本发明专利技术公开了一种纳米纤维取向和厚度可控的静电纺丝装置。所述装置包括底座部分、第一电机、第二电机、接收装置、擦除装置、滑杆位置调节装置、针头位置调节装置、高压静电发生器、注射泵和针头；接收装置包括两根导电滑杆和导电滚筒；两根导电滑杆的间距与高度都是可以通过滑杆位置调节装置进行调节，针头的高度、排列可通过针头位置调节装置进行调节。本发明专利技术装置可以避免滚筒高速旋转，在低转速下即可得到大面积上高度有序的纳米纤维，可多针头纺丝，可得到大厚度三维纤维，亦可显著提高纺丝效率。
【技术实现步骤摘要】
一种纳米纤维取向和厚度可控的静电纺丝装置
本专利技术属于静电纺丝及机械工程
，具体涉及一种纳米纤维取向和厚度可控的静电纺丝装置。
技术介绍
静电纺丝纳米纤维具有比表面积大、长径比大和孔隙率高等特点，有广泛的应用，其应用包括组织工程、生物传感器、过滤、伤口敷料、药物递送和酶固定化。与二维纳米结构相比，具有显著厚度、空间分布互连孔结构的3D纳米纤维不仅可以提供细胞粘附和生长模板，也促进营养物和代谢物进出工程组织的运输，更接近天然细胞外基质。另外，高度取向和规则排列的纳米纤维具有特殊的力学、光学、生物学和电学性质，这极大地扩展了纳米纤维的应用。有序纤维可用作传感器、增强材料，可用于燃料电池领域，还可用于骨、神经、血管、肌腱、韧带、心脏等组织工程中。迄今已有诸多改进装置或辅助方法来制备有序纳米纤维，但每种方法不是得到的纤维取向度不高，就是有序纤维长度、面积受到限制（王兴雪,王海涛,钟伟,杜强国,许元泽.静电纺丝纳米纤维的方法与应用现状[J].非织布布,2007(02):14-20.）。最常用的滚筒接收装置需要在极高的转速下才能得到有序纤维，但取向度不高，而且过高的转速会使纤维断裂（ChewSingYian,WenJie,YimEvelynKF,LeongKamW.Sustainedreleaseofproteinsfromelectrospunbiodegradablefibers.[J].Biomacromolecules,2005,6(4).），此外高转速对装置的精度要求高，不然装置会剧烈震动，从而降低装置的使用寿命以及引发安全问题。Smit等提出利用水浴槽收集静电纺丝纳米纤维,静电纺丝纤维毡首先沉积到水浴中水的表面,然后把纤维毡拉到水浴槽的边缘,用旋转圆辊收集装置接收纱线。此装置的优点是装置简单，可以得到长的纱线，纤维在纱线里面一般具有很好的排列;缺点是纱线的收集速度比较慢。Li等利用两个平行的电极收集到有序排列的纤维。此装置的优点是装置简单，可以比较容易地得到高度取向排列的纤维,取向的纤维比较容易地转移到另外的基板上;缺点是排列纤维的长度受到一定的限制（LiD,WangYandXiaY.ElectrospinningofPolymericandCeramicNano-fibersasUniaxiallyAlignedArraysNanoLett.200331167.）。Theron等采用圆盘尖端边缘为接收装置成功收集到PEO单丝连续纤维。主要是由于圆盘的尖端使电荷充分集中，纤维可以被连续地收集,而且收集后的纤维由于存在相互排斥的残余电荷而彼此不粘连。此装置的优点是装置简单,可以得到高度有序排列的纤维;缺点是在同一转速下当沉积的纤维变厚时得不到高度有序排列的纤维，仅仅用于收集小面积的纤维（TheronA,ZussmanEandYarinAL.Electrostaticfield-assistedAlignmentofElectrospunNano-fibresNanotechnology.200112384.）。至今，比较常见的静电纺丝收集方式是传统滚筒或平板，得到的纤维膜厚度受到一定的限制，并且纺丝的效率也不高，这极大地限制了静电纺丝纳米纤维的应用。三维纳米纤维体型材料的构建方法主要有：1）逐层组装法，该方法利用纺丝过程中纤维的多层沉积，或对现有的二维纤维膜进行后处理加工，可获得多层复合的三维纤维材料，但由于其纤维层间未能形成紧密连接，使得材料力学性能差、层间易剥离，从而影响了其实际使用性能。2）微-纳混合法，该方法将直写沉积和静电纺丝技术结合，直写沉积得到的微米纤维作为支撑支架，微米纤维层和纳米纤维层通过交替叠加形成三维结构，但其连接不紧密，力学性能较差，而且该方法的道德并非真正的纳米纤维三维体。3）自组装法，该方法将静电纺纳米纤维和冷冻-成型技术相结合得到纤维各向同性分布且紧密黏结的三维体型材料，但该方法工艺繁琐，且对纳米纤维再加工会破坏。在静电纺丝过程中，材料的厚度与纺丝时间呈正相关，然而随着纳米纤维沉积厚度的逐渐增加由此产生的电场屏蔽及衰减效应将愈专利技术显，致使纤维膜厚度难以进一步提升（丁彬,斯阳,洪菲菲,闫成成,王雪琴,俞建勇.静电纺三维纳米纤维体型材料的制备及应用[J].科学通报,2015,60(21):19922002.）。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
中提出的问题。本专利技术提供了一种纳米纤维取向和厚度可控的静电纺丝装置，具有在低转速下得到大面积高度有序的纳米纤维、纤维厚度可控、纺丝效率高等特点。本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。一种纳米纤维取向和厚度可控的静电纺丝装置，包括底座部分、第一电机、第二电机、接收装置、擦除装置、滑杆位置调节装置、针头位置调节装置、高压静电发生器、注射泵和针头；接收装置包括两根导电滑杆和导电滚筒，两根导电滑杆放置于导电滚筒两侧上方，关于导电滚筒对称，两根导电滑杆均接地；其中，底座部分处于装置最底端，第一电机和第二电机分别位于底座部分的两端，第一电机连接擦除装置，擦除装置连接两根导电滑杆，用于使导电滑杆始终保持最初状态；滑杆位置调节装置位于擦除装置和接收装置之间，连接两根导电滑杆靠近擦除装置的一端，用于调节两根导电滑杆的位置；第二电机连接导电滚筒，用于使得导电滚筒以一定的转速转动；针头位置调节装置位于接收装置的正上方，用于调节针头的位置；针头尾端通过聚乙烯导管连接注射泵，用于注入纺丝溶液到针头；针头前端通过导线与高压静电发生器的正极连接，使针头带正电压，从而产生电场力；纺丝溶液被注射泵注入针头，针头接正极产生电场力，纺丝溶液受到电场力与表面张力的作用下产生‘泰勒锥’，并通过溶剂的挥发形成纳米纤维丝。接收装置中导电滚筒在第二电机驱动下以一定转速转动，导电滚筒不接地，两根导电滑杆之间保持一定的间距并接地，两根导电滑杆位于导电滚筒最高点下方并保持一定距离。擦除装置负责将两根导电滑杆上接收到的纤维去除，使得两导电滑杆始终保持最初状态，从而形成的电场不受影响。在导电滚筒自身的转速以及两根导电滑杆与针头形成的电场下，可在导电滚筒表面接收到取向纳米纤维，并且通过改变导电滚筒的转速、两根导电滑杆的间距可得到不同取向的纳米纤维，从而实现纳米纤维的取向可控；接收装置中导电滚筒接地，两根导电滑杆之间保持一定的间距并接地，两根导电滑杆位于导电滚筒最高点下方并保持一定距离。擦除装置负责将两根导电滑杆上接收到的纤维去除，使得两导电滑杆始终保持最初状态，从而形成的电场不受影响。在导电滚筒与两根导电滑杆与针头形成的电场下，可更短时间内在导电滚筒表面接收到大厚度的纳米纤维并提高效率，并且通过改变纺丝时间、针头数量可得到不同厚度的纳米纤维，从而实现纳米纤维的厚度的可控。进一步地，所述导电滑杆可以是铁质、钢质、铝质中的一种；导电滑杆可以是直径为2～5mm的棒状或长宽高分别为2～5mm的长块状；所述导电滚筒的直径为5～15cm。进一步地，所述擦除装置包括涡轮蜗杆减速器和两个曲柄滑块机构，第一电机连接涡轮蜗杆减速器，两个曲柄滑块机构的原动件与本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种纳米纤维取向和厚度可控的静电纺丝装置，其特征在于，包括底座部分（1）、第一电机（2-1）、第二电机（2-2）、接收装置（3）、擦除装置（4）、滑杆位置调节装置（5）、针头位置调节装置（6）、高压静电发生器（7）、注射泵（8）和针头（9）；/n接收装置（3）包括两根导电滑杆（3-1）和导电滚筒（3-2）；两根导电滑杆（3-1）放置于导电滚筒（3-2）两侧上方，关于导电滚筒（3-2）对称；两根导电滑杆（3-1）均接地；/n其中，底座部分（1）处于装置最底端，第一电机（2-1）和第二电机（2-2）分别位于底座部分（1）的两端，第一电机（2-1）连接擦除装置（4），擦除装置（4）连接两根导电滑杆（3-1），用于使导电滑杆（3-1）始终保持最初状态；滑杆位置调节装置（5）位于擦除装置（4）和接收装置（3）之间，连接两根导电滑杆（3-1）靠近擦除装置（4）的一端，用于调节两根导电滑杆（3-1）的位置；第二电机（2-2）连接导电滚筒（3-2），用于使得导电滚筒（3-2）以一定的转速转动；针头位置调节装置（6）位于接收装置（3）的正上方，用于调节针头（9）的位置；针头（9）尾端通过聚乙烯导管连接注射泵（8），用于注入纺丝溶液到针头（9）；针头（9）前端通过导线与高压静电发生器（7）的正极连接，使针头（9）带正电压，从而产生电场力，纺丝溶液受到电场力与表面张力的作用下产生‘泰勒锥’，并通过溶剂的挥发形成纳米纤维丝，在导电滚筒（3-2）自身的转速以及两根导电滑杆（3-1）与针头（9）形成的电场下，在导电滚筒（3-2）表面接收到取向纳米纤维，实现静电纺丝。/n...
【技术特征摘要】
1.一种纳米纤维取向和厚度可控的静电纺丝装置，其特征在于，包括底座部分（1）、第一电机（2-1）、第二电机（2-2）、接收装置（3）、擦除装置（4）、滑杆位置调节装置（5）、针头位置调节装置（6）、高压静电发生器（7）、注射泵（8）和针头（9）；
接收装置（3）包括两根导电滑杆（3-1）和导电滚筒（3-2）；两根导电滑杆（3-1）放置于导电滚筒（3-2）两侧上方，关于导电滚筒（3-2）对称；两根导电滑杆（3-1）均接地；
其中，底座部分（1）处于装置最底端，第一电机（2-1）和第二电机（2-2）分别位于底座部分（1）的两端，第一电机（2-1）连接擦除装置（4），擦除装置（4）连接两根导电滑杆（3-1），用于使导电滑杆（3-1）始终保持最初状态；滑杆位置调节装置（5）位于擦除装置（4）和接收装置（3）之间，连接两根导电滑杆（3-1）靠近擦除装置（4）的一端，用于调节两根导电滑杆（3-1）的位置；第二电机（2-2）连接导电滚筒（3-2），用于使得导电滚筒（3-2）以一定的转速转动；针头位置调节装置（6）位于接收装置（3）的正上方，用于调节针头（9）的位置；针头（9）尾端通过聚乙烯导管连接注射泵（8），用于注入纺丝溶液到针头（9）；针头（9）前端通过导线与高压静电发生器（7）的正极连接，使针头（9）带正电压，从而产生电场力，纺丝溶液受到电场力与表面张力的作用下产生‘泰勒锥’，并通过溶剂的挥发形成纳米纤维丝，在导电滚筒（3-2）自身的转速以及两根导电滑杆（3-1）与针头（9）形成的电场下，在导电滚筒（3-2）表面接收到取向纳米纤维，实现静电纺丝。
2.根据权利要求1所述的一种纳米纤维取向和厚度可控的静电纺丝装置，其特征在于，所述导电滑杆（3-1）可以是铁质、钢质、铝质中的一种；导电滑杆（3-1）可以是直径为2～5mm的棒状或长宽高分别为2～5mm的长块状；所述导电滚筒（3-2）的直径为5～15cm。
3.根据权利要求1所述的一种纳米纤维取向和厚度可控的静电纺丝装置，其特征在于，所述擦除装置（4）包括涡轮蜗杆减速器（4-1）和两个曲柄滑块机构（4-2），第一电机（2-1）连接涡轮蜗杆减速器（4-1），两个曲柄滑块机构（4-2）的原动件与涡轮蜗杆减速器（4-1）连接，两个曲柄滑块机构（4-2）的两从动件分别连接并控制两根导电滑杆（3-1）；第一电机（2-1）带动涡轮蜗杆减速器（4-1）运作，从而带动两曲柄滑块机构（4-2）的原动件作圆周运动，继而驱动两曲柄滑块机构（4-2）的从动件与滑块在两导电滑杆（3-1）上做往复运动，而使导电滑杆（3-1）上的纤维被除掉始终保持最初状态。
4.根据权利要求3所述的一种纳米纤维取向和厚度可控的静电纺丝装置，其特征在于，所述曲柄滑块机构（4-2）可以由偏置曲柄滑块机构（4-2）代替，当使用偏置曲柄滑块机构（4-2）时，涡轮蜗杆减速器（4-1）和两个曲柄滑块机...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜昶，余雪贵，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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