本发明专利技术属于静电纺丝制备微纳米纤维技术领域，涉及一种框架收集式纳米纤维绞线结构静电纺丝装置，带纺丝喷头的注射器固定在装置上面，纺丝喷头与高压电源的正极相连；金属矩形框置于纺丝喷头正下方，其一边中点与塑料夹相连，并固定在电动机的转轴上，金属圆筒固定在支架上与电源负极相连且接地；金属矩形框内部置有一个半矩形框，其两长边上各套一个细塑料管，半矩形框短边中点插入金属圆筒中，左边支架固定制有电动机，电动机上连有转轴和一个塑料夹，右边支架上固定连接杆和一个塑料夹，其结构简单、易操作、重复性好，便于推广，用于制备光学器件、电子器件及微机电系统的微纳米绳索等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于静电纺丝制备微纳米纤维
，涉及一种以框架收集式纳米纤维绞线结构静电纺丝装置。
技术介绍
静电纺丝也称为聚合物喷射静电拉伸纺丝，与传统纺丝方法截然不同，是一种简便易行、可直接从聚合物及复合材料的溶液或熔体制备连续纳米纤维的方法，这些方法将聚合物溶液或熔体带上几千至几万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下在纺丝喷头形成“Taylor”锥，当电场力足够大，聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流，当带电射流从纺丝喷头末端向收集极运动时，都会出现加速现象，从而导致射流在电场中的拉伸细化或劈裂细化，形成微纳米纤维；射流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在收集极上，一般形成纤维无序排列的无纺布或纤维毡。静电纺丝法具有一些突出的优点，例如设备和实验成本较低，纤维产率较高，可以大规模生产连续的纤维，制备出的纤维直径在几个纳米到几个微米的范围内、适用于许多不同种类有机和无机材料，这些优点使静电纺丝纳米纤维在电子器件、光学器件、生物医用、服装纺织、能源环保等诸多民用和军事领域具有广泛的应用前景。传统的静电纺丝装置采用静止的金属板/片或导体收集纳米纤维，其微观结构是无序排列的无纺布或纤维毡，这限制了电纺纤维在某些方面的应用，例如光学偏振器件(“基于定向纤维的散射型偏振片及其制备方法”，中国专利申请号200810018826. 5)。 为了制备有序排列的电纺纤维，可以改进收集方式或者纺丝方式，例如，文献和专利中已经报道的方法有旋转圆筒(中国专利申请号=200720067712. 0,200620043779. 6, 200610125960. 6 和 200810070364. 1)或圆盘(申请号200820232745. 0)收集、狭缝收集(Nano Letters, 2003, 3 (8) :1167-71 ；申请号200810102096. 7)、台阶收集(Chinese Physics Letters,2008,25(8) :3067-70)、辅助外电场(Polymer,2007,48 :5653-61 ； 申请号:200920210248. 5)或磁场(Advanced Materials, 2007,19 :3702-06 ；申请号 200910206274.5)收集、框架收集(Composites Science and Technology,2003,63 2223-53 ;Biomaterials，2005，26 :1453-56)、以及近场静电纺丝(Sensors and Actuators A,2010,164 :131-136)和离心静电纺丝(中国专利申请号=201010184068. 1)等。除了有序排列的电纺纤维，螺旋缠绕结构的电纺纤维(绞线结构，或微纳米绳索)在人工肌肉、p-n结电子器件(Journal of Applied Physics, 2009,106 :014303)等方面有潜在应用。目前国内外关于电纺纳米纤维绞线结构的报道不多，主要是通过双环收集-旋转法(Polymer，2005， 46 :611-14)、改进的双极收集法(Applied Physics Letters，2007，90 :083108 ；中国专利申请号:200910084009. 4)，或通过交变电场(Applied Physics Letters，2007，90 :263902) 和交流静电纺丝(Advanced Materials, 2009, 21 :349-54)进行制备。然而，已报道的这些方法存在着缺点。例如，一种方法/装置只能制备有序排列的纤维或者绞线结构，不能两者兼顾；某些方法制备的纤维的有序排列程度不够高，制备的纳米纤维绞线结构可控性较差，表面形貌不好，产率比较低，不利于工业化生产，或者是实验条件比较苛刻等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有静电纺丝制备技术中存在的不足，寻求设计提出一种先制备有序排列程度高的纳米纤维，再制备成绞线结构的框架收集式静电纺丝装置，该装置可以同时制备有序排列的纳米纤维和绞线结构，而且纤维有序排列的程度比传统框架收集式静电纺丝的效果有明显提高；制备的纳米纤维绞线结构表面干净光滑，没有毛刺，构成绞线的纤维数目可控。为了实现上述目的，本专利技术涉及的静电纺丝装置采用框架式收集结构，由收集有序纤维和制备绞线结构两个功能部分组成；包括纺丝溶液容器或注射器针管、纺丝喷头或注射器针头、电动机、转轴、塑料夹、金属矩形框架、半矩形框架、细塑料管、金属圆筒、高压电源、支架和连接杆；带纺丝喷头的注射器固定在静电纺丝装置上面，纺丝喷头与高压电源的正极相连；金属矩形框置于纺丝喷头正下方，其一边中点与塑料夹相连，并固定在电动机的转轴上，对应一边的中点制有一个圆环，绕金属圆筒转动，金属圆筒固定在支架上，并与高压电源的负极相连且接地；金属矩形框内部置有一个半矩形框，半矩形框两长边上各套制一个细塑料管，半矩形框短边中点插入金属圆筒中，电动机转动带动金属矩形框转动，而不会带动半矩形框转动，构成有序纳米纤维的框架收集式结构；左右两边竖向置有两个支架，其中左边一个支架固定制有电动机，电动机上连有转轴和一个塑料夹，右边的一个支架上固定连接杆和一个塑料夹，右边的支架上的连接杆和塑料夹为活动式可拆装结构，以便于固定安装金属圆筒；半矩形框的两个半长边上的细塑料管为拉出式结构套插在半矩形框的两个半长边长，形成有序纳米纤维后，拉出两个细塑料管分别插装于两个支架的塑料夹中，构成制备纳米纤维绞线结构的装置结构。本专利技术与现有技术相比，一是可以同时制备有序排列纤维和绞线结构，纤维有序排列程度高，绞线结构形貌好；二是构成绞线的纤维数目可控，在制备纤维数较多的绞线结构时，节约时间，提高生产效率；三是为了控制微纳米绞线形貌，在进行绞线前对有序纤维进行人工挑选；四是本专利技术具有设备简单、易操作、重复性好和便于推广等优点，可用于制备光学器件、电子器件，以及用于微机电系统的微纳米绳索/人工肌肉等。附图说明图1为本专利技术装置的结构原理示意图，其中包括纺丝溶液容器(注射器针管)1、纺丝喷头(注射器针头)2、框架收集的有序排列的纤维3、电动机4、转轴5、塑料夹6、金属矩形框架7、半矩形框架8、细塑料管9、金属圆筒10、高压电源11、支架12、连接杆13和纳米纤维绞线结构14。图2为本专利技术装置制备绞线结构时的部分结构原理示意图。图3为框架收集制备的有序排列纤维的光学照片。图4为框架收集制备的有序排列纤维的扫描电镜SEM照片。图5为本专利技术制备的纳米纤维绞线结构的扫描电镜SEM照片。具体实施例方式下面结合附图并通过实施例做进一步说明。本实施例涉及的静电纺丝装置采用框架式收集结构，由收集有序纤维和制备绞线结构两个功能部分组成；包括纺丝溶液容器(注射器针管)1、纺丝喷头(注射器针头)2、电动机4、转轴5、塑料夹6、金属矩形框架7、半矩形框架8、细塑料管9、金属圆筒10、高压电源11、支架12和连接杆13 ；带纺丝喷头2的注射器1固定在收集装置上面适当距离，纺丝喷头2与高压电源11的正极相连；金属矩形框7置于纺丝喷头2正下方，其一边中点与塑料夹6相连，并固定在电动机4的转轴5上，对应一边的中点制有一个圆环，绕金属圆筒10 转动，金本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种框架收集式纳米纤维绞线结构静电纺丝装置，其特征在于采用框架式收集结构，由收集有序纤维和制备绞线结构两个功能部分组成；包括纺丝溶液容器或注射器针管、纺丝喷头或注射器针头、电动机、转轴、塑料夹、金属矩形框架、半矩形框架、细塑料管、金属圆筒、高压电源、支架和连接杆；带纺丝喷头的注射器固定在静电纺丝装置上面，纺丝喷头与高压电源的正极相连；金属矩形框置于纺丝喷头正下方，其一边中点与塑料夹相连，并固定在电动机的转轴上，对应一边的中点制有一个圆环，绕金属圆筒转动，金属圆筒固定在支架上，并与高压电源的负极相连且接地；金属矩形框内部置有一个半矩形框，半矩形框两长边上各套制一个细塑料管，半矩形框短边中点插入金属圆筒中，电动机转动带动金属矩形框转动，而不会带动半矩形框转动，构成有序纳米纤维的框架收集式结构；左右两边竖向置有两个支架，其中左边一个支架固定制有电动机，电动机上连有转轴和一个塑料夹，右边的一个支架上固定连接杆和一个塑料夹，右边的支架上的连接杆和塑料夹为活动式可拆装结构，以便于固定安装金属圆筒；半矩形框的两个半长边上的细塑料管为拉出式结构套插在半矩形框的两个半长边长，形成有序纳米纤维后，拉出两个细塑料管分别插装于两个支架的塑料夹中，构成制备纳米纤维绞线结构的装置结构。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：龙云泽，郑杰，邵峰，韩维华，尹红星，张志华，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：95
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