[发明专利]收集模板及静电纺丝装置

说明书

本发明公开了一种静电纺丝收集模板及静电纺丝装置。该静电纺丝收集模板能够导电，并且具有有序排列的多个三维起伏结构；其中，每个三维起伏结构均具有谷点平面、顶点平面和次顶点平面，所述次顶点平面的高度介于所述谷点平面的高度与所述顶点平面的高度之间；所述次顶点平面与所述顶点平面之间的距离为起伏高度hsubgt;i/subgt;，i表示次顶点平面的个数，且为1～100的自然数，所述起伏高度hsubgt;i/subgt;为0.01～10mm。本发明的收集模板可以容易地获得具有花纹图案的纳米纤维网，并且含三维无序排列的纳米纤维结构。

技术领域

本发明涉及一种收集模板及静电纺丝装置，尤其是一种静电纺丝收集模板及静电纺丝装置。

背景技术

静电纺丝技术可以获得直径分布从几个纳米到几个微米的各种超细纤维，在近30年的时间里得到蓬勃发展。当带电的聚合物液滴受到电场力的作用在纺丝喷嘴(或者其他形式的纺丝喷头)处形成泰勒锥且电荷密度足够高的时候，同种电荷之间的静电排斥力会克服聚合物液体的表面张力使聚合物液体分裂成若干射流；这些射流在高压电场力的作用下不断拉升，形成纳米或者亚微米级纤维，并以无序状排列在收集装置上。因此，传统的静电纺丝能够获得无规取向纤维构成的无纺布，但无法获得有序排列的纳米纤维集合体。

现有的静电纺丝装置已经可以制造膜厚均一、质量均一、二维无序排列的纳米纤维的堆积物(参见CN102652189A)。采用绝缘接收模板静电纺可以制备图案化、二维无序排列的纳米纤维膜(参见CN102691176A)。此外，采用模板电纺可以制备柔性拉胀材料(参见CN106894164A)。首先制备具有图案或凹凸结构的收集模板；采用高压电场将高聚物溶液或高聚物熔融液体通过静电力牵引纺丝并收集在收集模板上；将收集到的柔性拉胀材料从收集模板上剥离；将柔性拉胀材料进行后处理，以提高柔性拉胀材料的力学性能或赋予其功能。采用静电纺丝技术还可以获得三维曲折纳米纤维复合窗纱(参见CN106048901A)。现有技术所采用的收集模板至多具有两个平面，所得纳米纤维网中的纳米纤维是三维有序排列的，且底点平面形成的纳米纤维簇与顶点平面形成的纳米纤维簇没有形成有效过渡结构，从而制约了纳米纤维网性能的提高。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种静电纺丝收集模板，其可以使两个纳米纤维簇之间形成有效过渡结构。本发明进一步的目的在于提供一种静电纺丝收集模板，其形成的纳米纤维网的花纹图案中的至少一部分纳米纤维呈三维无序排列。本发明的另一个目的在于提供一种包括上述收集模板的静电纺丝装置。本发明采用如下技术方案实现上述目的。

本发明提供一种静电纺丝收集模板，所述收集模板能够导电，并且具有有序排列的多个三维起伏结构；其中，每个三维起伏结构均具有谷点平面、顶点平面和次顶点平面，所述次顶点平面的高度介于所述谷点平面的高度与所述顶点平面的高度之间；所述次顶点平面与所述顶点平面之间的距离为起伏高度h_i，i表示次顶点平面的个数，且为1～100的自然数，所述起伏高度h_i为0.01～10mm。

根据本发明的静电纺丝收集模板，优选地，满足如下条件之一：

(1)所述顶点平面在所述收集模板的投影落入所述次顶点平面在所述收集模板的投影的外轮廓线形成的区域内，且所述次顶点平面的面积大于所述顶点平面的面积；或

(2)所述顶点平面在所述收集模板的投影落在所述次顶点平面在所述收集模板的投影的外轮廓线形成的区域外。

根据本发明的静电纺丝收集模板，优选地，所述次顶点平面包括第一次顶点平面和第二次顶点平面，所述第二次顶点平面的起伏高度h₂为所述第一次顶点平面的起伏高度h₁的1.1～10倍。

根据本发明的静电纺丝收集模板，优选地，所述顶点平面在所述收集模板的投影落入所述次顶点平面在所述收集模板的投影的外轮廓线形成的区域内，且所述次顶点平面的面积为所述顶点平面的面积的1～100倍。