本发明专利技术公开了一种制备大面积定向纳米纤维膜的静电纺丝装置，包括供液纺丝装置、射流定向控制装置和纤维连续收集装置；射流定向控制装置利用亥姆霍茨线圈组产生的磁场，控制针头喷出的射流定向漂移，获得定向排列的纳米纤维；纤维连续收集装置收集定向排列的纳米纤维。本发明专利技术还公开了采用上述装置制备大面积定向纳米纤维膜的方法。本发明专利技术利用亥姆霍茨线圈产生匀强磁场，能够制备定向程度更高的纳米纤维；通过调节亥姆霍茨线圈的距离，线圈直径、匝数和加载电流控制磁场强度大小和匀强磁场范围，从而达到控制纳米纤维收集面积和定向程度的目的。本发明专利技术装置结构简单，操作容易，可方便快捷的连续获得定向纳米纤维，从而有效增加定向纳米纤维的面积。
【技术实现步骤摘要】
一种制备大面积定向纳米纤维膜的静电纺丝装置及方法
本专利技术属于静电纺丝
，涉及一种制备大面积定向纳米纤维膜的静电纺丝装置,本专利技术还涉及采用上述装置制备大面积定向纳米纤维膜的方法。
技术介绍
静电纺丝方法是目前生产纳米纤维膜最简单有效的方法，该方法通过将带电的聚合物溶液或熔体在高压电场中喷射形成射流，固化后最后沉积在接收板上形成纳米纤维膜。传统静电纺丝技术制备的纳米纤维多为无序排列的纤维堆积体，内部结构较为杂乱，且机械强度较低，在一定程度上限制了其应用。因此，随着静电纺丝工艺和纳米纤维应用研究的快速发展，寻求制备新型结构纳米纤维(如复合纤维、中空纤维和定向排列纤维等)成为研究热点，其中定向排列纳米纤维集合体具备周期性的有序结构，在细胞定向培养基、组织工程支架、光电子器件材料以及增强材料等领域有较大应用潜力。通过改变静电纺工艺的接收装置、控制电场和附加磁场等方法均可获得具有一定定向程度的纳米纤维，如平行电极收集法、高速卷绕辊收集法和水浴收集法等。但是上述方法制备的定向排列纳米纤维大多面积较小，定向程度也有待改善。因此，研究一种获得大面积且定向程度更高的纳米纤维膜的方法具有一定的实际应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备大面积定向纳米纤维膜的静电纺丝装置，解决了现有方法制备的定向纳米纤维膜面积小，定向程度不高的问题。本专利技术的另一目的是提供利用上述装置制备大面积定向纳米纤维膜的方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种制备大面积定向纳米纤维膜的静电纺丝装置，包括供液纺丝装置、射流定向控制装置和纤维连续收集装置；供液纺丝装置包括注射器，注射器一端与微量注射泵连接，注射器另一端通过导液管与针头连接，针头与直流高压发生器的正极连接；射流定向控制装置利用亥姆霍茨线圈组产生的磁场，控制针头顶端喷出的含有磁纳米颗粒的射流，沿磁场方向定向漂移，固化沉积后获得定向排列的纳米纤维；纤维连续收集装置利用旋转金属收集帘连续收集定向排列的纳米纤维，针头位于纤维连续收集装置正上方。本专利技术的特点还在于，射流定向控制装置包括一个亥姆霍茨线圈组，亥姆霍茨线圈组由两个亥姆霍茨线圈组成，两个亥姆霍茨线圈分别位于纤维连续收集装置两侧，针头产生的射流位于两个亥姆霍茨线圈之间。两个亥姆霍茨线圈之间的距离为15cm～20cm，每个亥姆霍茨线圈直径为15cm～20cm，匝数为200～500匝。纤维连续收集装置包括金属收集帘，金属收集帘两端设置有卷绕辊，卷绕辊与电机连接，金属收集帘材质为无磁铝合金或者铜合金。亥姆霍茨线圈以无磁铝为线圈骨架。本专利技术所采用的另一技术方案是，一种制备大面积定向纳米纤维膜的方法，所采用的一种制备大面积定向纳米纤维膜的静电纺丝装置，包括供液纺丝装置、射流定向控制装置和纤维连续收集装置；供液纺丝装置包括注射器，注射器一端与微量注射泵连接，注射器另一端通过导液管与针头连接，针头与直流高压发生器的正极连接；射流定向控制装置包括一个亥姆霍茨线圈组，亥姆霍茨线圈组由两个亥姆霍茨线圈组成，两个亥姆霍茨线圈分别位于纤维连续收集装置两侧，针头产生的射流位于两个亥姆霍茨线圈之间；纤维连续收集装置利用旋转金属收集帘连续收集定向排列的纳米纤维，针头位于纤维连续收集装置正上方；纤维连续收集装置包括金属收集帘，金属收集帘两端设置有卷绕辊，卷绕辊与电机连接；具体按以下步骤实施：将含有磁纳米颗粒的聚合物纺丝液注入注射器中，在室温和相对湿度35％～50％的环境条件下，调节针头与金属收集帘的距离；开启微量注射泵，调节溶液流速，待针头处有液体流出时，开启直流高压发生器，调节外加电压，调节两个亥姆霍茨线圈的距离、线圈直径、线圈匝数以及加载电流，待射流稳定，并能在金属收集帘上收集到一定量的定向纳米纤维后，开启电机，驱动卷绕辊转动，使金属收集帘水平移动，针头喷出的射流进入亥姆霍茨线圈之间，受到电场力和磁场力的共同作用，牵伸拉细，并沿磁力线的方向定向排列，沉积在金属收集帘上，最终在金属收集帘表面连续获得大面积定向纳米纤维膜。本专利技术的特点还在于，聚合物纺丝液的浓度为8wt％～12wt％，纺丝液中磁纳米颗粒的添加量为纺丝液的0.22wt％～0.42wt％；磁纳米颗粒为Fe2O3和Fe3O4中的一种，颗粒直径为20nm～30nm。针头与金属收集帘之间的垂直距离为10cm～13cm；溶液流速为0.3mL/h～0.5mL/h；外加电压为12kV～15kV；亥姆霍茨线圈的加载电流为2A～3A；卷绕辊的转动速度为5r/min～20r/min。两个亥姆霍茨线圈之间的距离为15cm～20cm，亥姆霍茨线圈直径为15cm～20cm，匝数为200～500匝。亥姆霍茨线圈以无磁铝为线圈骨架，金属收集帘材质为无磁铝合金或者铜合金。本专利技术的有益效果是，1.本专利技术装置结构简单，操作容易，可方便快捷的有效增加定向纳米纤维膜的面积；2.本专利技术利用亥姆霍茨线圈产生匀强磁场，能够制备定向程度更高的纳米纤维；3.本专利技术通过调节亥姆霍茨线圈的距离、线圈直径、线圈匝数和加载电流可以控制磁场强度大小和匀强磁场范围，从而达到控制纳米纤维收集面积和定向程度的目的。附图说明图1是本专利技术一种制备大面积定向纳米纤维膜的静电纺丝装置的结构示意图。图中，1.微量注射泵，2.注射器，3.导液管，4.直流高压发生器，5.针头，6.射流，7.亥姆霍茨线圈，8.卷绕辊，9.金属收集帘，10.电机。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种制备大面积大面积定向纳米纤维膜的静电纺丝装置,其结构如图1所示，包括供液纺丝装置、射流定向控制装置和纤维连续收集装置；供液纺丝装置包括注射器2，注射器2一端与微量注射泵1连接，注射器2另一端通过导液管3与针头5连接，针头5与直流高压发生器4的正极连接；射流定向控制装置利用亥姆霍茨线圈组产生的磁场，控制针头顶端喷出的含有磁纳米颗粒的射流，沿磁场方向定向漂移，固化沉积后获得定向排列的纳米纤维；射流定向控制装置包括一个亥姆霍茨线圈组，亥姆霍茨线圈组由两个亥姆霍茨线圈7组成，两个亥姆霍茨线圈7的距离为15cm～20cm，线圈直径为15cm～20cm，匝数为200～500匝，两个亥姆霍茨线圈7分别位于纤维连续收集装置两侧，针头5产生的射流位于两个亥姆霍茨线圈7之间；亥姆霍茨线圈7以无磁铝为线圈骨架。纤维连续收集装置利用旋转金属收集帘9连续收集定向排列的纳米纤维，针头5位于纤维连续收集装置正上方；纤维连续收集装置包括金属收集帘9，金属收集帘9两端设置有卷绕辊8，卷绕辊8与电机10连接，金属收集帘9与直流高压发生器4的负极连接，针头5位于金属收集帘9正上方，两个亥姆霍茨线圈7分别位于金属收集帘9两侧。金属收集帘9为无磁铝合金或者铜合金。亥姆霍茨线圈7以无磁铝为线圈骨架，金属收集帘9为无磁铝合金或者铜合金，能够减少材料对磁场的影响。利用上述静电纺丝装置制备大面积定向纳米纤维膜的方法，具体按以下步骤实施：配制浓度为8wt％～12wt％的聚合物纺丝液，加入磁纳米颗粒(Fe2O3或Fe3O4，颗粒直径为20nm～30nm)，磁纳米颗粒的添加量为纺丝液的0.22wt％～0.42wt％，置于超声分散器中分散24h。将含有磁纳米颗粒的聚合物纺丝液注入注射器2中，在室温和相对湿度35％～5本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制备大面积定向纳米纤维膜的静电纺丝装置，其特征在于，包括供液纺丝装置、射流定向控制装置和纤维连续收集装置；所述供液纺丝装置包括注射器(2)，注射器(2)一端与微量注射泵(1)连接，注射器(2)另一端通过导液管(3)与针头(5)连接，针头(5)与直流高压发生器(4)的正极连接；所述射流定向控制装置利用亥姆霍茨线圈组产生的磁场，控制针头(5)顶端喷出的含有磁纳米颗粒的射流，沿磁场方向定向漂移，固化沉积后获得定向排列的纳米纤维；所述纤维连续收集装置利用旋转金属收集帘(9)连续收集定向排列的纳米纤维，针头(5)位于收集装置正上方。
【技术特征摘要】
1.一种制备大面积定向纳米纤维膜的静电纺丝装置，其特征在于，包括供液纺丝装置、射流定向控制装置和纤维连续收集装置；所述供液纺丝装置包括注射器(2)，注射器(2)一端与微量注射泵(1)连接，注射器(2)另一端通过导液管(3)与针头(5)连接，针头(5)与直流高压发生器(4)的正极连接；所述射流定向控制装置利用亥姆霍茨线圈组产生的磁场，控制针头(5)顶端喷出的含有磁纳米颗粒的射流，沿磁场方向定向漂移，固化沉积后获得定向排列的纳米纤维；所述纤维连续收集装置利用旋转金属收集帘(9)连续收集定向排列的纳米纤维，针头(5)位于收集装置正上方。2.根据权利要求1所述的一种制备大面积定向纳米纤维膜的静电纺丝装置，其特征在于，所述射流定向控制装置包括一个亥姆霍茨线圈组，亥姆霍茨线圈组由两个亥姆霍茨线圈(7)组成，两个亥姆霍茨线圈(7)分别位于纤维连续收集装置两侧，针头(5)产生的射流位于两个亥姆霍茨线圈(7)之间。3.根据权利要求2所述的一种制备大面积定向纳米纤维膜的静电纺丝装置，其特征在于，所述两个亥姆霍茨线圈(7)之间的距离为15cm～20cm，每个亥姆霍茨线圈(7)直径为15cm～20cm，匝数为200～500匝。4.根据权利要求1所述的一种制备大面积定向纳米纤维膜的静电纺丝装置，其特征在于，所述纤维连续收集装置包括金属收集帘(9)，金属收集帘(9)两端设置有卷绕辊(8)，卷绕辊(8)与电机(10)连接，金属收集帘(9)材质为无磁铝合金或者铜合金。5.根据权利要求1所述的一种制备大面积定向纳米纤维膜的静电纺丝装置，其特征在于，所述亥姆霍茨线圈以无磁铝为线圈骨架。6.一种制备大面积定向纳米纤维膜的方法，其特征在于，所采用的一种制备大面积定向纳米纤维膜的静电纺丝装置，包括供液纺丝装置、射流定向控制装置和纤维连续收集装置；所述供液纺丝装置包括注射器(2)，注射器(2)一端与微量注射泵(1)连接，注射器(2)另一端通过导液管(3)与针头(5)连接，针头(5)与直流高压发生器(4)的正极连接；所述射流定向控制装置包括一个亥姆霍茨线圈组，亥姆霍茨线圈组由两个亥姆霍茨线圈(7)组成，两个亥姆霍茨线圈(7)分别位...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘呈坤，谭耀红，毛雪，孙润军，陈美玉，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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