[發(fā)明專(zhuān)利]自支撐三維結(jié)構(gòu)亞微米纖維串珠復(fù)合膜的制備裝置與方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810375587.2
• 申請(qǐng)日: 2018-04-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108588859B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 覃小紅;熊健;吳媛媛;俞建勇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): D01D5/00
• 分類(lèi)號(hào): D01D5/00;D04H1/4382;D04H1/728
• 代理公司: 上海申匯專(zhuān)利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;王文穎

本發(fā)明公開(kāi)了一種自支撐三維結(jié)構(gòu)亞微米纖維串珠復(fù)合膜的制備裝置與方法。所述裝置包括供液系統(tǒng)、復(fù)合紡絲裝置及接收裝置；所述復(fù)合紡絲裝置包括球形噴頭，球形噴頭分為左右兩個(gè)部分；供液系統(tǒng)包括絕緣座，絕緣座內(nèi)設(shè)有待紡液槽。制備方法為：打開(kāi)接收裝置；打開(kāi)供液系統(tǒng)，向待紡液槽中注入紡絲液；球形噴頭在順時(shí)針、逆時(shí)針?lè)较蛏辖惶嫱鶑?fù)旋轉(zhuǎn)，使球形噴頭的表面覆蓋紡絲液的液膜；打開(kāi)高壓發(fā)生器，使相應(yīng)液膜處產(chǎn)生射流，兩種射流拉伸固化分別形成納米纖維和串珠，堆砌得到自支撐三維結(jié)構(gòu)的亞微米纖維/串珠復(fù)合膜。本發(fā)明可以快速制備得到各種精細(xì)復(fù)合自支撐三維結(jié)構(gòu)亞微米纖維/串珠復(fù)合膜，亞微米纖維層和串珠層厚度精細(xì)可控。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種自支撐三維結(jié)構(gòu)亞微米纖維串珠復(fù)合膜的制備裝置與方法，屬于納米纖維和紡織機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

當(dāng)將聚合物纖維直徑從微米尺度降至亞微米尺度或納米尺度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)一系列驚奇的特性。如非常大的體積比表面積，納米纖維的體積比表面積基本是微米纖維的1000倍；可以靈活地進(jìn)行表面功能化；與其他已知材料形式相比所表現(xiàn)出優(yōu)越的效應(yīng)和機(jī)械性能，如表面與界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)及剛度、抗張強(qiáng)度等。這些杰出的性能使得納米纖維成為許多重要應(yīng)用的首選材料，在高效過(guò)濾、生物醫(yī)用、智能傳感等領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Α＞C合考慮操作可行性、穩(wěn)定可控性(包括纖維直徑及其分布)、加工材料范圍、加工耗時(shí)等，靜電紡絲加工技術(shù)就成為目前唯一一種可以制造連續(xù)的聚合物納米纖維的方法。隨著納米材料科學(xué)的興起和快速發(fā)展，利用靜電紡絲方法制備納米纖維成為工程材料科學(xué)界的研究熱點(diǎn)。

傳統(tǒng)的單針頭靜電紡絲裝置較為簡(jiǎn)單，主要由高壓電源系統(tǒng)、供液系統(tǒng)和收集系統(tǒng)三部分組成。供液系統(tǒng)包括微量注射泵、醫(yī)用針管及平口金屬針頭，高聚物溶液流量由微量注射泵控制，高壓電源的正極與平口金屬針頭連接，收集系統(tǒng)是金屬平板并接地。高壓電源電壓逐漸增大，金屬針頭的液滴逐漸形成泰勒錐，當(dāng)高壓電源電壓進(jìn)一步增大，電場(chǎng)力會(huì)克服高聚物溶液的表面張力、黏滯力等作用形成微小的直線射流而后會(huì)出現(xiàn)鞭動(dòng)現(xiàn)象到達(dá)接地金屬收集板，在這個(gè)過(guò)程中，溶劑揮發(fā)，高聚物固化形成納米纖維沉積在金屬收集板上。

傳統(tǒng)的靜電紡絲裝置得到的納米纖維產(chǎn)量很低，很難滿足納米纖維在大量應(yīng)用時(shí)的需求，單針頭靜電紡絲裝置還存在針頭容易堵塞的問(wèn)題，這會(huì)嚴(yán)重影響到納米纖維紡絲過(guò)程的順利進(jìn)行。

當(dāng)前靜電紡絲納米纖維批量化制備裝置國(guó)內(nèi)外有一些報(bào)道。中國(guó)專(zhuān)利200710036447.4公開(kāi)了一種噴氣式靜電紡絲裝置，該裝置通過(guò)在液槽底部通入氣體在高聚物自由液面形成氣泡，氣泡在電場(chǎng)力作用下形成泰勒錐和多射流以提高納米纖維產(chǎn)量，但在機(jī)理上氣泡形成泰勒錐破裂的同時(shí)有許多形狀大小不一的氣泡碎片被電場(chǎng)力拉伸，造成纖維的直徑分布較寬。而且較大的高聚物自由液面溶劑極易揮發(fā)，紡絲方向受限；中國(guó)專(zhuān)利201310032194.9公開(kāi)了一種傘狀靜電紡絲噴頭及靜電紡絲方法，這種方法可以實(shí)現(xiàn)納米纖維的批量化制備，但傘狀噴頭的溶液自由表面與大氣環(huán)境接觸，溶劑極易揮發(fā)，從而會(huì)影響到紡絲的穩(wěn)定性及最終納米纖維的品質(zhì)，并且自由液面邊緣溶液曲率不可調(diào)控；中國(guó)專(zhuān)利201510278266.7公開(kāi)了一種噴氣輔助多針頭靜電紡絲裝置，該裝置可以提高單位時(shí)間內(nèi)納米纖維的產(chǎn)量，紡絲方向不受限，但是存在針頭易堵塞的缺點(diǎn)，同時(shí)，針頭的排列方式要考慮到施加高壓靜電后電場(chǎng)之間的相互影響，所以多針頭靜電紡絲裝置的設(shè)計(jì)較為繁瑣和復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)纖維直徑分布可控的納米纖維產(chǎn)品。