[发明专利]多针V型槽滚筒式静电纺系统及纳米纤维束的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纺织机械技术领域，涉及一种静电纺丝系统，具体涉及一种多针V型槽滚筒式静电纺系统，本发明还涉及利用该系统制备纳米纤维束的方法。

背景技术

纳米纤维可用于制备过滤材料、生物传感器、军用防护涂层、三维组织支架、复合材料、药物释放、敷料和电子器件等多种材料。静电纺是制备直径为几十纳米到几十微米的超细纤维的一种简单方法，具有成本较低、制品的比表面积较大和适于制备多种类型材料的特点。

静电纺工艺有多种，如利用特别设计的收集屏、微机械加工而成的喷嘴以及利用辅助电极稳定射流等，可生产出具有复杂结构的纤维。

典型的静电纺工艺，纤维以随机取向非织造布毡的形态沉积在收集屏上。但在制备光电子器件等方面，通常要求纤维具有良好取向并且高度有序。纤维增强聚合物复合材料中，纤维的定向排列能够提高力学性能；有序的纤维结构也有利于组织工程领域的许多应用。因此，需要改变纺丝工艺，制备出具有周期性有序结构的制品，扩大静电纺的应用领域。

目前，已经有一些方法用于提高静电纺纤维的有序程度，Theron[A.Theron，E.Zussman，A.L.Yarin，Nanotechnology 2001，12，384.]和Xu[XuCY，Iani R，Kotaki M and Ramakrishna S，Biomaterials 2004，25，877.]等利用旋转盘作为收集装置制备了静电纺取向纳米纤维，因为盘的尖锐边缘和针头之间形成的电场力随着与盘边缘距离的减小而逐渐增加，所以带电射流会集中收集到尖锐边缘处。盘的转速也会影响到纤维的收集。Matthews[J.A.Matthews，G.E.Wnek，D.G.Simpson，G.L.Bowlin，Biomacromolecules 2002，3，232.]等利用旋转心轴作为收集装置，通过控制旋转速度，获得了沿旋转方向定向排列的纤维。Huang[Huang ZM，Zhang YZ，Kotaki M and RamakrishnaS，Compos Sci Technol 2003，63，2223.]等利用三角形旋转框架作为收集装置，研究了框架材料对获得纳米纤维的影响，结果显示，尽管利用铝制以及木制框架都能得到定向排列纤维，但是铝制框架得到的纤维取向度更大。Katta[P.Katta，M.Alessandro，R.D.Ramsier，G.G.Chase，Nano Lett.2004，4，2215.]等利用铜线框制成的旋转鼓作为收集装置，随着鼓的旋转，收集到定向排列的纤维。Li[D.Li，Y.Wang，Y.Xia，Nano Lett.2003，3，1167.；D.Li，Y.Wang，Y.Xia，Adv.Mater.2004，16，361.]等利用分开一定间隙的两片导电电极作为收集装置，获得了定向排列的聚合物以及陶瓷纳米纤维。Dabirian[Dabirian，F.，Hosseini，Y.and Ravandi，S.A.Hosseini，Journal of the Textile Institute 2007，98，237.]等在传统静电纺电场体系中，利用一根带负电的棒控制电场，使静电纺纤维改变方向，并收集在旋转滚筒上，制得了纤维沿单轴取向的加捻纱。Teo[W.E.Teo，R.Gopal，R.Ramaseshan，K.Fujihara，S.Ramakrishna，Polymer2007，48，3400.]等利用液相涡流对静电纺纤维进行收集，获得了连续纳米纤维纱。Gu[B.K.Gu，M.K.Shin，K.W.Sohn，et，al.，Appl.Phys.Lett.2007，90，263902.]等在传统的静电纺体系中引入两端开口的箱形辅助电极，通过周期性改变电场，控制射流的运动，制得了具有一定捻度的纳米纤维纱。Bazbouz[M.B.Bazbouz，G.K.Stylios，J.Appl.Polym.Sci.2007，107，3023.]等利用分开一定距离且同时接地的平行配置的圆盘作为接收电极，制备了纤维定向排列的纳米纤维束。东华大学的《一种超细静电纺纤维纱线的连续制备方法》(申请号200710044034.0，公开日2008.01.16，公开号CN101104970)，利用接地针尖诱导静电纺纤维并集束，将集束纤维束通过加捻装置加捻，并将加捻后的纱线卷绕到筒管上，获得了具有一定捻度的纳米纤维纱。但这些方法，存在纳米纤维的产量较低，纳米纤维不能进行较好集束以及定向排列程度差的问题。

发明内容