[发明专利]一种制备厚层取向纳米纤维的方法及装置

说明书

本发明属于静电纺丝领域，公开了一种制备厚层取向纳米纤维的方法及装置。目前有多种静电纺丝方法和装置可制备取向纤维，但仍没有一种可以实现制备厚层取向纤维的方法和装置。本发明针对以上问题，提供一种厚层取向纳米纤维的制备方法和装置。装置包括：电压输出装置、供液装置、静电纺丝接收装置和支架。具体方法为使用上述装置采用静电纺丝设备进行厚层取向纤维制备。本发明的原理是利用接收装置的电势差和静电纺丝纤维的运动特性使纤维取向排列并堆积成具有一定厚度的纤维膜。本发明所包含的本发明的厚层取向纤维，可选择的原料种类繁多，工艺简单，可大规模制备，因此在取向器件等领域具有非常好的应用前景。

技术领域

本发明属于静电纺丝领域，具体涉及一种制备厚层取向纳米纤维的方法及装置。

背景技术

静电纺丝技术作为一种制备连续纳米纤维的方法，具有加工工艺简单、原料来源广泛、所制备纤维产品尺寸小、孔隙率高、表面积大等特点，因此近年来受到广泛关注和研究，所制备纤维产品可以应用于多种方面如组织工程、伤口敷料、药物释放、过滤材料等。

静电纺丝制备纤维，是通过在喷头和接收装置间施加高压静电场，使喷出的聚合物溶液或熔体带有密集电荷并在电场力和液体表面张力的共同作用下形成泰勒锥，随电压升高，电场力大于表面张力，带电液流就会以一束微喷射流的形式从喷丝口喷射而出，向负极(收集装置)加速飞行将此阶段称为“直线段”。在飞向收集基板的同时伴随着溶剂的挥发，射流里的电荷密度不断增加并且同一个射流的电荷分布也不均勾，因而射流开始变得不稳定，在高压电场的作用下发生剧烈地抖动，此阶段称为“鞭动段”。在空中运动过程中溶剂挥发或熔体固化，纤维落在在接收器上形成超细固态纤维。

制备取向纤维是静电纺丝纤维实际应用的需要。静电纺丝的射流存在复杂的鞭动运动，因此制备的纤维多为无规产物。目前已有一些静电纺丝制备取向纤维的方法，如：各类高速旋转体通过牵引力使纤维取向，平行的棒或板可以使得带有电荷的纤维沿垂直于棍或板的方向平行排列得到取向纤维，附加磁场通过磁场力的作用制备取向。

高速旋转的收集器是获得取向纤维的常用方法，然而由于大部分纤维原料都不具有良好的导电性，导致纤维覆盖满收集器的表面后，收集器接地或异种电荷消失，纤维取向能力变差，从而无法获得厚层的取向纤维。为获得取向纤维，除采用旋转体作为收集器外，制备取向纤维的有效方法还有以下几种：Liu等研究了磁场辅助制备取向纤维的方法(LiuY,Zhang X,Xia Y,et al.Advanced material,2010,22:2454-2457)；Li等研究了利用平行接收电极获得取向纤维(Li D,Wang Y,Xia Y.N ano Letters,2003,3(8):1167-1171)；一些研究人员也成功利用近场纺丝技术获得取向纤维(Sun D,Chang C,Li S,Lin L,NanoLetters,2006,6(4):839-842)。虽然上述方法可以在原有静电纺丝装置的基础上，通过附加额外的装置实现取向。但是这些方法，当纤维在收集装置上逐渐堆积之后，由于纤维材料大多为绝缘材料或导电能力较差的材料，堆积到一定程度就会导致纤维之间静电力过弱或无静电力牵引而无规堆积，或是纤维之间的静电力产生排斥导致纤维浮起(即产生蓬松纤维)。综上现有静电纺丝收集装置对于制备较厚的取向纤维膜仍有较大的局限。

发明内容

针对现有技术无法高效制备厚层取向静电纺丝纤维的缺点，本发明的目的在于提供一种制备厚层取向纳米纤维的方法及装置。

一种制备厚层取向纳米纤维的装置，包括：电压输出装置、供液装置、静电纺丝接收装置和支架。

所述的电压输出装置提供静电纺丝所需静电场或接地。

所述的供液装置为静电纺丝供给纺丝溶液。

所述的支架支撑接收装置并使接受装置接地，支架控制接收装置使接收装置在纤维的鞭动段范围内进行收集。