CN103614791A - 电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置 - Google Patents
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Abstract
一种电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置，其包括料桶、活塞、喷丝头、高压供电装置、接收板以及接地电源线，所述静电纺丝装置还包括设于喷丝头与接收板之间且正对喷丝头和接收板的导电线圈，所述接收板上设有两块平行放置的电磁铁。本发明带电聚合物溶液在足够大的磁场的作用下，收集到的纳米纤维的取向性会大大提高，同时又在聚合物射流过程中附加带正电的线圈，可以稳定射流，缩小了泰勒锥的幅度，进一步提高纳米纤维的有序度，本发明结构简单、操作方便、控制简单、工艺流程短。
Description
技术领域
本发明涉及静电纺丝装置，尤其涉及一种电磁场耦合法制备取向性纳米纤维的静电纺丝装置。
背景技术
静电纺丝技术是一种操作简便、适用范围广、生产效率相对较高的纺制纳米纤维的方法。传统的静电纺丝法就是利用电场力将聚合物溶液或熔体从毛细管口处抽出形成射流，经过摆动、蒸发、细发过程，最终得到纳米级无序的纤维。由静电纺丝技术制备的纳米纤维已经广泛的应用在光电子器件、传感器技术、催化、过滤以及医学等方面。
在很多情况下，控制纤维的有序排列对于纤维获得的预想的功能是很重要的，特别是在蛋白质的释放和生长中起着决定性的作用，并且射流在运动的过程中会受到气流的作用而发生大幅度的摆动，所以传统的静电纺制备的纳米纤维都是无序的，这就限制了其在某些重要领域中的应用。
因此，如何制备有序的纳米纤维来满足实际应用的要求成为一个关键点。针对上述技术问题，有必要提供一种具有改良结构的静电纺丝装置，以克服上述缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电磁场耦合法制备取向性纳米纤维的静电纺丝装置，用以解决静电纺丝过程中射流不稳定，收集纤维无序的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置，其包括料桶、设于料桶内且能在料桶内运动的活塞、设于料桶一端且与料桶连通的喷丝头、连接在喷丝头上的高压供电装置、对应喷丝头位置设置的接收板以及给接收板接地的接地电源线，所述静电纺丝装置还设有设于喷丝头与接收板之间且正对喷丝头和接收板的导电线圈，所述纺丝区域中在纤维的接收区域设有形成平行磁场的磁场发生装置。
优选的，在上述电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置中，所述磁场发生装置由两块相互平行放置的电磁铁形成。
优选的，在上述电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置中，所述两块电磁铁安装在接收板上。
优选的，在上述电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置中，所述两块电磁铁分别位于喷丝头的外侧，所述两块电磁铁之间形成所述纤维的接收区域。
优选的，在上述电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置中，所述静电纺丝装置设有用以调节两块电磁铁之间距离的位置调节装置。
优选的，在上述电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置中，所述静电纺丝装置设有用以调节两块电磁铁间的磁场强度的强度调节装置。
优选的，在上述电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置中，所述导电线圈由多个等间距排列的线圈组成，所述导电线圈与直流电源的正极相连接。
从上述技术方案可以看出，本发明带电聚合物溶液在足够大的磁场的作用下，收集到的纳米纤维的取向性会大大提高，同时又在聚合物射流过程中附加带正电的线圈，可以稳定射流，缩小了泰勒锥的幅度，进一步提高纳米纤维的有序度，本发明结构简单、操作方便、控制简单、工艺流程短。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置的示意图；
图2是本发明带电射流在磁场中的一个受力示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种能够制备有序纳米纤维的静电纺丝装置，该静电纺丝装置利用磁场耦合法制备有序的纳米纤维。
该电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置，其包括料桶、设于料桶内且能在料桶内运动的活塞、设于料桶一端且与料桶连通的喷丝头、连接在喷丝头上的高压供电装置、对应喷丝头位置设置的接收板以及给接收板接地的接地电源线，所述静电纺丝装置还设有设于喷丝头与接收板之间且正对喷丝头和接收板的导电线圈，所述纺丝区域中在纤维的接收区域设有形成平行磁场的磁场发生装置。
进一步的，所述磁场发生装置由两块相互平行放置的电磁铁形成。
进一步的，所述两块电磁铁安装在接收板上。
进一步的，所述两块电磁铁分别位于喷丝头的外侧，所述两块电磁铁之间形成所述纤维的接收区域。
进一步的，所述静电纺丝装置设有用以调节两块电磁铁之间距离的位置调节装置。
进一步的，所述静电纺丝装置设有用以调节两块电磁铁间的磁场强度的强度调节装置。
进一步的，所述导电线圈由多个等间距排列的线圈组成，所述导电线圈与直流电源的正极相连接。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置，其包括料桶1、设于料桶1内且能在料桶1内运动的活塞2、设于料桶1一端且与料桶1连通的喷丝头3、连接在喷丝头3上的高压供电装置5、对应喷丝头3位置设置的接收板8以及给接收板8接地的接地电源线9。所述静电纺丝装置还设有设于喷丝头3与接收板8之间且正对喷丝头3和接收板8的导电线圈4，所述纺丝区域中在纤维的接收区域设有形成平行磁场的磁场发生装置。所述磁场发生装置由两块相互平行放置的电磁铁7形成。本发明通过设置两块电磁铁7，使得带电聚合物溶液在足够大的磁场的作用下，收集到的纳米纤维的取向性大大提高，同时又通过设置导电线圈4，在聚合物射流过程中可以稳定射流，缩小了泰勒锥的幅度，进一步提高纳米纤维的有序度。整体看本发明结构简单、操作方便、控制简单、工艺流程短。
继续如图1所示，两块电磁铁7安装在接收板8上。两块电磁铁7分别位于喷丝头3的外侧，两块电磁铁7之间形成所述纤维的接收区域。
所述静电纺丝装置设有用以调节两个电磁铁7之间距离的位置调节装置以及用以调节两块电磁铁间的磁场强度的强度调节装置。如此设置，电磁铁间形成的磁场强度、放置距离可以方便的调节。
导电线圈4可以由多个等间距排列的线圈组成，导电线圈4与直流电源6的正极相连接。
本发明电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置的工作原理是：聚合物在料桶1内，通过灌注泵推动活塞2进入喷丝头3纺丝，高压供电装置5连接在喷丝头3上，直流电源6正极连接在导电线圈4上，电磁铁7放置在接收板8上，打开高压供电装置5的开关，在喷丝头3和接收板8之间形成了一个电场，使喷丝头出口处的聚合物溶液在高压的作用下形成连续射流，射流经过摆动、蒸发、细发过程，形成纤维，但受到带同种电荷导电线圈4的作用，摆动幅度会缩小，带电粒子在磁场的作用下产生洛伦兹力，相对稳定射流的聚合物溶液在洛伦兹力的作用下有序排列在接收板上。
如图2所示，在导电线圈4的作用下，导电线圈4和聚合物溶液带有同种电荷，由于同种电荷相互排斥，聚合物摆动程度会减小，即泰勒锥减小，进而提高了纳米纤维的有序度，接收板区域受到磁场的控制，在洛伦兹力的作用下，形成的纳米纤维更有序的排列在接收板上。
由上可知：
本发明聚合物溶液带有正电，在射流过程中附加了带正电的导电线圈4，利用同种电荷相斥的原理来稳定射流。收集装置上放置两块电磁铁7，两块电磁铁7可以方便的调节磁场的大小，同时两块电磁铁7之间会形成磁场，当磁场力达到足够大时，带电的聚合物溶液在洛伦兹力的作用下有序收集在接收板上。
本发明通过在附加导电线圈4通正电，所带电荷与喷丝头3带电荷极性相同，可通过直流电源6和高压供电装置5方便的调节。在洛伦兹力的作用下，带电射流有序排列在接收板8上。
本发明的有益效果是：本发明带电聚合物溶液在足够大的磁场的作用下，收集到的纳米纤维的取向性会大大提高，同时又在聚合物射流过程中附加带正电的线圈，可以稳定射流，缩小了泰勒锥的幅度，进一步提高纳米纤维的有序度，本发明结构简单、操作方便、控制简单、工艺流程短。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置，其包括料桶、设于料桶内且能在料桶内运动的活塞、设于料桶一端且与料桶连通的喷丝头、连接在喷丝头上的高压供电装置、对应喷丝头位置设置的接收板以及给接收板接地的接地电源线，其特征在于：所述静电纺丝装置还设有设于喷丝头与接收板之间且正对喷丝头和接收板的导电线圈，所述纺丝区域中在纤维的接收区域设有形成平行磁场的磁场发生装置。
2.根据权利要求1所述电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于：所述磁场发生装置由两块相互平行放置的电磁铁形成。
3.根据权利要求2所述电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于：所述两块电磁铁安装在接收板上。
4.根据权利要求2所述电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于：所述两块电磁铁分别位于喷丝头的外侧，所述两块电磁铁之间形成所述纤维的接收区域。
5.根据权利要求2所述电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于：所述静电纺丝装置设有用以调节两块电磁铁之间距离的位置调节装置。
6.根据权利要求2所述电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于：所述静电纺丝装置设有用以调节两块电磁铁间的磁场强度的强度调节装置。
7.根据权利要求1所述电磁场耦合法制备纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于：所述导电线圈由多个等间距排列的线圈组成，所述导电线圈与直流电源的正极相连接。
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