基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法及其制品技术

本发明专利技术涉及一种基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法及其制品，方法为：在熔体静电纺丝喷嘴与接收装置之间增设1个或多个辅助电极，辅助电极的电势位于喷嘴的电势与接收装置的电势之间，辅助电极的电势高于不加辅助电极时该点位置处的电势，多个辅助电极沿纺丝方向排列，电压逐渐减小，最终制得的制品含纤维，纤维细度为800nm～15μm。本发明专利技术的基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法，通过在熔融静电纺丝喷嘴与接收装置之间增设一个或多个与原电压方向相同的辅助电极，增强了喷嘴附近区域的电场强度，进而增强了电场对熔体射流的拉伸作用力，能够在固化之前拉伸纤维，延长拉伸时间，最终制得的纤维细度较小。

MELT ELECTROSTATIC SPINNING METHOD AND PRODUCTS BASED ON COMPOSITE ELECTRIC FIELD

【技术实现步骤摘要】
基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法及其制品
本专利技术属熔体静电纺丝
，涉及一种基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法及其制品，特别是涉及一种降低纤维细度的同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法及其制品，具体地说是一种在熔体静电纺丝喷嘴与接收装置之间增设与原电压方向相同的辅助电极的同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法及其制品。
技术介绍
静电纺丝技术是一种能够连续生产微纳米纤维制备技术，该技术利用高压静电场产生的电场力作用将溶液或者熔体牵伸成微小射流，射流在运动至接收装置的过程中干燥、固化形成无序微纳米纤维网或者其他形状的纤维集合体。静电纺丝技术的核心是使用静电场力使纺丝溶液或者熔体带电，形成连续的微细射流，并使溶液或熔体射流拉伸形成纤维。静电纺丝装置是主要组成部分包括供液装置、喷嘴、接收装置和高压静电发生器，高压静电发生器与喷嘴相连接从而提供高压电，接收装置接地，使喷嘴与接收装置间形成高的电势差，从喷嘴喷出的纺丝液或者纺丝熔体带电后形成射流。静电纺丝可根据纺丝原材料的状态分为溶液静电纺和熔体静电纺两大类。溶液静电纺丝由于其操作简单，原材料广泛，并能制备具有纳米级别的纤维和外观形貌多样(包括串珠纤维、中空纤维、螺旋纤维、沟槽纤维等)的超细纤维而受到全球研究者的关注，并且已在生物医药、组织工程、过滤、能源等领域有大量的应用。溶液静电纺丝是将原材料溶于水或有机溶剂里，在常温环境进行中即可纺丝，但溶液静电纺纳米纤维较低的强力限制了其进一步的应用；熔体静电纺丝需要先将聚合物母粒加热至200℃以上高温，变成熔融的流体状态再进行纺丝，纺丝过程中无需添加溶剂进行溶解，且对熔体静电纺丝制备的纤维进行细化还可以弥补溶液静电纺丝强力不足的缺陷，但熔体静电纺丝的设备较溶液静电纺丝更为复杂，且需要有可将聚合物母粒加热至熔融状态的电加热装置。在上述现有技术中，对熔体静电纺丝制备的纤维进行细化也存在着一些尚未解决的问题，由于熔体熔融静电纺丝所得纤维细度通常在微米级别，要将其纤维直径降至纳米级别并不如溶液静电纺丝纳米容易，主要有以下几点原因：(1)熔体静电纺的原材料为纯聚合物，无水和其他溶剂，因此在高压静电场中被极化后射流表面的电量较少，电场对其牵伸作用力小；而溶液静电纺丝过程中由于有溶剂的存在，在电场作用下可以在射流表面形成更多的射流，并且溶液射流在固化的过程中溶液挥发，进一步降低了纤维的细度；(2)熔体静电纺丝装置由于加热装置的存在，在施加高压静电时，电压一般不能过高，电压过高容易损坏加热装置及其加热系统，因此电场力对射流的拉伸作用有限；(3)熔体静电纺丝的过程中是先将聚合物母粒加热至200℃以上的高温，一旦熔体从喷嘴喷出，进入常温环境中，熔体射流固化较快，固化后无法进一步牵伸。综合以上三个原因，熔体静电纺丝所得纤维细度大多在十几微米到几微米之间，细化至纳米级别较为困难。因此，研究一种能够增强电场对熔体射流的拉伸作用力、能够在固化之前拉伸纤维并延长拉伸时间并能够最终使熔体静电纺丝所得的纤维细度更小的基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中存在的由于熔体静电纺丝细化时电场对熔体静电纺原材料牵伸作用力小、电场力对射流的拉伸作用有限以及固化后无法进一步牵伸进而使熔体静电纺丝的细化较为困难的缺陷，提供一种基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法及其制品，具体是通过在熔融静电纺丝喷嘴与接收装置之间增设一个或多个与原电压方向相同的辅助电极实现的，辅助电极能够增强喷嘴附近区域的电场强度，进而增强了电场对熔体射流的拉伸作用力，使得电场能够起到更好的细化作用，解决了熔体静电纺丝时细化困难的问题，减小了熔体静电纺丝后的纤维细度。为达到上述目的，本专利技术采用的方案如下：基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法，在熔体静电纺丝喷嘴与接收装置之间增设1个或多个辅助电极；辅助电极的电势位于喷嘴的电势与接收装置的电势之间；辅助电极的电势高于不加辅助电极时该点位置处的电势。现有技术采用熔体静电纺丝方法进行纺丝制得的纤维细度较大，主要是由于纤维拉伸不足，造成纤维拉伸不足的主要原因是：1)熔体从喷嘴处出来后易冷却固化，拉伸时间较短；2)熔体射流表面电荷较少，受电场作用的能力较小；3)电场沿着纺丝方向下降速度很快，拉伸作用有限；本专利技术在熔体静电纺丝喷嘴与接收装置之间增设辅助电极后，辅助电极电场方向与原电场的方向一致，因此两个电场叠加，增强了喷嘴附近区域的电场强度，因而增强了电场对熔体射流的拉伸作用力，使得电场能够起到更好的细化作用，由于辅助电极距喷嘴位置较近，该位置出聚合物射流并未固化，因而能够在固化之前拉伸纤维，延长了拉伸时间，由于射流运动路径经过圆形辅助电极的内部，在辅助电极的作用下，熔体射流表面被极化，因而增加了熔体射流表面电荷，使其更容易受到电场力的作用，最终制得了细度较小的纤维。作为优选的技术方案：如上所述的基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法，辅助电极的电势为接收装置的电势的1/2～4/5倍。如上所述的基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法，喷嘴接地，接收装置纺丝时电压为-36～-20kV，接收装置纺丝时的电压不宜过大，否则容易静电击穿，损坏设备；不宜过小，否则对射流的牵伸不足，纤维较粗；辅助电极纺丝时电压为-25～-15kV。如上所述的基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法，多个辅助电极沿纺丝方向排列，电压逐渐减小，电场方向是从电势高的位置到电势低的位置，喷嘴处是0电压，接收装置是负电压，电场方向是从喷嘴指向接收装置，逐渐减小是为了形成同向的电压，防止辅助电极之间的电场方向混乱，多个辅助电极沿纺丝方向依次排列能够形成连续的同向增加电场，使拉伸区域明显增加，进而起到充分的细化作用。如上所述的基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法，辅助电极与喷嘴之间的最小距离为纺丝距离即喷嘴与接收装置之间距离的1/6～1/2，即当辅助电极的数量为1时，其与喷嘴之间的距离为喷嘴与接收装置之间距离的1/6～1/2，当辅助电极的数量为多个时，距离喷嘴最近的辅助电极与喷嘴之间的距离为喷嘴与接收装置之间距离的1/6～1/2；辅助电极与喷嘴之间的最小距离过小会影响喷嘴，距离过大射流已经固化，无法继续牵伸射流。如上所述的基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法，纺丝距离即喷嘴与接收装置之间的距离为7～15cm。如上所述的基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法，多个辅助电极之间的间距为1～3cm。如上所述的基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法，喷嘴与辅助电极之间的环境温度为40～80℃，环境温度高于常温可以减缓纤维固化速率。如上所述的基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法，辅助电极为圆环、空心圆柱或中央带孔圆板；在纺丝过程中圆环、空心圆柱或中央带孔圆板的轴线与纺丝方向平行，当辅助电极轴线与纺丝中心线重合时效果最好；圆环的直径为30～60mm；空心圆柱的直径为40～80mm，当辅助电极为1个时，空心圆柱的高度为纺丝距离的1/6～1/3，当辅助电极为多个时，空心圆柱的高度为纺丝距离的1/8～1/6；中央带孔圆板的外径不超过接收装置的宽度，其中央圆孔直径为30～80mm。如上任一项所述的基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法，其特征是：在熔体静电纺丝喷嘴与接收装置之间增设1个或多个辅助电极；辅助电极的电势位于喷嘴的电势与接收装置的电势之间；辅助电极的电势高于不加辅助电极时该点位置处的电势。

【技术特征摘要】
1.基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法，其特征是：在熔体静电纺丝喷嘴与接收装置之间增设1个或多个辅助电极；辅助电极的电势位于喷嘴的电势与接收装置的电势之间；辅助电极的电势高于不加辅助电极时该点位置处的电势。2.根据权利要求1所述的基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法，其特征在于，辅助电极的电势为接收装置的电势的1/2～4/5倍。3.根据权利要求1所述的基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法，其特征在于，喷嘴接地，接收装置纺丝时电压为-36～-20kV；辅助电极纺丝时电压为-25～-15kV。4.根据权利要求3所述的基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法，其特征在于，多个辅助电极沿纺丝方向排列，电压逐渐减小。5.根据权利要求1所述的基于同向增强复合电场的熔体静电纺丝方法，其特征在于，辅助电极与喷嘴之间的最小距离为纺丝距离的1/6～1/2。6.根据权利要求5所述的基于同向增强复合电场...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑元生，李雪芹，穆晓绮，辛斌杰，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31