本发明专利技术属于微纳米纤维制备技术领域，涉及一种纺丝喷头往复直线运动式静电纺丝装置，不锈钢针头固定于注射器针管上并与高压直流电源正极相连，高压直流电源负极与铝箔收集极相连，铝箔收集极固定于装置的底座上；注射器针管固定于直线运动杆一端，直线运动杆贯穿于两个并列的支架上，能在支架上做简谐直线运动，另一端通过曲轴连杆与有机玻璃板相连；具有功能多、纺织分布集中和有序性号、纺织距离小、成品率高和工作电压低等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微纳米纤维制备
，涉及ー种纺丝喷头往复直线运动式静电纺丝装置，用于制备有序排列、交叉结构和扭曲结构的微纳米纤维，作为纳米光电器件、光学器件和可拉伸柔性器件的材料。
技术介绍
目前，静电纺丝技术是ー种广受关注、可直接从聚合物及复合材料溶液或熔体制备连续纤维的方法，具有设备简单、成本低、纤维产率高、适用范围广等优点，在气体和生物传感器、过滤与分离、纺织工程、药物缓释、电池电极材料等诸多领域具有广泛的应用前景。静电纺丝的原理是高压电源提供高电压，在纺丝喷头和收集板之间建立ー个强静电场，一般情况下，电源正极接在纺丝喷头上，负极接在收集板上(接地)，工作电压一般为10-30千伏，纺丝距离一般为8-20厘米。由于高压静电场的作用，纺丝溶液被极化带电，从纺丝喷头 射出，然后被电场カ拉伸细化或发生劈裂形成微纳米尺度的纤维，最后沉积在收集板上。纤维的直径与实验条件密切相关，一般在几十纳米到几个微米之间。传统静电纺丝装置制备的纤维一般是无序排列的，这限制了静电纺丝纤维在某些领域的应用。近年来，国内外很多科研人员致カ于改进传统静电纺丝技术以制备有序排列结构的微纳米纤维。目前，比较常用的静电纺织技术和设备有旋转圆筒(圆盘)收集、狭缝收集或平行电极收集、辅助外电场或磁场收集、框架收集等。例如，中国专利“静电纺丝装置，，(申请号:200720067712. O)和“静电纺丝仪”(申请号=200610125960. 6)采用的是圆筒收集方法；中国专利(申请号200810102096. 7)提出了ー种平行电极收集装置制备有序纤维的方法；文献(Advanced Materials，2007，19，3702-3706)则报道了ー种利用辅助磁场的磁电纺技木。此外，中国专利“一种有序排列和交叉结构纳米纤维的制备装置”(专利号ZL201010184068. I)提出了一种纺丝喷头旋转运动的离心静电纺丝技术；中国专利(申请号201110137420. O)还报道了一种改进的框架收集静电纺丝技术制备有序排列和绞线结构纤維。但是，以上这些技术方法还存在ー些不足例如，工作电压较高或者纺丝距离较大，制备的有序排列纤维一般是直线结构的，很少有扭曲结构的。而有序排列的扭曲结构纤维在可拉伸柔性电子器件等方面有应用前景。质点在直线上往复运动，其回复カ与位移成正比，方向相反，称为简谐运动；而简谐运动又可看作是由做等速圆周运动的质点垂直坐标轴方向上投影所做的运动。因此在日常中，圆周运动通过曲轴连杆转化可以得到往复直线运动，这种直线运动其实是ー种往复的简谐振动，它在加工车床、车间流水线、汽车发动机及各种振动平台等机械系统中已经有很广泛的应用，如常见的直线振动筛被广泛应用于冶金粉末、化工、肥料、磨料、医药、粮食等粉体及中小粒度物料的分级或分选。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提出ー种新型制备多种特殊形貌结构微纳米纤维的可行性设备，即纺丝喷头往复直线运动式静电纺丝装置，该装置采用较小的纺丝距离和较低的工作电压即可成功制备有序排列的直线结构微纳米纤维、交叉结构纤维以及有序排列的扭曲结构纤维。为了实现上述目的，本专利技术的主体结构包括调速器、有机玻璃板、直流无刷电机、曲轴连杆、直线运动杆、支架、注射器针管、不锈钢针头、高压直流电源、铝箔收集极和底座；尖端磨平后的中空不锈钢针头固定于医用的注射器针管上，不锈钢针头与高压直流电源的正极相连，高压直流电源的负极与表面贴有铝箔的铝箔收集极相连，铝箔收集极固定于装置的底座上；注射器针管固定于直线运动杆(长度为20厘米)的一端，直线运动杆贯穿于两个并列的固定于底座上的支架上，直线运动杆能够在支架上做简谐直线运动，直线运动杆的另一端通过曲轴连杆与固定于直流无刷电机的有机玻璃板(长度为5. 7厘米)相连，调速器用于控制直流无刷电机的转速，直流无刷电 机的转速由调速器上的刻度读出，直流无刷电机与调速器均固定于底座上，构成纺丝用的注射器针管的往复直线运动部分；收集纤维时将玻璃片放在不锈钢针头作直线运动所经过路程的中点处，根据简谐运动的特点，在靠近中点的地方不锈钢针头运动速度最快，且加速度最小，利于纺丝纤维的收集。本专利技术用于有序排列直线结构纤维的制备时，先在纺丝用注射器针管中加入前驱体溶液，调节不锈钢针头与铝箔收集极之间的距离为1-2厘米，在铝箔收集极上放上载玻片，拿一张干净、干燥的纸覆盖在载玻片上；接通高压直流电源，调节电压为I. 7-2. 5千伏，给纺丝针管塞子稍加压力，使溶液在重力以及塞子的压カ下缓慢流出，静止的针头开始纺丝；待纺丝稳定后，接通直流无刷电机的电源，调节调速器的旋钮，使其转速为200rpm左右，当中点附近的不锈钢针头往复直线运动速度与不锈钢针头纺丝速度相当吋，电纺纤维以有序方式沉积在铝箔收集极上；撤去盖在载玻片上的纸，开始载玻片上纤维样品的收集，同时开始计时，约15秒后，先关闭高压直流电源，再关闭电机电源，此时载玻片上会得到有序直线排列电纺纤維。本专利技术用于交叉结构纤维的制备将衬底放在铝箔收集极上来收集纺丝纤維，并且在第一次纺丝完成后将其水平旋转九十度(或其它角度)再进行纺丝，最終将得到十字交叉或其他夹角交叉的方形纤维网格阵列；若选择合适的材料，例如，第一层为η型的有机或无机半导体纳米纤维，第二层为P型的有机或无机半导体纤维，这样在衬底上就组装成纳米级别的P-η结阵列，在纳米电子器件方面会有很大的应用前景。本专利技术用于有序排列扭曲结构纤维的制备在纺丝距离不变的情况下如果增大工作电压，会使纺丝溶液极化带上更多电荷，带电射流在纺丝过程中受到的电场カ会更大，电纺纤维到达收集板时的运动速度会増加；当高速运动的纤维撞到收集板上静止下来时，撞击的反冲カ会使尚未完全固化的直线型纤维形成扭曲结构；纺液射流上所带电荷量增大会増加射流的弯曲或鞭动不稳定性，导致扭曲结构纤维的形成；根据以上分析，在制备有序排列直线结构纤维过程中，若将工作电压从I. 7-2. 5千伏提高到3. 0-4. O千伏，在收集板上得到有序排列的扭曲结构的纤維；扭曲结构纤维在制备可拉伸柔性电子器件方面具有广泛的应用前景。本专利技术与现有技术相比具有功能多、纺织分布集中和有序性号、纺织距离小、成品率高和工作电压低等优点；用于制备有序直线结构、交叉结构和有序扭曲结构三种形貌结构的纤维；在电场力作用下，纺丝纤维集中分布在针尖移动方向上(宽约5-10毫米)，纤维有序排列程度高；在小的纺丝距离下工作，从而减小纤维下落过程中环境不稳定对纤维有序度的影响；由于所制备纤维只分布在ー个狭小空间内，降低了纤维散落在其他地方的几率，有序纤维成品率得以提高；由于纺丝距离较小，工作电压可降低到4千伏以内，提高了实验的安全性。图I为本专利技术装置的结构原理示意图。图2为本专利技术制备的有序排列直线结构PVP纤维的扫描电镜SM照片。图3为本专利技术制备的交叉结构PVP纤维的光学显微镜照片。图4为本专利技术制备的有序排列扭曲结构PVP纤维的SEM照片。具体实施例方式下面结合附图并通过实施例对本专利技术做进ー步说明。 本实施例的主体结构包括调速器I、有机玻璃板2、直流无刷电机3、曲轴连杆4、直线运动杆5、支架6、注射器针管7、不锈钢针头8、高压直流电源9、铝箔收集极10和底座11 ;本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纺丝喷头往复直线运动式静电纺丝装置，其特征在于包括调速器、有机玻璃板、直流无刷电机、曲轴连杆、直线运动杆、支架、注射器针管、不锈钢针头、高压直流电源、铝箔收集极和底座；尖端磨平后的中空不锈钢针头固定于医用的注射器针管上，不锈钢针头与高压直流电源的正极相连，高压直流电源的负极与表面贴有铝箔的铝箔收集极相连，铝箔收集极固定于装置的底座上；注射器针管固定于直线运动杆一端，直线运动杆贯穿于两个并列的固定于底座上的支架上，直线运动杆能够在支架上做简谐直线运动，直线运动杆的另一端通过曲轴连杆与固定于直流无刷电机的有机玻璃板相连，调速器用于控制直流无刷电机的转速，直流无刷电机的转速由调速器上的刻度读出，直流无刷电机与调速器均固定于底座上，构成纺丝用的注射器针管的往复直线运动部分；收集纤维时将玻璃片放在不锈钢针头作直线运动所经过路程的中点处，根据简谐运动的特点，在靠近中点的地方不锈钢针头运动速度最快，且加速度最小，利于纺丝纤维的收集。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：龙云泽，刘术亮，唐成春，孙彬，郑杰，张红娣，李蒙蒙，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：
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