[發明專利]利用能更換的單獨噴射端限流器的陣列的電噴射/電紡絲陣列

無效

• 申請號: 200680056904.X
• 申請日: 2006-12-06
• 公開（公告）號: CN101610884A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 約翰·A·羅伯遜;阿什利·S·斯科特
• 申請（專利權）人: 納米靜力學公司
• 主分類號: B29B9/00
• 分類號: B29B9/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 宋 莉

相關申請的交叉引用

無

關于聯邦政府資助的研究的聲明

不適用

背景技術

本發明總體上涉及小的或所謂“納米”纖維或液滴的制造，其可通過向 液體填充的噴射端施加高的靜電場由此在噴射端開口處產生泰勒錐從而 “紡”成纖維或“噴射”成液滴。Thandavamoorthy?Subbiath，G.S.Bhat，R.W Tock和S.S.Ramkumar在文章“Electrospinning?of?Nanofibers”，Journal?of Applied?Polymer?Science，Vol.96，557-569(2205)，Wiley?Periodicals，Inc.中對該 領域有所教導。如上述文章在第561頁所指出的，關于按比例放大該技術以 便以商業應用所需的沉積速率來制造納米纖維的可能性和實用性存在著爭 議。

所報道的關于納米纖維電紡絲的基礎性研發主要利用了單噴射管(通常 為中空的皮下注射管上的角切(square?cut)尖端末端)。在該現有技術中，通常 使用正排量泵(每個針一個泵)調節進入到各單獨噴射端中的液流。如果不為 各紡絲針單獨提供正排量液體噴射端流動，則進入到電紡絲孔中的液體的流 動可能是非常不穩定的。為了達到商用的沉積速率，該發明人展望需要數千 個包括“電紡絲陣列(array)”的噴射孔，當采用如此多的噴射端時使用單獨 的正排量泵變得不切實際。

美國專利No.6,713,001教導了使用獨立的正排量泵以及改變選定噴射 端的局部電場。雖然美國專利No.6,713,001提出可僅利用加壓液體或單一的 正排量泵來制造紡絲陣列，但是其中的實施例僅利用了由正排量泵進料的單 一的噴射端。該發明人的意見是，單一的加壓流體或單一的正排量泵不能為 由許多獨立的管組成的實際的大紡絲陣列提供進料，否則所述單獨的管中的 流動會不受限制。提出該意見是因為與其相鄰的管相比，各單獨的不受限制 的噴射端的流速是天生不穩定的。由間隙中帶電纖維或液滴的變化(部分地 由相鄰噴射端的紡絲或噴射而產生)所導致的一個噴射端上靜電場的變化通 過以靜電方式影響該噴射端的流體凸出部分處的有效表面張力平衡而影響 該噴射端的流動。這又影響著進入到其它噴射端中的流動(有效壓力)并因此 保持了不穩定性。

在鉆研以上間接提及的流動不穩定性的嘗試中，Kim和Park(WO 2005/090653?A1)教導了逆著重力向上紡絲的噴射端陣列，其中各噴射端提供 有過量的液體。然后將過量(滴下)的流體獨立地收集在與各紡絲端同軸的清 除間隙中。于是過量的液滴不污染其上施加紡成纖維的產品。Kim和Park 還教導了在與紡絲端也同軸的另一間隙中使用空氣流來使產生紡絲端液體 的泰勒錐保持逆著重力提升并由此適合于容許啟動泰勒紡絲。Kim和Park 還教導使用漏斗形紡絲端來幫助形成泰勒池(Taylor?pool)。從相對于產品來說 均提高至高電壓的許多紡絲端收集過量的流體意味著所收集的流體需要經 過絕緣“液滴分離器(isolator)”以返回到來源處的液體泵。因此，Kim和Park 的教導導致僅僅為了避免滴落物到達產品而含有許多流體流動路徑、許多流 量調節裝置、和精密的機械加工部件的復雜的頭(head)。該發明人談到WO 2005/090653?A1中的附圖顯示了通向噴射端的流體路徑，其為非常細的線， 并且可解釋為毛細管。沒有權利要求涉及該路徑并且形成(鉆成)具有合適長 徑比的工作毛細管將是最困難的。

Andrady等在專利申請公開US?2005/0224998?A1中公開了通過使用在流 體源歧管內的公共電極來控制多個紡絲(擠出)端中的流體流動的嘗試。

發明內容

基于類比，強有力的紡絲對電場強度和流體靜壓力的高靈敏度使人想起 了二極管電路的類似的公知特性(參見圖1)，其中電壓/電流特性描述于圖2 中。在施加的電壓(V)101(非常像流體靜壓力P₀或電場E)超過彎液面表面張 力閾值V_f?105之后，電流102(非常像液體流)快速增加。將固定電流保持為 l_x1，106(非常像保持纖維制造的紡絲或噴射流量)需要非常嚴格地控制施加的 電壓(在我們的類比中的流體靜壓力或E電場)。二極管103的特性發生小的 變化(類似于粘度、密度、表面張力或電導率的小變化)也會大大改變l_x1106。