应用于静电纺丝的多方向旋转收丝器及其应用装置与方法与流程

本专利涉及静电纺丝及旋转收丝领域，具体涉及一种应用于静电纺丝的多方向旋转收丝器及其应用装置与方法。

背景技术：

纳米纤维是一种直径大约在1~100nm之间的超细纤维，它具有比表面积大、孔隙率高、长径比大、表面能和活性高、纤维精细程度和均一性高等特点，已经得到了人们广泛的关注，而静电纺丝是一项能制备纳米级或微米级纤维的技术，相比于其它的方法，此技术更加的方便、简单、灵活，而且可以适用于大部分的聚合物，其原理为：在喷头和接收器之间施加高压静电场，使被极化的聚合物流体在电场力的作用下克服表面张力，形成高速带电的细射流，细射流在静电场的作用下细化分裂后，经过溶剂挥发或者熔体冷却固化，在接收板上形成纳米纤维。

由于纺丝过程中细射流存在着一种不稳定的鞭动状态，而且在细射流细化分裂出纳米纤维的过程中，细化分裂成丝的方向是随机的，使得接收到的纳米纤维的取向各异。对于纳米纤维的一些应用需要纤维布有很好的取向度，比如使用纳米纤维做细胞培养支架时，排列比较好的纳米纤维体，能使细胞沿规律方向生长。

在公布号为CN104894660A的发明专利申请公开文本中提供了一种种动态平行滚筒电极静电纺丝设备及方法，所述设备包括 PLC 控制器、注射泵、喷丝头及接收器，所述 PLC 控制器控制注射泵及接收器，其中，所述注射泵用于向喷丝头供液，所述接收器设有至少一对平行滚筒电极，该平行滚筒电极接收器与注射泵协同工作，动态旋转接收纤维。该专利通过平行滚筒电极接收器中特殊的平行电极分布电场和旋转作用，更好地制备良好取向度的二维纳米纤维，但是这样收集得到的取向度高的纤维仅能在一个维度上保持良好的取向性，而单维度取向的纳米纤维束强度低，容易损坏，无法与传统纺织纤维材料（机织物、针织物等）有同等的广泛应用。

综合以往的静电纺丝技术，使用平板收丝器或者旋转收丝器在较低转速下收集得到的纳米纤维材料的围观结构杂乱无章，不具有任何方向上的结构性，机械强度较弱。而使用旋转收丝器在较高转速（旋转收丝器线速度高于静电纺丝射流速度）时，可以得到沿旋转方向上一个维度有序排列的纳米纤维材料，此时材料沿该方向上具有较强的机械强度，而已垂直于该方向上的机械强度还不如杂乱无章分布的纳米纤维材料，极易拉扯分离。同时，现有技术中有尝试过手动改变调节旋转收丝方向以试图得到多方向有序排列的纳米纤维结构，但是由于手动操作繁琐，耗时较长，层与层之间纺丝间隔较长，连接性极弱，十分容易分离。

技术实现要素：

为解决上述现有技术的缺陷，本专利提供一种应用于静电纺丝的多方向旋转收丝器，能够得到多维度并且取向度良好的纳米纤维材料，具有灵活性好及机械强度高的特点。

针对本专利来说，上述技术问题是这样加以解决的：一种应用于静电纺丝的多方向旋转收丝器，包括主体，所述主体为长方体，长方体两个对立面的中心设有通孔，此通孔用于安装旋转电机的旋转轴，两个对立面外的四个面的中心设有电控旋转台，旋转台上固定有静电纺丝接收板，与旋转电机旋转轴平行的四条棱上分别设的有电控可伸缩切割刀，切割刀沿此四条棱方向分布并与相邻的平行于旋转轴的平面成45°角。

本专利在实际应用中，利用转轴穿过通孔使收丝器转动，将纳米纤维缠绕在收丝器上；伸出切割刀将缠绕好的纳米纤维分为四部分，旋转台带动接收板旋转后继续转动收丝器收集纳米纤维，可按生产要求收集维度不一且取向度较好的纳米纤维，灵活性好，且纺得的多维度纳米纤维材料比单维度的纳米纤维材料结构复杂，机械强度高。

进一步地，所述长方体为正方体。

进一步地，所述接收板的长宽与其所在的长方体的面一致，且为正方形。

这一设计使得接收板面积较大，能够更好地收集纳米纤维，同时由于切割刀位于接收板两侧，接收板与切割刀越接近，切割后的纳米纤维材料位于接收板上的有效面积就越大，落在其他区域的废料就越少，减少浪费。

进一步地，相邻接收板之间不接触，留出空间用于切割刀对已接受材料进行切割。

一种包括多方向旋转收丝器的静电纺丝装置，包括底座、支撑架、两个固定座、电机、喷丝装置、多方向旋转收丝器和转轴，两个固定座相对固定在底座上，转轴与电机连接，穿过两个固定座及收丝器，将收丝器固定在两个固定座之间；所述支撑架固定在底座上，将喷丝装置固定在收丝器的正上方。

进一步地，所述喷丝装置包括储液装置及喷丝头。

一种使用多方向旋转收丝器进行静电纺丝的方法，包括如下步骤：

S1：使喷丝装置向多方向旋转收丝器喷出细射流；

S2：旋转收丝器，当收丝器接收板旋转的线速度大于喷出的射流速度时，能得到沿旋转方向有序排列的纳米纤维结构，并在四个面上连续分布；

S3：使收丝器停止旋转，同时喷丝装置停止工作，切割刀伸出将纳米纤维材料切断分离为四个独立的部分；

S4：利用旋转台带动接收板旋转，返回步骤S1。

进一步地，所述步骤S4中，旋转台带动接收板旋转90°。

通过两个垂直方向纺丝可以进一步增加材料的机械强度。

区别于现有技术，本专利的有益效果为：能够在不同的维度下收集纳米纤维，使得收集得到的纳米纤维材料沿多个方向都具有较强的机械强度，同时通过多层结构的层与层交替纺丝，可以进一步提升收集得到的纳米纤维材料的整体机械强度；收丝器主体始终绕一个方向旋转，取向度好。

附图说明

图1是本专利中一种多方向旋转收丝器的立体图。

图2是本专利中切割刀的示意图。

图3是本专利中旋转台的示意图。

图4是本专利一种静电纺丝装置的立体图。

图5和图6是本专利中一种静电纺丝方法中步骤S2的效果图。

图7至图9是本专利的纺丝效果图。

具体实施方式

如图1、2和3所示的一种多方向旋转收丝器，包括主体801，所述主体801为长方体，长方体两个对立面的中心设有通孔，与两个对立面相连的边805平行设有可向外伸缩的切割刀802，两个对立面外的四个面的中心设有旋转台803，旋转台803上固定有接收板804。

所述切割刀802与长方体上相邻的面的夹角呈45°。

所述接收板804的长宽与其所在的长方体的面一致。

所述长方体为正方体。

如图4所示的一种包括多方向旋转收丝器的静电纺丝装置，包括底座1、支撑架2、两个固定座5、电机7、喷丝装置、多方向旋转收丝器8和转轴6，两个固定座5相对固定在底座1上，转轴6与电机7连接，穿过两个固定座5及收丝器8，将收丝器8固定在两个固定座5之间；所述支撑架2固定在底座1上，将喷丝装置固定在收丝器8的正上方。

所述喷丝装置包括储液装置3及喷丝头4。

一种使用多方向旋转收丝器进行静电纺丝的方法，包括如下步骤：

S1：使喷丝装置向多方向旋转收丝器8喷出细射流；

S2：高速旋转收丝器8，当其接收板的线速度大于射流速度时，使细射流形成的纳米纤维沿旋转方向有序排列并在四个面上连续分布；

S3：使收丝器8停止旋转，使喷丝装置停止工作，伸出切割刀802将纳米纤维材料切断分离为四个独立的部分；

S4：利用旋转台803带动接收板804旋转，返回步骤S1。

所述步骤S4中，旋转台803带动接收板804旋转90°。

如图5所示，当上述方法第一次进行时，在步骤S2中接收板804上的纳米纤维沿旋转方向有序排列并在四个面上连续分布。

如图6所示，在步骤S2第二次进行时，由于旋转台803带动接收板804旋转了90°，在步骤S2中可以得到四个正方形沿两个垂直方向有序排列的静电纺丝材料。

在上述方法的循环过程中，不断更换接收板804方向，可以得到多层有序交错排列的纳米纤维材料，还可以通过控制步骤S2至步骤S3中旋转收丝器8的时间来控制每一层同取向的纳米纤维材料的厚度，控制收丝器8的转速以控制纳米纤维的粗细，控制上述方法循环的次数来控制纳米材料不同取向的层数以及每一层上的纳米纤维具体参数，诸如纳米纤维直径以及层厚等。

如图7、8和9所示，应用静电纺丝装置及方法纺得的多方向有序排列纤维结构具有取向度较高，维度多的特点。