用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的方法、用于该方法的纺制电极和装备有至少一个这种纺制电极的用于生产聚合纳米纤维的设备技术

本发明专利技术涉及一种用于通过聚合物溶液或熔体（5）的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的纺制电极（1），其包含聚合物溶液或熔体（5）的导管（2），所述导管（2）的一个面（6）构成纺制电极（1）的纺制表面（60），或者所述导管（2）在其端部之一处设置有延伸部（20），在所述延伸部（20）上形成纺制电极（1）的向下变圆的或弯曲的纺制表面（60）。该电极的原理在于，在溶液或熔体（5）的导管（2）的内空间中可旋转地安装了螺旋轴（8），所述螺旋轴（8）与导管（2）的内壁一起构成螺旋输送机。螺旋轴（8）延伸，其中其下端部从导管（2）向外，并且在该端部处连接到磁性耦联的毂（9）或者设置有用于连接到磁性耦联的毂（9）的装置。另外，本发明专利技术进一步涉及一种用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的设备并且涉及一种用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的方法。

A method for the production of polymeric nanofibers by electrospinning or electrospinning of polymer solutions or melts, a spinning electrode for the method, and a device for the production of polymeric nanofibers equipped with at least one such spinning electrode

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的方法、用于该方法的纺制电极和装备有至少一个这种纺制电极的用于生产聚合纳米纤维的设备
本专利技术涉及用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的方法。本专利技术还涉及用于使用该方法通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的纺制电极。另外，本专利技术涉及配备有至少一个这种纺制电极的通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的设备。
技术介绍
现今，存在基于直流（DC）电压的使用的用于通过聚合物溶液或熔体的静电纺制生产聚合纳米纤维的熟知方法。在该方法中，一个极性的DC电压被供应到由管、毛细管或喷嘴形成的至少一个纺制电极，而相反极性的DC电压被供应到布置在一个或多个纺制电极对面的至少一个收集电极（所谓的收集器）。在一些变型中，电极中的一些（或一组电极）可以接地。在任一种情况下，在一个或多个收集电极与一个或多个纺制电极之间创建静电场，所述静电场凭其力作用在通过纺制电极中的腔馈送到该场中的聚合物溶液或熔体上，在聚合物溶液或熔体的表面上形成所谓的泰勒锥（Taylorcones)，聚合纳米纤维随后从所述泰勒锥伸长。然后，聚合纳米纤维由静电场携带朝向一个或多个收集电极，并且通常在与它/它们接触之前，它们被捕获在静态的或移动的收集器（最常见的为纺织织物）的表面上。CZ专利304137描述了一种用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制生产聚合纳米纤维的方法，在其中使用交流（AC）电压，所述交流电压被供应给一个或多个纺制电极。在该方法中，在纺制电极与电性相反的空气离子和/或气体离子和/或在之前的时刻中形成的电性相反的纳米纤维之间创建电场，所述空气离子和/或气体离子通过周围空气或气体的电离产生在纺制电极附近和/或所述空气离子和/或气体离子从离子源被馈送到纺制电极的附近。由于纺制电极上的AC电压的相位和极性的规律改变，单独的纳米纤维或甚至单独的纳米纤维的不同区段承受相反的电荷，并且因此在由静电力创建之后几乎立刻它们就聚集在一起成为套筒状的形成物，在其中单独的聚合纳米纤维以大约微米的长度分段改变它们的方向，在它们之间形成具有重复接触点的相互密集交错的纳米纤维的不规律网格结构，由此该网格结构能够用于例如覆盖各种表面，包括螺纹等。此外，CZPV2015-928公开了一种用于使用AC电压通过聚合物溶液或熔体的电纺制生产聚合纳米纤维的方法，在其中聚合物溶液或熔体的剩余物被馈送到形成在毛细管状的纺制电极的延伸面上的纺制表面，由此溶液或熔体的部分被纺制并且残余溶液或熔体洗涤纺制电极的纺制表面，并且，在重力的作用下，其向下流动在邻接的收集表面上，在所述收集表面上纺制不再发生。由于此，不存在未纺制溶液或聚合物熔体的固化残留物或被卡在纺制电极的纺制表面上的在之前的纺制操作期间形成的纳米纤维，并且因此纺制过程能够在基本上无限制的时间内以不改变的强度发生。另外，CZPV2015-928还描述了针对上述电纺制方法提出的具有延伸面的纺制电极的若干实施例，其共同特征是围绕聚合物溶液或熔体的导管的口部的至少一部分形成纺制表面，所述纺制表面在导管的口部下方向下变圆。使用AC电压用于电纺制但是也使用DC电压用于静电纺制的当代熟知方法以及旨在用于这些纺制方法的纺制电极的缺点首先是纺制电极与溶液或聚合物熔体的贮存器完全分离并且用于纺制的材料通过由软管或管形成的导管馈送的事实。这种布置不仅增加了所有时间必须在纺制设备中可获得的聚合物溶液或熔体的体积以及它们的输送所需的压力，而且增加了最终不被纺制的聚合物溶液或熔体的体积，这在一些聚合物的情况下大大增加了纳米纤维的制备成本。另一个缺点是以下事实：较大体积的聚合物溶液或熔体通常也具有较大表面面积或较大的溶液/熔体与管和软管的壁之间的界面面积，这可能导致聚合物溶液或熔体的较快固化，或换句话说，聚合物溶液或熔体的降解——这在溶液的情况下是由溶剂的较快蒸发引起的且在熔体的情况下是通过其较快冷却导致的。这些缺点中的一些已经由从CZ299216已知的设备部分地解决，但是这是建设性和功能性上非常复杂的解决方案，并且因此完全不适合于工业用途。此外，现有的静电纺制设备或静电纺制设备的非常显著的缺点是以下事实：为了将溶液或聚合物熔体从贮存器输送到纺制电极的纺制表面，通常使用蠕动泵，导致在纺制电极的纺制表面上的溶液或聚合物熔体流的脉动（pulsation），其由于当前存在于纺制表面上的溶液或熔体的体积的改变，溶液或熔体水平的移动和其形状上的改变显著地恶化了纺制过程的均匀性和被形成的纳米纤维的均匀性。因此，本专利技术的目的是提出一种用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的纺制电极、装备有至少一个这种纺制电极的用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的设备以及用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的方法，其将不遭受上述缺点并且将允许聚合物溶液或熔体的静电纺制和静电纺制二者的潜能的完全使用。
技术实现思路
本专利技术的目标通过一种用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的纺制电极实现，所述纺制电极包含聚合物溶液或熔体的导管，所述导管的一个面构成纺制电极的纺制表面或所述导管在其端部之一处设置有延伸部，在所述延伸部上形成纺制电极的向下变圆的或弯曲的纺制表面，其原理在于：在纺制电极的聚合物溶液或熔体的导管的内部中可旋转地安装有螺旋轴。螺旋轴与导管的内壁一起构成螺旋输送机。此外，螺旋轴通过其下端部从导管向外突出，并且在该端部处连接到磁性耦联（magneticcoupling）的毂或者设置有用于连接到磁性耦联的毂的装置。为了避免螺旋轴干扰纺制过程，如果情况如下是有利的：螺旋轴至少由纺制电极的聚合物溶液或熔体的导管的内直径终止在该导管的端部下方。为了提高纺制过程的性能，聚合物溶液或熔体的导管可以是分支的，由此其分支的面形成纺制电极的纺制表面和/或这些分支在它们的端部处设置有延伸部，在所述延伸部上布置了纺制电极的纺制表面。另外，本专利技术的目的还通过一种用于通过聚合物溶液或熔体的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的设备实现，所述设备包含聚合物溶液或熔体的至少一个贮存器和至少一个包含聚合物溶液或熔体的导管的纺制电极，所述导管的一个面构成纺制电极的纺制表面，或者所述导管在一个端部处设置有延伸部，在所述延伸部上布置了纺制电极的纺制表面，由此聚合物溶液或熔体的导管的内部与聚合物溶液或熔体的贮存器互连，其原理在于：纺制电极的聚合物溶液或熔体的导管延伸，其中其下端部进入聚合物溶液或熔体的贮存器中，并且其中其上端部突出到所述贮存器上方，并且螺旋轴围绕其纵向轴线可旋转地安装在聚合物溶液或熔体的导管的内部中。螺旋轴与聚合物溶液或熔体的导管的内壁一起构成螺旋输送机。螺旋轴凭借磁性耦联连接到螺旋轴的驱动器，由此螺旋轴所连接到的磁性耦联的一个毂被布置在聚合物溶液或熔体的贮存器中，而另一个毂被布置在该贮存器之外。螺旋轴的驱动器与聚合物溶液或熔体的贮存器电分离。如果情本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通过聚合物溶液或熔体（5）的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的纺制电极（1），其包含所述聚合物溶液或熔体（5）的导管（2），所述导管（2）的一个面（6）构成纺制电极（1）的纺制表面（60）或所述导管（2）在其端部之一处设置有延伸部（20），在所述延伸部（20）上形成所述纺制电极（1）的向下变圆的或弯曲的纺制表面（60），其特征在于，在所述纺制电极（1）的所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）的内空间中可旋转地安装了螺旋轴（8），所述螺旋轴（8）与所述导管（2）的内壁一起构成螺旋输送机，由此所述螺旋轴（8）突出，其中其下端部从所述导管（2）向外，并且在其上端部处连接到磁性耦联的毂（9）或者设置有用于连接到磁性耦联的毂（9）的装置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170907 CZ PV2017-5211.一种用于通过聚合物溶液或熔体（5）的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的纺制电极（1），其包含所述聚合物溶液或熔体（5）的导管（2），所述导管（2）的一个面（6）构成纺制电极（1）的纺制表面（60）或所述导管（2）在其端部之一处设置有延伸部（20），在所述延伸部（20）上形成所述纺制电极（1）的向下变圆的或弯曲的纺制表面（60），其特征在于，在所述纺制电极（1）的所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）的内空间中可旋转地安装了螺旋轴（8），所述螺旋轴（8）与所述导管（2）的内壁一起构成螺旋输送机，由此所述螺旋轴（8）突出，其中其下端部从所述导管（2）向外，并且在其上端部处连接到磁性耦联的毂（9）或者设置有用于连接到磁性耦联的毂（9）的装置。


2.根据权利要求1所述的纺制电极，其特征在于，所述螺旋轴（8）至少由所述纺制电极（1）的所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）的内直径的值终止在该导管（2）的所述端部下方。


3.根据权利要求1或2所述的纺制电极，其特征在于，所述聚合物溶液或熔体的所述导管（2）是分支的，并且其分支的所述面（6）构成所述纺制电极（1）的所述纺制表面（60）和/或这些分支在它们的端部处设置有延伸部（20），在所述延伸部（20）上布置了所述纺制电极（1）的所述纺制表面（60）。


4.一种用于通过聚合物溶液或熔体（5）的电纺制或静电纺制生产聚合纳米纤维的设备，其包含所述聚合物溶液或熔体（5）的至少一个贮存器（4）和至少一个纺制电极（1），所述纺制电极（1）包含所述聚合物溶液或熔体（5）的导管（2），所述导管（2）的一个面（6）构成所述纺制电极（1）的纺制表面（60），或者所述导管（2）在其端部之一处设置有延伸部（20），在所述延伸部（20）上形成所述纺制电极（1）的所述纺制表面（60），由此所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）的内空间和所述聚合物溶液或熔体（5）的所述贮存器（4）互连，其特征在于，所述纺制电极（1）的所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）延伸，其中其下端部进入聚合物溶液或熔体（5）的所述贮存器（4）中，并且其中其上端部突出到所述贮存器（4）上方，并且螺旋轴（8）围绕其纵向轴线可旋转地安装在所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）的所述内空间中，所述螺旋轴（8）与所述聚合物溶液或熔体（5）的所述导管（2）的内壁构成螺旋输送机，由此所述螺旋轴（8）凭借磁性耦联，由此连接到所述螺旋轴（8）的所述磁性耦联的一个毂（9）被布置在所述聚合物溶液或熔体（5）的所述贮存器（4）中，而其另一个毂（10）被布置在所述贮存器之外，被连接到所述螺旋轴（8）的所述驱动器（12），所述驱动器（12）与聚合物溶液或熔体（5）的所述贮存器（4）电分离。


5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述螺旋轴（8）的所述驱动器（12）通过绝缘插入件（11）与所述聚合物溶液或熔体（5）的所述贮存器（4）电分离，由此所述磁性耦联的所述毂（10）被安装在所述绝缘插入件（11）的一个端部处，其相对的端部被连接到所述驱动器（12）。


6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述绝缘插入件（11）和所述螺旋轴（8）的所述驱动器（12）凭借带驱动器（100）互连。


7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，收集槽（14）围绕所述聚合物溶液或熔体...

【专利技术属性】
技术研发人员：J贝朗，D卢卡斯，P波科尔尼，T卡洛斯，J瓦尔特拉，
申请(专利权)人：利伯西科技大学，
类型：发明
国别省市：捷克;CZ