用于生产微米纤维和纳米纤维的二维或三维纤维材料的设备制造技术

用于生产由微米纤维或纳米纤维构成的二维或三维的纤维材料的设备，包括一组拉丝金属喷嘴（3）、一组收集器电极（6）以及收集板（7）或收集圆柱体（14），所述拉丝金属喷嘴（3）连接至第一电势，所述收集器电极（6）面对所述喷嘴（3），所述收集器电极（6）以规则的间隔排列并连接至第二电势，所述收集板（7）或收集圆柱体（14）用于收集处于多个相邻收集器电极（6）之间的微米纤维或纳米纤维。本发明专利技术的实质在于：所述收集器电极（6）包括排列在平面内的至少两个收集器电极（6），在其交叉的线上的所述收集板（7）或所述收集圆柱体（14）的切线垂直于与所述收集器电极（6）的平面的接触线，在其交叉的线上的所述收集板（7）或所述收集圆柱体（14）的切线与所述收集器电极（6）的平面形成α角，所述α角的大小范围在0°到90°之间，所述收集板（7）或所述收集圆柱体（14）相对于所述收集器电极（6）可移动地支撑，移动的方向处于与所述收集器电极（6）的平面相垂直的、所述电极（6）的轴位于其中的平面内，并且所述收集板（7）或所述收集圆柱体（14）的移动方向与所述电极（6）的轴形成β角，所述β角的大小范围在0°到90°之间。这种配置能够生产有序纳米纤维的较大面积和大体积物体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于生产微米纤维和纳米纤维的ニ維和三维纤维材料的设备，该设备包括ー组拉丝喷嘴、第一组电极和收集板，该组拉丝喷嘴附接于第一电势，该第一组电极面对该组拉丝喷嘴，并排列为具有规则的相互间距且附接于第二电势，该收集板用于收集处于多个相邻电极间的微米纤维或纳米纤維。
技术介绍
依据很高強度的静电场原理运行的、用于生产微米纤维和纳米纤维的、迄今为止已知的设备通常利用板收集电扱，很高强度的静电场的效果使熔融的聚合物或聚合物溶液形成为纤维结构。第一种聚合物拉丝方法已早在二十世纪初被专利保护一US0705671 (1900),US0692631 (1902)，US2048651 (1934)。沉积在板式电极上的各纤维随机放置，即它们并不以任何优选的方向放置。这是由于移动的聚合物喷射流不稳定的状态造成的，其轨迹在入射到收集电极上之前非常复杂且在空间上是无序的。如果生产的材料包括规则排列的微米纤维或纳米纤维，则该材料还可广阔地应用于众多新的现代领域和分支。它们的未来潜力在于它们的形态特征以及由形态特征导致的机械、生理、生物、物理、光学和化学特征(即，尤其要归功于其内部规则性定向的结构)的实质改进。一些公开文件涉及了以此种方式沉积的纤维的排列原则。两种基本方法已为人知。第一种方法应用了将以高转速旋转的纤维卷绕至柱体、条棒或碟片上的机械原理。本专利技术还涉及的第二种原理利用静态收集器，静态收集器分成两个或多个传导部分，各部分由一定尺寸的非传导空隙相互隔开。收集器使起作用的静电场的电カ线成形。聚合物喷射流的轨迹由静电场カ确定，并且落在收集器上的纤维在被分割的收集器的非传导区内以优选的方向相互平行地沉积。收集器的传导区与非传导区的结构限定了起作用的静电力，影响到现有的聚合物喷射流的随机飞行，因此，控制了其移动。纤维有序的沉积至收集器上的机制可由系统的实验研究或物理模型的数值仿真推断出。原理上讲，这些方法成功地操作。在2003-2005年，Dan Li等人在专业杂志上发表了上述讨论的原理。使用类似的设备生产平面(2D)材料或立体(3D)材料在很大程度上受到限制，且生产具有规则结构的更大的2D材料与更厚的3D材料是不可能的。因此，生产仅限制于制造单个定向的纤维。有序的微米或纳米纤维沉积在被分割的收集器的非传导区上，在非传导去，它们形成精细的规则层。被分割的收集器包括通常为金属的传导连接器，该连接器被具有高电阻率(大于1016Ω. cm)的非传导背板隔开。沉积在这种收集器上的纤维与其机械连接，从而使其任何更进一歩的独立实际使用受限。在被分割的收集器上定位下衬底或者在发射器与收集器之间定位下衬底导致结构化的静电场カ的减弱，其效果參与形成了纤维定向。为使用此种方法生产的材料，需先从收集器获取产生的层，然后将产生的层转移。Rouhollaha Jalili等人描述了用于将若干定向的纤维积横成共同束的简单的收集器。其结果并非平面结构，而仅仅是成束的纤维。这种纤维样品被単独准备，以用于对束特征的后续X射线分析和机械分析。对若干纤维束的实际应用未在中提及，且由于所达到的尺寸(长30mm，直径约O. 08mm)，可以认为它的意义并不重大。专利申请US2005-0104258A1和PPVCZ2007-0727A3讨论了产生单种电荷的收集电极结构，但这些专利申请未涉及纤维的任何有序形成与定向。分割的收集器是美国专利US4689186的一部分，但是该收集器用用不同的目的且没有直接參与任何定向纤维的形成。专利申请EP2045375A1描述了利用在电学上分割的柱形收集器生产包括具有规则结构的微米或纳米纤维的2D或3D材料的设备，在收集器旋转期间，定向纤维被收集。通过所描述的解决方案，生产具有受限尺寸的材料是可能的，受限尺寸部分由旋转收集器的直径所限制。而且，实现用于生产此种具有更大面积(即，建议的解决方案的多次重复)类型的材料的设备在实践中较复杂，线性受限，且因此效率低下。 低強度的微米或纳米纤维(特别是由生物聚合物制成的纤维)在将形成更厚的层(2D或3D)时，在收集器电极之间被其自身重力撕裂，从而导致整个结构被破坏。这限制了各种生产エ艺并限制了获得具有所需參数的可用材料。当沉积纤维成更厚的层时，定向水平发生退化，并且纤维排列又变得更随机。此种情况是由所形成的纤维层内(即，处于应保持非传导且无电荷的收集器部分内)电荷的逐渐增长，以使纤维定向规则正确发挥作用所导致的。这个负面的效果致使定向的纤维只沉积在材料的下层内，即在沉积开始时首先沉积的那些层内；另一方面，随意排列的纤维在更高的层内占大多数。因此，设计出了采集收集器的结构及自动化机械装置，其中自动化机械装置抽取微米或纳米纤维的较薄沉积层，并同时随着拉丝过程将它们叠置成更厚的层(2D或3D)。
技术实现思路
本专利技术的ー个目的在于能够控制所生产的微米或纳米纤维材料的形态特征及其导致的其它特征，并以此获得更佳的且是各向异性的新材料特征。所生产的纤维材料的特征(特别是纤维结构定向的程度、形态、密度、孔隙率以及机械、物理、生物及化学特征)受到エ艺參数的影响。新材料具有平面(2D)或立体(3D)物体形式的较大宏观尺寸。各种起始材料(优选为聚合物，即，合成聚合物或天然聚合物)可用于拉丝エ艺，以生产微米或纳米纤维。该目的是由用于生产由微米纤维或纳米纤维构成的ニ维或三维的纤维材料的设备实现的，该设备包括ー组拉丝喷嘴、一组电极以及收集板，所述拉丝喷嘴连接至第一电势，所述电极面对所述喷嘴，所述电极以规则的间隔排列并连接至第二电势，所述收集板用于收集处于多个相邻收集器电极之间的微米纤维或纳米纤维，本专利技术的实质在于所述电极包括排列在平面内的至少两个电极，收集板与电极的平面形成α角，所述α角的大小范围在0°到90°之间，所述收集板相对于所述电极可移动地支撑，移动的方向处于与所述电极的平面相垂直的、所述电极的轴位于其中的平面内，并且所述收集板的移动方向与所述电极的轴形成β角，所述β角的大小范围在0°到90°之间。在根据本专利技术的用于生产由微米纤维或纳米纤维构成的ニ维或三维的纤维材料的设备的ー种有利的实施方式中，收集板支承于电极上，且边缘设置有刃部。在设备的另一有利的实施方式中，收集板设置有敞开的平行空隙，每个空隙被设置为面对一个电极，收集板在两个相邻空隙之间的部分插入到两个相邻的电极之间的空间中。在此设备的进ー步的有利的实施方式中，以规则间隔排列的电极组含有至少三个平行的电极。在此设备的另一有利的实施方式中，所述收集板在其表面上覆盖有可移除的衬底，该表面远离所述电极转动，从而使纳米纤维层能够被所述衬底包裏。最后，在此设备的又一有利的实施方式中，收集板在其远离电极转动的表面上设置有凹槽，用以放置由收集板收集的纳米纤维层。附图说明 下面将參照附图对本专利技术进行更加详细地解释，其中图I是根据本专利技术用于生产由微米纤维或纳米纤维构成的ニ维或三维的纤维材料的设备第一示例性实施方式的示意图，其中收集器电极为线形平行导引条的形式；图2是根据本专利技术用于生产由微米纤维或纳米纤维构成的ニ维或三维的纤维材料的设备第二示例性实施方式的示意图，其中收集器电极为在平面内排列的同心圆状的导引条的形式；图3是具有平面收集板的收集机械装置的示意性侧视图；图4是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马莱克·博克尔尼，瓦迪米尔·韦莱布尼，
申请(专利权)人：康迪普罗生物技术公司，
类型：发明
国别省市：