[发明专利]一种基于磁场辅助制备有序纤维材料的气流气泡纺丝装置

说明书

技术领域

本发明属于气泡纺丝技术领域，具体涉及一种基于磁场辅助制备有序纤维材料的气流气泡纺丝装置。

背景技术

微/纳米纤维材料由于具备非常大的比表面积、优良的机械性能、独特的仿生特性和显著的尺寸效应，因此在生物医学、能源安全、复合材料模板等领域得到广泛的应用。目前，制备微/纳米纤维材料的方法主要有模板法、液相还原法、离心法、静电纺丝法、气流气泡纺丝法等，然而，由于这些方法本身对射流运动的不可控，导致射流强烈的鞭动不稳定，因此制备得到的微/纳米纤维大都呈随机排列的无纺布形式。

气流气泡纺丝技术以气流为动力，破裂的气泡产生大量的微细液柱在高速气流的作用下被拉伸细化，在一定程度上实现了微纳米纤维的大量生产。在气流气泡纺丝过程中，喷射流自身所具有非稳定摆动特性，导致喷射流之间会产生影响，每股喷射流之间互相交错，导致了纤维在接收装置上的落点具有随机性，收集到的纤维分布具有任意性，同时也给纤维收集造成了一定的难度。

但是，无序的纤维材料在组织工程、光电子器件、增加模板等方面的应用已经无法满足要求，而有序的和可控的微纳米纤维赋予了纤维材料新的优异性能，因此极大地推动微纳米纤维在这类领域的应用。如纤维材料用于细胞支架材料、理想的超疏水材料、光电器件中导电性材料等，要求细胞延特定方向生长，这就必须要求纤维材料拥有很好的有序性须要求静电纺纳米纤维具有很好的取向性，因此，制备出有序可控的纳米纤维成为现在研究的热点。

磁场辅助技术是利用磁场这种具有特殊能量的场，与受控对象作用产生力，在宏观上改变其运动状态，在微观上改变其结构。利用磁场控制喷射流的非稳定运动，在纺丝过程中引入磁场，使传统纺丝情况下的非稳定的旋转喷射流转变成相对稳定的的喷射流，同时改变纤维微观结构，提高纤维的取向度。

因此，为了有效的解决上述技术中存在的问题，有必要提供一种新型的气流气泡纺丝装置，以克服上述缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于磁场辅助制备有序纤维材料的气流气泡纺丝装置，通过在气泡喷射管与接收装置之间设置磁控装置，在成型纤维材料时可实现对射流在纵向上的汇聚以及在横向上的拉伸，实现射流轨迹的可控性，以解决现有气流气泡纺丝过程中射流角度过大，喷射流的非稳定摆动导致纤维收集杂乱无序的技术问题，改变纤维微观结构，提高纤维的取向度。

根据本发明的目的提出的一种基于磁场辅助制备有序纤维材料的气流气泡纺丝装置，包括气泡喷射管与设置于所述气泡喷射管周边的高压气流喷射管，气泡喷射管顶部成型气泡并破碎形成射流，高压气流喷射管喷出气流拉伸射流，射流沉积于气泡喷射管上方的接收装置上；所述气流气泡纺丝装置还包括用以调控射流轨迹的磁控装置，所述磁控装置设置于气泡喷射管的正上方，所述磁控装置包括分别实现射流纵向汇聚的纵向磁控装置与实现射流横向拉伸的横向磁控装置，所述纵向磁控装置与所述横向磁控装置依次设置于射流中心线上。

优选的，所述纵向磁控装置设置于横向磁控装置的下方，所述横向磁控装置靠近接收装置设置。

优选的，所述纵向磁控装置为至少一组，每组包括纵向设置的两个同轴平行的励磁线圈与模拟磁场发生器，射流穿过所述励磁线圈。

优选的，所述励磁线圈的中心位于气泡喷射管的轴线上，所述励磁线圈的磁力线与气泡喷射管轴线平行，所述励磁线圈之间设置有高度调节器。

优选的，所述纵向磁控装置的磁场强度由模拟磁场发生器调节，磁场调节范围为0-5T。

优选的，所述横向磁控装置为至少一组，每组包括电磁铁与高压电流发生器，所述电磁铁为横向平行设置的异名磁极磁铁，所述电磁铁的磁力线与气泡喷射管轴线垂直，射流经两电磁铁间通过喷射至接收装置上。

优选的，所述电磁铁对称分布在气泡喷射管轴线两侧，所述电磁铁之间设置有距离调节器。

优选的，所述横向磁控装置的磁场强度由高压电流发生器调节，磁场调节范围为0-5T。

优选的，两电磁铁间的距离不小于励磁线圈的直径，且所述纵向磁控装置与横向磁控装置之间设置有距离调节器。

优选的，所述气流气泡纺丝装置还包括低压直流静电发生器，所述低压直流静电发生器与插入气泡喷射管底部的金属电极连接，且所述低压直流静电发生器的量程为0-100V。

与现有技术相比，本发明公开的基于磁场辅助制备有序纤维材料的气流气泡纺丝装置的优点是：