一种具有三维电场控制的静电纺丝装置的制作方法

本实用新型属于静电纺丝装置技术领域，尤其涉及一种具有三维电场控制的静电纺丝装置。

背景技术：

纳米纤维具有纳米级的孔径，通过纳米纤维自身的机械阻拦能够有效过滤污染物，在社会生活中具有广泛的应用。其中，静电纺丝作为一种生产纳米纤维稳定且成熟的技术，正日益得到关注。通常，静电纺丝技术纺出的纳米纤维具有杂乱的排布，这就使得在某些位置的纳米纤维的孔径较小，其他位置的孔径则较大，而孔径大的部分，则会使得材料的透过率增加，减小了材料的阻拦效率。

上述现象发生的原因是：通常的静电纺丝只存在垂直方向的电场，控制着纺丝的垂直方向的运动，保证电极丝能够到达纺丝板。在水平方向上，电极丝处于自由状态，因而水平方向上的纺丝不能向某个方向特定运动，纺丝到达纺丝板后呈现出杂乱的排列而不能形成均匀的孔径。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术的不足，本实用新型提供一种具有三维电场辅助的静电纺丝装置，可以获得3个不同方向的合成电场方向，进而达到控制纳米纤维丝排列方向的效果。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种具有三维电场控制的静电纺丝装置，包括x方向、y方向和z方向的电场组件，所述电场组件包括正高压端和负高压端，所述正高压端为一活动的金属板，与正高压电源连接，所述负高压端为一金属板或者电极丝，与负高压电源连接；所述x方向、y方向和z方向的电场组件构成3维立体空间的电场。

进一步的，所述z方向电场组件包括a金属板和b电极丝；所述a金属板活动地设置在设置所述静电纺丝装置的顶端，且与a正高压电源连接；所述b电极丝固定在所述静电纺丝装置的底部位置，与b负高压电源连接。

进一步的，所述a正高压电源采用正高压10-150kv(+)，b负高压电源采用负高压10-150kv(-)，所述a金属板和b电极丝之间的距离为10-150cm。

进一步的，所述x方向电场组件包括c金属板和d金属板；所述c金属板可活动地竖直设置在所述静电纺丝装置的前端，且与c正高压电源连接；所述d金属板竖直固定或可活动的设置在静电纺丝装置的后侧，与d负高压电源连接。

进一步的，所述c正高压电源采用正高压1-50kv(+)，d负高压电源采用负高压1-50kv(-)，所述c金属板和d金属板之间的距离为10-300cm。

进一步的，所述y方向电场组件包括e金属板和f金属板；所述e金属板可活动地竖直设置在所述静电纺丝装置的右端，且与e正高压电源连接；f金属板竖直固定或可活动地设置在所述静电纺丝装置的左端，与f负高压电源连接。

进一步的，所述e正高压电源采用正高压1-50kv(+)，f负高压电源采用负高压1-50kv(-)，所述e金属板和f金属板之间的距离为10-300cm。

本实用新型有益效果：

本实用新型提供一种具有三维电场控制的静电纺丝装置，可以获得3个不同的合成电场方向，进而达到控制纳米纤维丝排列方向的有效控制，使得纳米纤维的孔径能够均匀地分布，从而避免了杂乱分布带来的孔径不均一等问题，进一步提升过滤效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的z方向电场组件的结构示意图；

图3为本实用新型的x方向电场组件和y方向电场组件的结构示意图；

其中：

1、z方向电场组件；1-1、a金属板；1-2、a调节支架；1-3、a正高压电源；1-4、b电极丝；1-5、b负高压电源；

2、x方向电场组件；2-1、c金属板；2-2、c调节支架；2-3、c正高压电源；2-4、d金属板；2-5、d负高压电源；

3、y方向电场组件；3-1、e金属板；3-2、e调节支架；3-3、e正高压电源；3-4、f金属板；3-5、f负高压电源。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的优选的机构和运动实现的方法做进一步的说明。

如图1所示，一种具有三维电场控制的静电纺丝装置，包括x方向电场组件2、y方向电场组件3以及z方向电场组件1，这里的y方向即为长度方向，x方向即为宽度方向，z方向即为高度方向，因此x方向电场组件2、y方向电场组件3以及z方向电场组件1共同组成了三维立体空间的电场。

如图2所示，为z方向电场组件1的结构示意图。

z方向电场组件1包括顶端的a金属板1-1和底端的b电极丝1-4；其中，a金属板1-1设置静电纺丝装置的顶端，与a调节支架1-2连接，且与a正高压电源1-3连接；b电极丝1-4固定在静电纺丝装置的底部位置，与b负高压电源1-5连接。

当a正高压电源1-3和b负高压电源1-5同时开启时，顶端的金属板和底端的b电极丝1-4之间会形成强电场，会让b电极丝1-4上的前驱体液滴形成带电的泰勒锥，并能够克服液体表面张力，而形成喷射细流并到达纺丝板被接收。

如图3所示，为x方向电场组件2、y方向电场组件3的结构示意图。

x方向电场组件2包括前侧的c金属板2-1和后侧的d金属板2-4；其中，c金属板2-1竖直设置在静电纺丝装置的前端，由c调节支架2-2调节其前后距离，且与c正高压电源2-3连接；d金属板2-4竖直固定在静电纺丝装置的后侧位置，与b负高压电源1-5连接。当然d金属板2-4也可以设计成活动式的，安装同样的调节支架，调节距离。

y方向电场组件3包括左端的f金属板3-4和右端的e金属板3-1；其中，e金属板3-1竖直设置在静电纺丝装置的右端，由e调节支架3-2调节其左右的距离，且与e正高压电源3-3连接；f金属板3-4竖直固定在静电纺丝装置的左端位置，与f负高压电源3-5连接。和d金属板2-4相同的是，左端的f金属板3-4也可以设计成活动式的，安装同样的调节支架，调节距离。

z方向电场组件1的a正高压电源1-3和b负高压电源1-5宜采用10-150kv(±)，a金属板1-1和b电极丝1-4之间的距离以10-150cm为宜；而x方向电场组件2的c正高压电源2-3和d负高压电源2-5、y方向电场组件3的e正高压电源3-3和f负高压电源3-5均宜采用1-50kv(±)的电压，c金属板2-1和d金属板2-4之间的距离、e金属板3-1和f金属板3-4之间的距离均宜采用10-300cm。

a调节支架1-2、c调节支架2-2、以及e调节支架3-2均可采用现有的技术进行伸缩调节，只要能够使相应的金属板能够前后或者上下移动即可。

三个方向的两电源接通后，z方向的a金属板1-1和b电极丝1-4之间、x方向的c金属板2-1和d金属板2-4、以及y方向的e金属板3-1和f金属板3-4之间均形成一个电场。该电场强度的大小可以通过两种方式调节，一是通过调节电源电压的大小调节电场强度，二通过调节调节支架的长度来调节电场强度。

该具有三维电场控制的静电纺丝装置，如果只设置垂直的z方向电场，喷射细流也只在z轴方向上有运动，而由于缺乏x方向和y方向的电场，带电的喷射细流不受作用力，因而是随机的排列，由此使得形成的纳米纤维的孔径大小是随机分布。

而在z方向电场的基础上增加x、y两方向上的电场，通过选择合适的x方向和y方向的电场强度，可以获得不同的合成电场方向，进而达到控制纳米纤维丝排列方向的效果。

最后应说明的是：以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。