专利名称：一种制备纳米纤维静电纺丝装置的制作方法静电纺丝是近十几年来被广泛研究开发和使用的制备准一维纳 米纤维的一种新技术，具有操作工艺简单以及较广泛的适用性等特 点。纤维的直径分布范围可从几个微米到最小几个纳米之间变化。在制备过程中，聚合物复合溶液被装入纺丝容器内，在5—30千伏高压 静电场作用下，聚合物液体从喷丝嘴喷射出去，形成很细的射流。由 于强电场的拉伸作用以及射流内部电荷的排斥作用，射流被细化(越 拉越细)或发生劈裂，最终形成纳米纤维并沉积在收集装置上。到目 前为止，研究人员已经成功的将成百上千种材料——例如工程聚合 物、医用生物材料、陶瓷、碳等有机、无机、生物材料的纳米纤维用 静电纺丝技术制备出来。静电纺丝制备的纳米纤维在复合材料增强 体、微/纳电子器件、纳米传感器、过滤与分离、生物医学、防护服 等诸多领域具有广泛的潜在的应用。目前，采用通常方法一静止的金 属板或导体收集的无纺布状的纳米纤维，其微观结构是无序排列的， 这限制了电纺纤维在某些方面的应用，例如光学偏振器件("基于定向纤维的散射型偏振片及其制备方法"，中国专利申请号200810018826.5;近年来，很多科研人员致力于用静电纺丝技术制备 有序排列结构的纳米纤维；狭缝收集、辅助外电场或磁场收集、框架 收集等不同方法和技术被陆续提出和报道，其中采用旋转圆筒(滚筒) 收集是比较普遍的一种方式。例如，中国专利申请的"静电纺丝装置"(申请号200720067712.0 )和"静电纺丝仪"(申请号 200610125960.6)都采用了圆筒收集。据检索，目前对静电纺丝法制3备螺旋缠绕结构纳米纤维的技术报道尚未见成熟之例。 发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺点，寻求设计提 供一种用收集方式制备有序排列结构的纳米纤维的设备装置，其中旋 转圆锥收集还可以制备螺旋缠绕结构的纳米纤维，其收集器将旋转圆 锥、圆盘、圆筒等多种收集器方式进行了集成互换，为实际操作中任 选收集器形式提供了可能。为了实现上述目的，本实用新型提出的制备螺旋结构及有序排列 结构纳米纤维的静电纺丝装置，其主体结构包括旋转圆锥或圆盘或圆 筒收集器、单喷头或多喷头针管、可上下左右调动的电机、金属螺纹 旋转轴、高压静电发生器和可调式电机座，可上下左右调动的电机固 定连接在可调式电机座的顶端，电机座在上下、左右方向制成伸縮式 结构，实现三维空间可调，电机动力输出端制有金属螺纹旋转轴，其 旋转轴外端部上的螺纹与收集器配合固定对应连接，收集器端口对向 针管并收集由针管喷出的丝线，针管上的喷头与高压静电发生器的正 极端电连通，高压静电发生器的负极端与电机上的输出轴电连通；针 管可拆卸式安装，便于不同数量喷头针管的更换；收集器结构为轻质 圆锥式或圆盘式或圆筒式，其中心轴线上制有螺母纹与电机输出轴啮 合对接，便于调整和更换不同结构的收集器；替代圆锥收集器采用旋 转圆筒收集器可以制备比较均匀、有序排列程度较高的纳米纤维膜， 通过调节电机旋转速度或圆筒的直径，还可以调节纤维有序、无序排 列的程度；替代圆锥收集器采用旋转圆盘收集器是利用相同角速度下 半径越大线速度越大的原理，在一个圆盘上可以同时制备不同微观结 构的纳米纤维膜，即靠近旋转轴或圆心的部位收集的纳米纤维有序排 列程度很低，远离旋转轴的部位收集的纤维有序排列程度较高；旋转 圆锥收集器，通过锥尖锥面对纺丝纤维的旋转拉伸作用，可以同时制 备具有螺旋缠绕结构及有序排列结构的纳米纤维；本实用新型将圆 锥、圆盘或圆筒三种不同的收集方式集成起来，可以根据实际需要进 行选择、更换，方便实用。本实用新型与现有技术相比具有以下特点和优点(1)提出的旋 转圆锥收集可以制备螺旋缠绕结构和有序排列结构的纳米纤维；(2) 提出的旋转圆盘收集可以制备圆心部位是无序排列、边缘部位是有序 排列结构的纳米纤维膜；(3)装置结构简单，功能较多，集成旋转圆
锥、圆盘和圆筒等收集方式，可以按需要制备不同微观形貌和结构的 纳米纤维。



图1为本实用新型的旋转圆锥收集器纳米纤维静电纺丝装置的 结构原理示意图。

以下结合附图并通过实施例作进一步说明。
本实施例的主体结构包括圆锥或圆盘或圆筒收集器4、单喷头或 多喷头针管2、可上下左右调动的电机3、金属螺纹旋转轴5、高压 静电发生器1和可调式电机座6，可上下左右调动的电机固定连接在 可调式电机座的顶端，电机座在上下、左右方向制成伸縮式结构，实 现三维空间可调，电机动力输出端制有金属螺纹旋转轴，其旋转轴外 端部上的螺纹与收集器配合固定对应连接，收集器端口对向针管并收 集由针管喷出的丝线，针管上的喷头与高压静电发生器的正极端电连 通，高压静电发生器的负极端与电机上的输出轴电连通；针管可拆卸 式安装，便于不同数量喷头针管的更换；收集器结构为轻质圆锥式或 圆盘式或圆筒式，其中心轴线上制有螺母纹与电机输出轴啮合对接， 便于调整和更换不同结构的收集器。
本实施例选用的直流高压电源在0 30千伏范围内连续可调，高 压电源的正极与针管2的金属喷头相连，负极与电机3的旋转轴5相 连并接地；带金属喷头的针管2可采用普通的一次性使用注射器代 替，也可用微量注射泵控制流速，其喷头为一个或多个，使用多喷头 针管时可以加快纺丝速度；金属喷头的内径一般为0. 5 1. 2毫米； 电机3的转速在0 2000转/分种范围内可调，电机3的支撑可调式 机座6可以上下、左右调动并固定，便于以不同的方式和方位收集纳米纤维；电机3的动力输出端带有一根较长的金属旋转轴，其前段制 有螺纹和螺母，便于更换、安装和固定金属圆盘、圆锥和圆筒三种不 同的收集器；当针管中注满纺丝液时，在自身重力作用下，可自然充 满喷头形成泰勒锥，通电后，在电场力作用下，纺丝液从喷头中被拉 出，形成高速喷射细流，射流在达到收集器4之前发生拉伸细化或劈 裂，形成微纳米纤维，并散落在收集器上，断开电源，卸下收集器4， 取下纺丝膜；在收集纳米纤维的过程中，如果收集器4是静止或移动 速度很低，收集到的纳米纤维基本上是无序排列的无纺布，如果收集 器4在高速转动或移动，纳米纤维可能会相互缠绕起来或有序排列起 来，从而收集到特殊结构形貌的纺丝产物。 实施例1:
采用本实施例装置，先将硝酸铁0. 1克用无水乙醇5毫升完全溶 解，然后再加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 4克、无水乙醇10毫升，用 磁力搅拌器搅拌2个小时，静置半小时后加入到单喷头针管2中，采 用旋转圆锥式收集器4 (圆锥顶角为30度，圆锥旋转速度为800转/ 分钟)，喷头与圆锥尖的距离为15厘米，所加直流高电压为18千伏； 实施过程中先给电机3通电，让圆锥收集器4旋转起来，然后迅速将 高压电源加到18千伏，很快会看到圆锥尖部有束状纤维随圆锥一起 旋转，10分钟后，断开高压电源和电机3的电源，取下圆锥尖部的 束状纤维用扫描电镜观察，会看到螺旋缠绕结构和有序排列结构的纳 米纤维。
实施例2:
采用本实施例装置，将聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 4克、无水乙醇 15毫升称量配制好放在一个烧杯中用磁力搅拌器搅拌2个小时，静 置半小时后加入到单喷头针管2中，采用旋转圆盘式收集器4 (圆盘 直径为12厘米，圆盘旋转速度为800转/分钟)，喷头与圆盘中心的 距离为15厘米，所加直流高电压为1S千伏；实施过程中先给电机3 通电，让圆盘式收集器4旋转起来，然后迅速将高压电源加到18千 伏，20分钟后，断开高压电源和电机3的电源，取下圆盘上的一层
6纤维膜，用扫描电镜观察，会看到圆盘中心部位收集到的纤维是无序 排列结构，远离圆盘中心的圆盘边部位收集到的纳米纤维是部分有序 排列结构。