[发明专利]一种形状可控非织造材料的成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种形状可控非织造材料的成形方法，具体涉及利用双电源共同控制纤维的定向运动以实现非织造材料的定形制备，属于纺织材料加工成形领域。

背景技术

随着科技的进步和发展，纺织材料已经突破了传统的服用、产业用布等应用领域，尤其是以非织造技术的发展和非织造材料的推广为主要动力，促进了纺织材料的应用拓展，逐渐延伸到生物医用、精细过滤、微电子、生物组织工程等新技术领域。

在新技术领域的应用对纺织材料的平面或立体形状以及成形效果提出了更进一步的要求。例如，将纺织材料应用于人造血管，特别是直径小于6mm的血管，传统的管状机织布或针织布在抗血栓性能、顺应性能或材料的刚度、孔隙率等方面已无法满足应用要求，因而较多的采用具有一定表面结构、能满足内皮细胞依附的管状非织造材料，并且要求管状非织造血管内壁光滑，且能做到无缝、无痕接合成形；再如，纺织材料在生物组织支架材料的应用方面也取得了一定的突破，而组织支架作为生物组织生长依附的支撑材料，除了需要有适合于生物组织贴壁、分化的微观结构外，还需要有起到生物组织整体成形作用的宏观三维立体结构。

目前，常用的非织造材料成形方法主要有拼接缝合、粘合、层间复合针刺加固以及热压成形等方法。专利“一种管状非织造布复合材料及其制造方法”（公开号CN 101280872A），通过对接缝合的方法将非织造布制成管状结构；专利“用于制造三维弯曲的纤维复合材料构件的方法”（公开号CN 101232992A），也是运用缝合的方法，首先将非织造条带按照所需的轮廓进行三维打褶，然后缝制到载体材料上实现三维成形；专利“复合鞋帮及其制造方法”（公开号1342046），公开了一种模具热压成形的方法，首先将网状织物与热塑性泡沫、热塑性尿烷层压形成复合片料，然后将该复合片料加热，在模具中热压成形，制成整体的、无缝鞋帮。上述专利所公开的非织造材料或纺织复合材料成形方法具有一定的成形效果，但均无法实现由纺丝到材料成品一步成形的目的。此外，专利“三维非织造介质，过滤器和加工方法”（公开号CN 102002820A），描述了一种具有三维筒状结构的非织造滤芯的连续成形方法，该方法利用旋转式筒状收集器对熔喷纤维进行多层次收集而实现非织造筒状滤芯的连续成形，但该专利所公开的加工方法较为复杂，并且适应面不广。

发明内容

本发明的目的是提供一种形状可控的非织造材料的一步成形方法，该方法简便易行，并且效果显著。

一种形状可控非织造材料的成形方法，包括二维平面形状可控以及三维立体形状可控，通过控制空间电场的分布，对带电纤维的运动方向进行控制，实现纤维点对点定向运动，进一步实现纤维点对面或点对立体定形沉积，以达到一步成形目的。

具体方法为：以静电纺丝技术为基础，以待制备的非织造材料的形状为模板设计接收器，在接收器上接入负高压直流电源，采用正、负双电源共同控制空间电场分布，使得纤维定向地沉积到带有负电压的接收器上，直至布满整个接收器而不至于散落到接收器以外的区域，从而实现非织造材料的定形制备。

具体步骤如下： 

(a) 将配制好的高聚物纺丝液或高聚物熔体置于纺丝液供给装置中，并将正高压直流电源连接在喷丝头上；

(b) 以待制备的非织造材料的形状为模板，制作相应形状的接收器，按照设定好的纺丝距离固定于喷丝头正前方，并连接负高压直流电源；

(c) 设定纺丝溶液或熔体流速参数并开启注射泵；

(d) 同时开启正高压直流电源和负高压直流电源，开始静电纺丝，在负高压电源作用下进行纳米纤维定形收集。

其中，步骤（b）所述待制备材料的形状可以是二维平面形状，也可以是三维立体结构。 

步骤（b）所述的负高压直流电源，其电压值的变化范围是0~50kV，加载的电压值根据接收器的面积大小、形状以及接收距离、喷丝头电压而定。加载的负电压值越大，对纤维定向运动的控制作用越强，但负电压值的上限与接收距离以及喷丝头正电压值有关，以不致引起接收器与喷丝头之间空气击穿放电为限度。

本发明实现了纤维非织造材料的一步成形，缩短了加工工序，并提高了纤维的利用率，其实现形状可控的定形制备的原因和机理可解释如下：