一种定向纤维膜的制备装置的制作方法

本实用新型涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种定向纤维膜的制备装置。

背景技术：

静电纺是一种制备有机和无机聚合物纳米纤维的有效手段，可以制备直径从微米级到纳米级的复合超细连续纤维。近十多年以来，利用静电纺丝技术制备导电聚合物纳米纤维受到研究人员的持续关注，并得到成功应用。

静电纺丝射流过程为无序螺旋过程，纳米纤维的运动轨迹和下落位置是无法控制的，因此传统的静电纺丝制备的纳米纤维一般呈无序的聚集状态，而且大部分纳米纤维也仅以无纺布的形式应用在过滤，组织脚手架，植入组织薄膜和伤口涂剂等方面。然而，一些实际应用却需要材料为定向排列，因此就需要制备出微结构在某一方向上连续且有序排列的纳米纤维材料。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种定向纤维膜的制备装置。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种定向纤维膜的制备装置，包括喷丝机构、接收装置和静电发生器；

喷丝机构，用于喷出纤维束；

静电发生器输出端的正极与喷丝机构连接，静电发生器输出端的负极与接收装置连接；

所述接收装置包括可转动接收纤维的转轮,设置于转轮上的电极板,以及用于带动转轮转动的驱动装置。

进一步的，所述驱动装置包括驱动电机以及设置于转轮中心的传动转轴，所述传动转轴的两端设于支架上,所述驱动电机的输出轴通过传动机构驱动传动转轴转动。

进一步的，所述传动转轴相对位于转轮的两侧设置第一定位环，所述第一定位环紧贴转轮并通过固定装置固定于传动转轴上。

进一步的，所述传动转轴相对位于支架远离转轮的一侧设置第二定位环，所述第二定位环紧贴支架并通过固定装置固定于传动转轴上，所述第一定位环或第二定位环与静电发生器的负极电连接。

进一步的，所述固定装置包括一个或多个定位孔，所述定位孔内设有内螺纹。

进一步的，传动机构包括第三定位环，所述第三定位环通过传动带与驱动电机的输出轴连接。

进一步的，还包括纺丝木箱，所述纺丝木箱顶端开设有通孔。

进一步的，所述喷丝机构设于纺丝木箱的顶端，所述喷丝机构包括注射器、注射推进器；

所述注射器固定在壳体的底端，所述注射器及金属针头伸出壳体并通过通孔伸入到纺丝木箱内；

所述注射推进器包括壳体和设于壳体内的推进机构，所述推进机构用于推动注射器推柄移动，推进机构(现有技术)可以是电推杆、气缸、液压缸等。

进一步的，所述接收装置设于纺丝木箱内，所述金属针头与转轮最顶端的距离为3-5cm。

进一步的，所述纺丝木箱内设置升降装置，所述升降装置的顶端设置支撑板，所述接收装置设于支撑板上。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型结构简单，操作方便，能够得到高度定向的纤维膜，且纤维膜的重现性好。

2、本实用新型定向排列的纤维膜从接收装置取下之后即可用作导电纤维膜，无需转移，减少了对定向纤维的破坏。

3、本实用新型高度定向的纤维膜导电率更高，可直接应用于燃料电池，制得的电池工作效率更高。

附图说明

图1是本实用新型定向纤维膜的制备装置结构示意图；

图2是实施例1转轮及支架的结构示意图；

图3是本实用新型第一定位环的结构示意图；

图4是所得到的定向排列的纳米纤维膜；

图5是本实用新型所得到的定向排列的纳米纤维的光镜图；

图6是本实用新型所得到的定向纳米纤维局部扫描电镜图。

附图中标记为：1.减速箱、2.驱动电机、3.传动带、4.转轮、5.支架、6.电极板、7.静电发生器、8.推进机构、9.注射器、10.金属针头、11.第三定位环、12.支撑板、13.升降装置、14.纺丝木箱、15.第一定位环、16.第二定位环、17.传动转轴；18、定位孔。

具体实施方式

为了更好的了解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例、说明书附图对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

本实施例提供了一种定向纤维膜的制备装置，包括喷丝机构、接收装置、静电发生器7和纺丝木箱14，所述纺丝木箱14顶端开设有通孔。所述喷丝机构设于纺丝木箱14的顶端，所述喷丝机构包括注射器9、注射推进器；所述注射推进器包括壳体和设于壳体内的推进机构8，所述注射器9固定在壳体的底端，所述注射器9及金属针头10伸出壳体并通过通孔伸入到纺丝木箱14内，用于喷出纤维束；所述推进机构8为电推杆，用于推动注射器9推柄移动，使金属针头10喷出纤维束。所述接收装置设于纺丝木箱14内，所述金属针头10与转轮4最顶端(即转轮4靠近金属针头10的弧顶)的距离为3-5cm。所述纺丝木箱14内设置升降装置13，所述升降装置13的顶端设置支撑板12，所述接收装置设于支撑板12上，支撑板12为亚克力板，减速箱1、驱动电机2、转轮4及支架5固定在亚克力板(支撑板12)上。

静电发生器7输出端的正极与喷丝机构连接，静电发生器7输出端的负极与接收装置连接；所述接收装置包括可转动接收纤维的转轮4,设置于转轮4上的电极板6,以及用于带动转轮4转动的驱动装置，如图2所述，电极板6设置在转轮4的表面(用胶水黏住)，所述驱动装置包括驱动电机2以及设置于转轮4中心的传动转轴17，所述传动转轴17的两端设于支架5上,所述驱动电机2的输出轴通过传动机构驱动传动转轴17转动，传动机构包括第三定位环11，所述第三定位环11通过传动带3与驱动电机2的输出轴连接。驱动电机2的输出轴及第三定位环11通过传动带3连接，通过传动转轴17带动转轮4转动。驱动电机2和减速箱1直接连接在一起，接入220V家庭电路中。通过调节减速箱1控制驱动电机2的转速在0-4200r/min。亚克力板固定在可调节高度的升降装置13上，通过升降装置13可控制转轮4到金属针头1010的距离，金属针头10优选21号针头。所述21号针头与转轮4最顶端的距离为3-5cm，即21号针头与转轮4之间的接收距离3-5cm。本实用新型使用全氟磺酸溶液作为静电纺丝溶液，全氟磺酸溶液在静电纺丝过程，喷丝机构喷出纤维束为直线射流状。

所述传动转轴17相对位于转轮4的两侧设置第一定位环15，所述第一定位环15紧贴转轮4并通过固定装置固定于传动转轴17上，所述传动转轴17相对位于支架5远离转轮4的一侧设置第二定位环16，所述第二定位环16紧贴支架5并通过固定装置固定于传动转轴17上，所述第一定位环15或第二定位环16与静电发生器7的负极电连接。第一定位环、第二定位环、第三定位环军包括环体，所述固定装置包括径向分布于环体的一个或多个定位孔，所述定位孔内设有内螺纹，本实施例中，固定装置包括径向分布于环体的两个定位孔，两个小孔间距1/4圆，即呈现90°，定位孔设有内螺纹，通过设有螺纹的固定螺钉可以很好的将定位环锁定在金属转轴上

使用方法：

首先，带电小液滴从21号针头挤出后，形成泰勒锥，然后在高压电场被拉伸成纳米纤维束。全氟磺酸具有较高的导电率，纳米纤维受到较大的向下的电场力，呈现出纤维束。纤维束落下的过程中，接触到转轮4时，由于静电吸引作用，纤维吸附在负极电极板6表面。

给转轮4一个较高的转速，纤维束接触到转轮4后，瞬间被吸附到转轮4表面，随着转轮4的高速旋转，后续落下来的纤维束一圈一圈缠绕在转轮4的表面，呈现出高度取向的趋势，得到高度定向的纤维膜，结构简单，操作方便。

当转轮4上附着有纤维束的部分达到一定厚度时，该部分对后续落下的纤维静电吸引作用较弱，后续落下来的纤维便会自发的落向转轮4表面没有纤维的部分，因此转轮4作为承接装置纤维膜的重现性好，能够快速的制备出高定向的具有一定厚度的纳米纤维膜。

定向纤维膜的制备方法：

调节喷丝机构的纤维束喷出速度为0.5-1ml/h，静电发生器7的电压为16-23kV，金属针头10与转轮4之间的接收距离为3-5cm，控制纺丝木箱14内的温度为22-28℃、湿度为19-35％。

喷丝机构用于喷出纤维束，使用转轮4接收，得定向排列的纤维膜；然后依次经过退火，酸处理、去离子水清洗、烘干，即得到高度有序的纳米纤维膜。所得到的定向纤维膜实物图如图3所示，定向纤维微观下排列的照片如图4所示，定向纳米纤维膜的扫描电镜图如图5所示。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能。