhì)，WS氯甲燒與N，N-二甲基甲酯胺的混合溶液 作為溶劑，充分攬拌溶解后，制得PLA紡絲溶液，更優(yōu)選地，S氯甲燒與N，N-二甲基甲酯胺的 體積比為8-10:1。
[0022] 優(yōu)選地，所述聚乳酸納米紗紡絲液按照W下步驟制備：
[0023] 1)在室溫條件下，取聚乳酸作為溶質(zhì)，W體積比為9:1的S氯甲燒與N，N-二甲基甲 酷胺的混合溶液作為溶劑，充分攬拌溶解后，制得PLA紡絲溶液；
[0024] 2)將桑蠶蠶雖1:30的浴比置于0.5%碳酸鋼溶液中，煮沸脫膠3次，用去離子水不 斷沖洗，再在室溫下干燥；
[0025] 3)干燥完成后，將脫膠后的昨蠶絲置于50%硫氯酸裡溶液中攬拌溶解化，然后用 透析袋透析3天，制得桑蠶絲素；
[0026] 4)最后將制得的桑蠶絲素冷凍干燥，W純桑蠶絲素作為溶質(zhì)，六氣異丙醇作為溶 劑，充分攬拌溶解后，制得桑蠶絲素紡絲溶液，后將桑蠶絲紡絲溶液加入所述步驟1)中制備 的PLA紡絲溶液中制得PLA-絲素紡絲溶液。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0028] (I)可定量的連續(xù)紡絲、加搶成紗；
[0029] (2)連續(xù)機械加搶；
[0030] (3)紗線纖維之間定向排列；
[0031] (4)紡成的紗線力學(xué)性能穩(wěn)定，可進行二次加工。
【附圖說明】
[0032] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，W下將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。
[0033] 圖1為本發(fā)明的雙電極靜電紡絲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明的實施方案進行詳細描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會 理解，下列實施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實施例中未注明具體 條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為 可W通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
[0035] 實施例1
[0036] 一般的棉紗，如8-lOtex優(yōu)等紗，按國標GB/T398，其單紗斷裂強度為> 1.56cN/ dtex，純緣絕紗線如8.1-1 Itex紗線，按紡織行業(yè)標準FZ/T 12028，其單紗斷裂強度為> 1.95cNAltex。本發(fā)明紡制成紗線，其單紗斷裂強度為5.61cNAltex-21.695cNAltex。
[0037] 按照W下步驟配制備聚乳酸紗線：
[0038] 1)配制聚乳酸納米紗紡絲液
[0039] 在室溫條件下，取聚乳酸(PLA)作為溶質(zhì)，W體積比為8:1的S氯甲燒與N，N-二甲 基甲酯胺的混合溶液作為溶劑，充分攬拌溶解后，制得PLA紡絲溶液。其中，PLA的質(zhì)量百分 數(shù)是4 %。
[0040] 2)使用本發(fā)明的雙電極靜電紡絲裝置進行紡織：
[0041 ] 調(diào)整裝置的正極針頭電壓至5KV，負極針頭電壓至4KV，紡絲液總流量至1.2ml/h， 弧面柱體收集器轉(zhuǎn)速為化/min，卷繞速度為30r/min，得到紗線1。
[0042] 實施例2
[0043] 1)配制聚乳酸納米紗紡絲液
[0044] 在室溫條件下，取聚乳酸(PLA)作為溶質(zhì)，W體積比為9:1的S氯甲燒與N，N-二甲 基甲酯胺的混合溶液作為溶劑，充分攬拌溶解后，制得PLA紡絲溶液。其中，PLA的質(zhì)量百分 數(shù)是12%。
[0045] 2)使用本發(fā)明的雙電極靜電紡絲裝置進行紡織：
[0046] 調(diào)整裝置的正極針頭電壓至20KV，負極針頭電壓至18KV，紡絲液總流量至16mlA， 弧面柱體收集器轉(zhuǎn)速為20化/min，卷繞速度為30r/min，得到紗線2。
[0047] 實驗例3
[0048] 1)配制聚乳酸納米紗紡絲液
[0049] 在室溫條件下，取聚乳酸(PLA)作為溶質(zhì)，W體積比為10:1的S氯甲燒與N，N-二甲 基甲酯胺的混合溶液作為溶劑，充分攬拌溶解后，制得PLA紡絲溶液。其中，PLA的質(zhì)量百分 數(shù)是8 %。
[0050] 2)使用本發(fā)明的雙電極靜電紡絲裝置進行紡織：
[0化1] 調(diào)整裝置的正極針頭電壓至UKV，負極針頭電壓至9KV，紡絲液總流量至6ml/h，弧 面柱體收集器轉(zhuǎn)速為l(K)r/min，卷繞速度為2虹/min,得到紗線3-10。
[0化2] 實施例4
[0053] 按照W下步驟配制備聚乳酸紗線：
[0054] 1)配制聚乳酸納米紗紡絲液
[0055] 在室溫條件下，取聚乳酸作為溶質(zhì)，W體積比為8:1的S氯甲燒與N，N-二甲基甲酯 胺的混合溶液作為溶劑，充分攬拌溶解后，制得PLA紡絲溶液；
[0056] 將桑蠶蠶雖1:30的浴比置于0.5%碳酸鋼溶液中，煮沸脫膠3次，用去離子水不斷 沖洗，再在室溫下干燥；
[0057] 干燥完成后，將脫膠后的昨蠶絲置于50%硫氯酸裡溶液中攬拌溶解化，然后用透 析袋透析3天，制得桑蠶絲素；
[0058] 最后將制得的桑蠶絲素冷凍干燥，W純桑蠶絲素作為溶質(zhì)，六氣異丙醇作為溶劑， 充分攬拌溶解后，制得桑蠶絲素紡絲溶液，后將桑蠶絲紡絲溶液加入先前步驟中制備的PLA 紡絲溶液中制得PLA-絲素紡絲溶液，其中PLA的質(zhì)量百分數(shù)是4%，蠶絲素的質(zhì)量百分數(shù)是 6%。
[0059] 2)使用本發(fā)明的雙電極靜電紡絲裝置進行紡織：
[0060] 調(diào)整裝置的正極針頭電壓至5KV，負極針頭電壓至4KV，紡絲液總流量至1.2ml/h， 弧面柱體收集器轉(zhuǎn)速為20化/min，卷繞速度為20r/min，得到紗線11。
[0061] 實施例5
[0062] 1)配制聚乳酸納米紗紡絲液
[0063] 在室溫條件下，取聚乳酸(PLA)作為溶質(zhì)，W體積比為9:1的S氯甲燒與N，N-二甲 基甲酯胺的混合溶液作為溶劑，充分攬拌溶解后，制得PLA紡絲溶液。其中，PLA的質(zhì)量百分 數(shù)是12%。
[0064] 2)使用本發(fā)明的雙電極靜電紡絲裝置進行紡織：
[00化]調(diào)整裝置的正極針頭電壓至20KV，負極針頭電壓至18KV，紡絲液總流量至16ml/h， 弧面柱體收集器轉(zhuǎn)速為20化/min，卷繞速度為30r/min，得到紗線12。
[0066] 實驗例6
[0067] 1)配制聚乳酸納米紗紡絲液
[006引在室溫條件下，取聚乳酸(PLA)作為溶質(zhì)，W體積比為10:1的S氯甲燒與N，N-二甲 基甲酯胺的混合溶液作為溶劑，充分攬拌溶解后，制得PLA紡絲溶液。其中，PLA的質(zhì)量百分 數(shù)是8 %。
[0069] 2)使用本發(fā)明的雙電極靜電紡絲裝置進行紡織：
[0070] 調(diào)整裝置的正極針頭電壓至UKV，負極針頭電壓至9KV，紡絲液總流量至6ml/h，弧 面柱體收集器轉(zhuǎn)速為l(K)r/min，卷繞速度為化/min,得到紗線13-20。
[0071] 紗線直徑測定
[0072] 對紗線1-6和11-16的直徑進行測定，結(jié)果如表1所示： r0073I
[0074] 納米紗的力學(xué)性能測試：
[0075] 在溫濕度：2rC65%大氣的條件下，使用電子單纖維強力儀化LY-06B)儀器采用 GB/T9997標準，其中隔距：IOmm速度：lOmm/min，對本發(fā)明實施例中的紗線1-20的力學(xué)性能 進行測試，其中，紗線1-10力學(xué)性能如表2所示，紗線11-20的力學(xué)性能如表3所示：
[0076] 表2PLA納米紗的力學(xué)性能
[0077]
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[0080]盡管已用具體實施例來說明和描述了本發(fā)明，然而應(yīng)意識到，在不背離本發(fā)明的 精神和范圍的情況下可W作出許多其它的更改和修改。因此，運意味著在所附權(quán)利要求中 包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有運些變化和修改。
【主權(quán)項】
1. 一種雙電極靜電紡絲裝置，其特征在于，所述裝置包括負極噴頭（1)、正極噴頭(2)， 收集器(3)、集束拉伸羅拉(5)和卷繞裝置(6)，其中，所述負極噴頭（1)和所述正極噴頭(2) 對向設(shè)置;所述收集器位于兩個噴頭的中間，所述收集器(3)接地，所述收集器的軸線與兩 個噴頭的連線垂直，所述收集器的錐頂依次指向所述集束拉伸羅拉（5)和所述卷繞裝置 (6 )，所述集束拉伸羅拉(5)和卷繞裝置(6)平行設(shè)置且可以軸向轉(zhuǎn)動。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電極靜電紡絲裝置，其特征在于，所述雙電極靜電紡絲裝置 還包括連桿(4)和用于支撐連桿(4)的托架(7 )，所述連桿(4)與收集器(3)的錐底直接連接 并可以軸向旋轉(zhuǎn)并帶動所述收集器(3) -起旋轉(zhuǎn)，所述托架接地。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電極靜電紡絲裝置，其特征在于，所述負極噴頭（1)、正極噴 頭(2)分別與直流電源的負極和正極相連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電極靜電紡絲裝置，其特征在于，所述負極噴頭和正極噴頭 各連接一個儲液盒。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電極靜電紡絲裝置，其特征在于，所述負極噴頭（1)、正極噴 頭（2)之間的距離是200-500mm。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙電極靜電紡絲裝置，其特征在于，所述負極噴頭（1)、正極噴 頭（2)之間的距尚是30〇-400mm。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電極靜電紡絲裝置，其特征在于，所述集束拉伸羅拉(5)和 卷繞裝置(6)均與所述收集器的軸線垂直。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電極靜電紡絲裝置，其特征在于，所述集束拉伸羅拉(5)和 所述收集器(3)的距離是200-800mm。
【文檔編號】D01D5/00GK205653541SQ201620107471
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年2月2日 公開號201620107471.7, CN 201620107471, CN 205653541 U, CN 205653541U, CN-U-205653541, CN201620107471, CN201620107471.7, CN205653541 U, CN205653541U
【發(fā)明人】曹建達, 吳雯, 馬輝, 張煥俠, 方瑞峰, 莫莉花
【申請人】嘉興學(xué)院