[发明专利]用于生产微米纤维和纳米纤维的二维或三维纤维材料的设备无效

专利信息
申请号: 201180008499.5 申请日: 2011-02-03
公开(公告)号: CN102753738A 公开(公告)日: 2012-10-24
发明(设计)人: 马莱克·博克尔尼;瓦迪米尔·韦莱布尼 申请(专利权)人: 康迪普罗生物技术公司
主分类号: D01D5/00 分类号: D01D5/00;D01D7/00
代理公司: 北京英赛嘉华知识产权代理有限责任公司 11204 代理人: 余朦;姚志远
地址: 捷克多尔*** 国省代码: 捷克;CZ
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摘要:
搜索关键词: 用于 生产 微米 纤维 纳米 二维 三维 材料 设备
【说明书】:

技术领域

本发明涉及用于生产微米纤维和纳米纤维的二维和三维纤维材料的设备,该设备包括一组拉丝喷嘴、第一组电极和收集板,该组拉丝喷嘴附接于第一电势,该第一组电极面对该组拉丝喷嘴,并排列为具有规则的相互间距且附接于第二电势,该收集板用于收集处于多个相邻电极间的微米纤维或纳米纤维。

背景技术

依据很高强度的静电场原理运行的、用于生产微米纤维和纳米纤维的、迄今为止已知的设备通常利用板收集电极,很高强度的静电场的效果使熔融的聚合物或聚合物溶液形成为纤维结构。第一种聚合物拉丝方法已早在二十世纪初被专利保护--US0705671(1900),US0692631(1902),US2048651(1934)[1]。沉积在板式电极上的各纤维随机放置,即它们并不以任何优选的方向放置。这是由于移动的聚合物喷射流不稳定的状态造成的,其轨迹在入射到收集电极上之前非常复杂且在空间上是无序的。

如果生产的材料包括规则排列的微米纤维或纳米纤维,则该材料还可广阔地应用于众多新的现代领域和分支。它们的未来潜力在于它们的形态特征以及由形态特征导致的机械、生理、生物、物理、光学和化学特征(即,尤其要归功于其内部规则性定向的结构)的实质改进。

一些公开文件涉及了以此种方式沉积的纤维的排列原则。两种基本方法已为人知。第一种方法应用了将以高转速旋转的纤维卷绕至柱体、条棒或碟片上的机械原理。本发明还涉及的第二种原理利用静态收集器,静态收集器分成两个或多个传导部分,各部分由一定尺寸的非传导空隙相互隔开。收集器使起作用的静电场的电力线成形。聚合物喷射流的轨迹由静电场力确定,并且落在收集器上的纤维在被分割的收集器的非传导区内以优选的方向相互平行地沉积。收集器的传导区与非传导区的结构限定了起作用的静电力,影响到现有的聚合物喷射流的随机飞行,因此,控制了其移动。纤维有序的沉积至收集器上的机制可由系统的实验研究或物理模型的数值仿真推断出。原理上讲,这些方法成功地操作。在2003-2005年,Dan Li等人在专业杂志上发表了上述讨论的原理[2-4]。

使用类似的设备生产平面(2D)材料或立体(3D)材料在很大程度上受到限制,且生产具有规则结构的更大的2D材料与更厚的3D材料是不可能的。因此,生产仅限制于制造单个定向的纤维。有序的微米或纳米纤维沉积在被分割的收集器的非传导区上,在非传导去,它们形成精细的规则层。被分割的收集器包括通常为金属的传导连接器,该连接器被具有高电阻率(大于1016Ω.cm)的非传导背板隔开。沉积在这种收集器上的纤维与其机械连接,从而使其任何更进一步的独立实际使用受限。在被分割的收集器上定位下衬底或者在发射器与收集器之间定位下衬底导致结构化的静电场力的减弱,其效果参与形成了纤维定向。为使用此种方法生产的材料,需先从收集器获取产生的层,然后将产生的层转移。

Rouhollaha Jalili等人[5]描述了用于将若干定向的纤维积攒成共同束的简单的收集器。其结果并非平面结构,而仅仅是成束的纤维。这种纤维样品被单独准备,以用于对束特征的后续X射线分析和机械分析。对若干纤维束的实际应用未在[5]中提及,且由于所达到的尺寸(长30mm,直径约0.08mm),可以认为它的意义并不重大。

专利申请US2005-0104258A1和PPVCZ2007-0727A3讨论了产生单种电荷的收集电极结构,但这些专利申请未涉及纤维的任何有序形成与定向。分割的收集器是美国专利US4689186的一部分,但是该收集器用用不同的目的且没有直接参与任何定向纤维的形成。专利申请EP2045375A1描述了利用在电学上分割的柱形收集器生产包括具有规则结构的微米或纳米纤维的2D或3D材料的设备,在收集器旋转期间,定向纤维被收集。通过所描述的解决方案,生产具有受限尺寸的材料是可能的,受限尺寸部分由旋转收集器的直径所限制。而且,实现用于生产此种具有更大面积(即,建议的解决方案的多次重复)类型的材料的设备在实践中较复杂,线性受限,且因此效率低下。

低强度的微米或纳米纤维(特别是由生物聚合物制成的纤维)在将形成更厚的层(2D或3D)时,在收集器电极之间被其自身重力撕裂,从而导致整个结构被破坏。这限制了各种生产工艺并限制了获得具有所需参数的可用材料。

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