[发明专利]一种旋转供液静电纺丝装置

说明书

技术领域

本发明涉及静电纺丝装置技术领域，具体涉及一种旋转供液静电纺丝装置。

背景技术

静电纺丝技术是一种制备纳米纤维的技术手段，其原理为：聚合物溶液在电场力作用下会在溶液尖端形成泰勒锥，随后泰勒锥锥尖产生电纺射流并经过电场力拉伸、溶液挥发等复杂过程，最后获得纳米纤维。静电纺丝制备的纳米纤维具有直径小、比表面积大等性能，在生物医学材料、柔性电子、微纳装置等领域有着广泛的应用潜力。

在电纺过程中如何实现稳定、高效地供液已经成为了当前电纺技术研究领域的热点。传统静电纺丝装置采用单个或多个针头作为喷丝头进行电纺，由于针头内径小，当溶液挥发时容易出现针头滴液、堵塞现象，导致电纺中断。捷克的“纳米蜘蛛”装置采用滚筒蘸取溶液的供液方式实现电纺供液。中国专利CN 101275298 A、CN 102181947 A和CN 102691115 A分别提出离心式供液，激振式供液和气泡式供液，实现对电纺装置的供液。这些装置虽然能够实现静电纺丝供液，但是并没有解决现有电纺装置中供液量不稳定、纤维直径范围大等问题。

发明内容

解决上述技术问题，本发明提供了一种旋转供液静电纺丝装置，采用旋转供液，克服传统电纺供液量不稳定、不匹配等缺点，实现溶液的电纺消耗速度与补充速度自动匹配，且纺丝射流无明显鞭动，可以进行远场直写制备微纳纤维。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种旋转供液静电纺丝装置，包括溶液槽、旋转台、探针、第一驱动装置和第二驱动装置、收集装置和高压电源，所述旋转台设置在溶液槽内底面，所述旋转台上设有中心通孔，所述探针底部穿过该中心通孔内，并且所述探针与溶液槽通过连接件连接，所述第一驱动装置用于驱动所述旋转台旋转，所述第二驱动装置用于驱动该探针旋转，所述收集装置设置于所述溶液槽及探针上方，所述高压电源与探针和收集装置电性连接。

进一步的，所述旋转台横截面为圆形，该圆形直径为1cm~5cm。所述旋转台由绝缘材料制作而成，该旋转台的上端面由表面粗糙度大的材料制作而成，旋转时能快速带动旋转台上方的纺丝溶液绕探针转动。

进一步的，所述探针由导电材料制作而成，所述探针为医用针灸针或钨探针，所述探针的直径为1μm~10mm，所述探针的长度为1cm~10cm。所述探针的侧面为光滑圆柱表面、螺旋状、麻花状或流线型圆柱表面。

进一步的，探针伸出溶液槽的长度可以调节。

进一步的，所述溶液槽由绝缘材料制成。

进一步的，所述第一驱动装置的输出转速为60rpm~2000rpm。

进一步的，所述收集装置为收集板、滚筒、平行电极或电极网，所述收集装置与纺丝溶液的间距为5mm~10cm。

进一步的，所述高压电源输出端与探针连接，收集装置接地。

本发明通过采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下优点：

1）本发明通过设置旋转台，在旋转台上设置探针，通过分别控制旋转台和探针的转动，利用韦森堡效应，采用直径较小的转动轴时有利实现轴向应力的集中，提高溶液传输的稳定性，提高供液速度；增加了轴向应力集中，对射流喷射产生有了更好的促进作用。探针周围的溶液会沿探针外表面上爬，实现自主供液，且溶液消耗速度与补充速度自动匹配；

2）本发明能够在不论在远场还是近场条件下电纺，可以延长射流稳定直线段的长度，避免了外界干扰，有利于保持射流喷射的稳定性，无明显射流鞭动现象；

3）本发明采用压电源输出端与探针连接、收集装置接地，能够有效降低启动电压，当高压电源输出端与探针连接、收集装置接地时，因为此时溶液受到沿轴向的应力拉伸，相当于在电场力上叠加了轴向应力，可降低射流喷射所需要的电场力，进而可大大降低射流喷射的启动电压；

4）本发明通过控制探针转速（或旋转台转速）、探针直径、探针表面形状，可以控制射流稳定直线段的长度、电纺纤维的直径，提高旋转速度、减小探针直径、减小探针表面粗糙度有助于增加轴向应力，提高供液速度和射流喷射的稳定性，根据静电纺丝的基本原理可知供液速度增加会提高射流直径；

5）本发明通过控制探针伸出液面长度、溶液浓度、纺丝间距、高压电源输出值、收集装置移动速度等电纺工艺参数，进一步控制电纺过程及纤维品质。

附图说明

图1是本发明的实施例1的整体结构示意图；

图2是本发明的实施例1的电纺过程示意图；

图3为本发明的实施例2的电纺过程示意图；

图4为本发明的实施例3的电纺过程示意图；