[发明专利]制备三维结构纤维的方法

说明书

本发明涉及一种制备三维结构纤维的方法，包括如下步骤：提供一接收机构，接收机构接地，接收机构由导电金属材料制成且呈螺旋状；提供一贮液池及与贮液池连接的通气机构，制备纺丝溶液，将纺丝溶液倒入贮液池中，打开通气机构，使得贮液池内的纺丝溶液的表面产生气泡；提供一与贮液池连接的高压供电机构，打开高压供电机构，使得贮液池与接收机构之间形成电场，气泡在电场的作用下发生电荷转移以形成向上运动的射流并逐层堆集在呈螺旋状的接收机构上以形成三维结构。本发明方法通过设置有呈螺旋状的接收机构且与贮液池之间形成电场，使得纤维在电场的作用下堆集在螺旋状的接收机构上以形成均匀立体三维结构，简单快捷且方便。

技术领域

本发明涉及一种制备三维结构纤维的方法，属于静电纺丝技术领域。

背景技术

静电纺丝纳米纤维膜具有高孔隙率、纳米到微米级孔尺寸、高透气性等特点，当前静电纺丝技术已经成为制备纳米纤维的重要技术，在医疗卫生、过滤材料、能源材料方面具有广泛应用。但是传统的单针静电纺丝技术仍具有纺丝速度慢、产量低等缺点。

气泡静电纺丝装置是一种新型的制备纳米纤维的纺丝装置，这种装置经过加入气体改变液面的表面张力，装置内部为可导电的的锥形铜管，外部为不导电的聚合物。液面是覆盖与锥形铜管顶端。在高压静电的作用下，溶液内部气泡由中间向外部扩散至喷丝头边缘受电场力拉伸形成泰勒锥，当电压施加到一定的程度时，形成无数泰勒锥，纤维的产量比单针静电纺产量较高，但此装置纺丝时产生的射流角度较大，难以控制。

研究发现，传统的纳米纤维收集装置大多为平板收集或者滚筒收集，纤维大多呈平铺型无序二维堆集结构，其结构较大地限制了纤维膜的应用，如应用于生物支架、组织工程、太阳能电池等材料时，三维立体结构的纤维膜较二维纤维膜具有较大的应用优势与应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备三维结构纤维的方法，通过设置有呈螺旋状的接收机构且与贮液池之间形成电场，使得纤维在电场的作用下从螺旋状的接收机构的最外侧向最里侧逐层跃进，最终堆积形成具有较为立体的纤维膜。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种制备三维结构纤维的方法，包括如下步骤：

提供一接收机构，所述接收机构接地，所述接收机构由导电金属材料制成且呈螺旋状；

提供一贮液池及与所述贮液池连接的通气机构，制备纺丝溶液，将纺丝溶液倒入所述贮液池中，打开所述通气机构，使得所述贮液池内的纺丝溶液的表面产生气泡；

提供一与所述贮液池连接的高压供电机构，打开所述高压供电机构，使得所述贮液池与所述接收机构之间形成电场，所述气泡在电场的作用下发生电荷转移以形成向上运动的射流并逐层堆集在呈螺旋状的接收机构上以形成三维结构。进一步地，于所述接收机构的高度方向上，呈螺旋状的所述接收机构的直径自下而上逐渐递减。

进一步地，所述“逐层堆集在呈螺旋状的接收机构上以形成三维结构”具体为：

所述通气机构伸入至所述贮液池内且位于所述贮液池的中心处，打开所述通气机构使得纺丝溶液表面产生气泡，所述气泡自所述贮液池的中心形成并逐渐向所述贮液池的两边扩散，且在电场力的作用下，所述贮液池中间的气泡较于所述贮液池边缘的气泡形成的射流速度快且数量多，使得纤维自所述接收机构的顶层向下逐层堆集，直至所述射流逐层堆集成具有较为立体的纤维膜。

进一步地，所述方法还包括：

提供一电机，所述电机与所述接收机构连接，所述电机旋转带动所述接收机构旋转，堆集在所述接收机构上的纤维在离心力及电场力的作用下形成均匀且蓬松的纤维膜。

进一步地，所述接收机构为金属弹簧，所述金属弹簧具有若干个连接的金属圈，每相邻两个所述金属圈的直径差范围为5-30cm。

进一步地，所述高压供电机构提供的电压范围为30KV-60KV。