一种纳米纤维束的制备装置及其制备方法

1.本发明涉及纳米纤维束制备领域，尤其涉及一种纳米纤维束的制备装置及 其制备方法。


背景技术：

2.纳米纤维束具有优异的机械性能及仿生性能，在生物医疗、组织工程、热 电学及光学等领域有巨大的产业需求。然而现有的纳米纤维束制备技术从技术 层面上难以满足高效制造纳米纤维束无纺布及图案化结构的需求。例如生物模 板法、直接生长法及化学合成法所制备的纳米纤维束的长度上有限且难以实现 纳米纤维束的图案化。而静电纺丝以其具有设备简单、材料广泛、纳米纤维在 长度方向上连续的特征被认为是一种高效制备纳米纤维的方法，在静电纺丝技 术为基础上对喷头结构、收集方式进行改进而尝试制备纳米纤维束称为业界的 研究热点。纳米纤维束是由多根纳米纤维聚集而成的结构，以静电纺丝技术基 础的多射流纺丝制备纤维束需要首先克服射流之间的电荷排斥力，然后进一步 将多跟纳米纤维的聚集成束。
3.常见以静电纺丝技术为基础制备纳米纤维束的方法有旋转水流传输法、加 捻滚筒收集法、自组装纳米纤维束法。teo等采用双层溶液槽旋转水流法制备 纳米纤维束，在制备纳米纤维时，利用上层溶液槽的漏流小孔产生的旋转涡流 对纳米纤维进行集中约束并加捻，然后用滚筒收集纳米纤维束，从而制备得到 带有捻度的纳米纤维纱线。dabirian等采用滚筒滚动时的牵引作用抽取收集板 上方的纳米纤维，同时对滚筒的固定座施加旋转速度从而对纳米纤维旋转成束。 wang等研究了各聚合物溶液导电性对制备自组装纤维束的作用，研究结果表明 导电率越高的聚合物溶液越容易制备得到自组装纤维束，当聚合物溶液的电导 率大于400μs/cm时，沉积在滚筒表面的纳米纤维的正电荷快速导走并且在静 电感应的作用下带负电，吸引后续生成的纳米纤维，从而使得在滚筒表面就可 收集到自组装纤维束。这些方法以滚筒的滚动牵引作用来传输纳米纤维束，当 滚筒静止时并不能收集到纳米纤维束，所以常见的这些纳米纤维束制备方法不 具备纳米纤维束沉积和图案化的能力。因此申请人提出一种一种纳米纤维束的 制备装置及其制备方法。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提出一种可以产生连续的纳米纤维束，将多 射流静电纺丝产生的纳米纤维聚集成束。产生的纳米纤维束，在装置的出口的 纳米纤维束呈稳定直线段，远离装置出口的纳米纤维束呈鞭动段。制备的纳米 纤维束可通过收集装置静止收集或低速运动收集从而制备纳米纤维束无纺布结 构。装置制备的纳米纤维束可通过控制收集装置的运动路径制备纳米纤维束图 案化结构。
5.为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：
6.一种纳米纤维束制造装置，包括：
7.机架；
8.双层空气旋纳米纤维流输运器，其垂直固定在机架上；
9.窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头，其与双层空气旋纳米纤维流输运器中段 相连接，延伸至双层空气旋纳米纤维流输运器内部；
10.纳米纤维聚束器，固定在双层空气旋纳米纤维流输运器底部；
11.正静电高压源，其固定在机架一侧，与窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头一 端电性相连；
12.负静电高压源，其固定在机架另一侧，与窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头 另一端电性相连；
13.静电纺丝供液装置，其固定在机架两侧，与窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷 头相连接；
14.运动平台，其固定设置于机架底部；
15.纳米纤维束收集基板，其固定设置于运动平台上方，由运动平台带动纳米 纤维束收集基板进行移动。
16.作为一种可能的实施方式，进一步，所述的双层空气旋纳米纤维流输运器 包括：
17.纳米纤维流输运器外管：为圆管状，且其中段设有通孔用于连接窄间距多 喷嘴纳米纤维电纺喷头；
18.纳米纤维流输运器内管：为圆管状且固定在纳米纤维流输运器外管内部， 并穿过纳米纤维流输运器外管的上下两侧；
19.与纳米纤维流输运器外管之间形成气腔，且管壁上分布有若干个通气孔。
20.作为一种可能的实施方式，进一步，所述通气孔的孔径小于纳米纤维流输 运器内管的管壁厚度，同时所述通气孔的轴向方向延长线与纳米纤维流输运器 内管轴心之间设有间距；
21.所述纳米纤维流输运器内管与所述纳米纤维流输运器外管管壁在直径方向 上设上有安装所述窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头结构及数量相对应的孔。
22.作为一种可能的实施方式，进一步，所述双层空气旋纳米纤维流输运器还 包括：
23.外部气流接口：设置于纳米纤维流输运器外管顶部，连通所述气腔与外部， 用于与外部气源相连接。
24.其中，所述的双层空气旋纳米纤维流输运器包括纳米纤维流输运器内管、 结构外管及外部气流进口。所述的纳米纤维流输运器内管的管壁上密集分布通 气孔；所述的纳米纤维流输运器内管与外管之间形成一层气腔；所述气腔通过 外部气流接口与外部气源相连接；所述的纳米纤维流输运器内管与外管管壁在 直径方向上设上有与所述窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头结构及数量相对应的 孔；所述的纳米纤维流输运器内管与结构外管的材料可以亚克力、pvc及其他 工程塑料。这样做的好处是，窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头并加载正负电压 进行多射流静电纺丝生产纳米纤维，所产生的纳米纤维其中一半带正电荷一半 带负电荷，这些带不同电荷的纳米纤维束将向轴心运动；同时通过外部气流接 口对双层空气旋纳米纤维流输运器的气腔进行稳定供气，通过纳米纤维流输运 器内管壁面分布有密集小孔进气产生螺旋推进气流，所产生的气流在装置轴线 上具有较低的气压有利于纳米纤维向轴线集中，同时该纳米纤维束在轴线方向 上具有一定的分速度，可将纳米纤维束沿着轴线传送。
25.作为一种可能的实施方式，进一步，所述的窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷 头包括供液接口、流道板、针头板、辅助电极板、不锈钢针头；
26.流道板内部设有二进制流道；
27.所述二进制流道在流道板上侧汇聚，并与所述供液接口连通；
28.所述二进制流道在流道板下侧与不锈钢针头相连接；
29.所述针头板设置于流道板的外侧；
30.所述辅助电极板固定在针头板，且其与不锈钢针头绝缘。
31.作为一种可能的实施方式，进一步，所述二进制流道在流道板下侧以每个 流道连接一个不锈钢针头的方式进行连接；所述针头板包围在流道板外侧，形 成空槽；且所述不锈钢针头设置于空槽的内侧位置。
32.其中，所述窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头，为直线均布喷头，其内部分 布有二进制流道，这样设置的好处在于该流道有利于针头的出液压力均匀分布； 并且所述窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头设有辅助电极，该辅助电极板与针头 绝缘，这样设置的好处在于辅助电极有利于针头电场的均匀分布。
33.作为一种可能的实施方式，进一步，所述纳米纤维聚束器包括：纳米纤维 聚束器一段和纳米纤维聚束器二段；
34.所述纳米纤维聚束器一段和纳米纤维聚束器二段为两个圆台状，且内部中 空的结构；
35.所述纳米纤维聚束器一段51的小端出口直径为厘米级别；
36.所述纳米纤维聚束器二段52的小端出口直径小于1厘米；
37.所述纳米纤维聚束器一段一端固定在纳米纤维聚束器二段一端；
38.所述纳米纤维聚束器二段表面均匀设置有气流泄流孔。
39.作为一种可能的实施方式，进一步，所述气流泄流孔的孔径范围为 0.5mm-3mm。
40.其中，所述纳米纤维聚束器一段和纳米纤维聚束器二段为两个圆台状，且 内部中空的结构；这样设置的好处在于，产生的纳米纤维束，在装置的出口的 纳米纤维束呈稳定直线段，远离装置出口的纳米纤维束呈鞭动段。
41.基于上述装置本发明还提出一种纳米纤维束的制备方法，包括如下步骤：
42.s1、设定静电纺丝供液系统的供液速率；设定外部气源对双层空气旋纳米 纤维流输运器气腔的供气压力；设定正静电高压源的电压，设定负静电高压源 的电压；选择纳米纤维束收集基板材质，并调整收集装置与纳米纤维聚束器的 距离以及设定运动平台的路径；
43.s2、窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头加载正负电压进行多射流静电纺丝生 产纳米纤维，产生的纳米纤维其中一半带正电荷一半带负电荷，不同电荷的纳 米纤维束将向轴心运动；外部气流接口对双层空气旋纳米纤维流输运器的气腔 进行稳定供气，通过纳米纤维流输运器内管壁面分布有密集小孔进气产生螺旋 推进气流，为纳米纤维束在轴线方向上提供一定的分速度，将纳米纤维束沿着 轴线向下传送；
44.s3、通过运动平台带动纳米纤维束收集基板，收集从纳米纤维聚束器出口 输出的纳米纤维束。
45.其中，设定静电纺丝供液系统的供液速率；设定外部气源对双层空气旋纳 米纤维
流输运器气腔的供气压力；设定正静电高压源的电压，设定负静电高压 源的电压；选择纳米纤维束收集基板材质，并调整收集装置与纳米纤维聚束器 的距离以及设定运动平台的路径的好处在于，窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头 上加载正负电压进行多射流静电纺丝生产纳米纤维，所产生的纳米纤维其中一 半带正电荷一半带负电荷，这些带不同电荷的纳米纤维束将向轴心运动；同时 通过外部气流接口对双层空气旋纳米纤维流输运器的气腔进行稳定供气，通过 纳米纤维流输运器内管壁面分布有密集小孔进气产生螺旋推进气流，所产生的 气流在装置轴线上具有较低的气压有利于纳米纤维向轴线集中，同时该纳米纤 维束在轴线方向上具有一定的分速度，可将纳米纤维束沿着轴线传送，最后通 过控制纳米纤维束收集装置的运动收集从气流发生装置出口输出的纳米纤维 束。
46.基于上述装置及方法，本发明还提出一种纳米纤维束，其由上所述方法及 装置制得。
47.采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：采 用面对面放置的窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头并加载正负电压进行多射流静 电纺丝生产纳米纤维，所产生的纳米纤维其中一半带正电荷一半带负电荷，这 些带不同电荷的纳米纤维束将向轴心运动；同时通过外部气流接口对双层空气 旋纳米纤维流输运器的气腔进行稳定供气，通过纳米纤维流输运器内管壁面分 布有密集小孔进气产生螺旋推进气流，所产生的气流在装置轴线上具有较低的 气压有利于纳米纤维向轴线集中，同时该纳米纤维束在轴线方向上具有一定的 分速度，可将纳米纤维束沿着轴线传送，最后通过控制纳米纤维束收集装置的 运动收集从气流发生装置出口输出的纳米纤维束。
48.进一步的可以发现，采用本发明技术方案可以产生连续的纳米纤维束，将 多射流静电纺丝产生的纳米纤维聚集成束。产生的纳米纤维束，在装置的出口 的纳米纤维束呈稳定直线段，远离装置出口的纳米纤维束呈鞭动段。本发明装 置制备的纳米纤维束可通过收集装置静止收集或低速运动收集从而制备纳米纤 维束无纺布结构。本发明装置制备的纳米纤维束可通过控制收集装置的运动路 径制备纳米纤维束图案化结构。
附图说明
49.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
50.图1为本发明实施例的装置结构示意图。
51.图2为本发明实施例中双层空气旋纳米纤维流输运器的结构图及截面图。
52.图3为窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头的三维结构图及对称截面剖面图。
53.图4为纳米纤维聚束器的结构图。
54.图5为本发明实施例中通过有限元气流仿真得到螺旋气流的结构。
55.图6本发明基于装置提出的一种纳米纤维束制备方法一实施例的流程示意 图；
56.图7本发明装置制备的纳米纤维束无纺布结构。
57.图8纳米纤维束图案化路径。
58.图9图案化的纳米纤维束。
具体实施方式
59.下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是， 以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下 实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有 作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
60.请参阅图1一种纳米纤维束制造装置，包括：
61.机架6；
62.双层空气旋纳米纤维流输运器1，其垂直固定在机架6上；
63.窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头2，其于双层空气旋纳米纤维流输运器1 中段相连接，延伸至双层空气旋纳米纤维流输运器1内部；
64.纳米纤维聚束器5，固定在双层空气旋纳米纤维流输运器1底部；
65.正静电高压源3，其固定在机架6一侧，与窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷 头2一端电性相连；
66.负静电高压源9，其固定在机架6另一侧，与窄间距多喷嘴纳米纤维电纺 喷头2另一端电性相连；
67.静电纺丝供液装置4，其固定在机架6两侧，与窄间距多喷嘴纳米纤维电 纺喷头2相连接；对窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头2进行供液。
68.运动平台8，其固定设置于机架6底部；所述运动平台8设有x轴滑台、y 轴滑台和z轴升降台，x轴滑台的底面固定在机架6，y轴滑台固定在x轴滑台 之上，z轴升降台固定在y轴滑台之上。
69.纳米纤维束收集基板7，其固定设置于运动平台8上方，有运动平台8带 动纳米纤维束收集基板7进行移动。所述的纳米纤维束收集基板7可以是无纺 布材料亦可以是金属网结构，并且收集基板7直接固定在z轴升降台上。
70.请参阅图2，作为一种可能的实施方式，进一步，所述的双层空气旋纳米 纤维流输运器1包括：
71.纳米纤维流输运器外管13：为圆管状，且其中段设有通孔用于连接窄间距 多喷嘴纳米纤维电纺喷头2；
72.纳米纤维流输运器内管11：为圆管状且固定在纳米纤维流输运器外管13 内部，并穿过纳米纤维流输运器外管13的上下两侧；
73.与纳米纤维流输运器外管13之间形成气腔，且管壁上分布有若干个通气 孔。
74.作为一种可能的实施方式，进一步，所述通气孔的孔径小于纳米纤维流输 运器内管11的管壁厚度，同时所述通气孔的轴向方向延长线与纳米纤维流输运 器内管11轴心之间设有间距；
75.所述纳米纤维流输运器内管11与所述纳米纤维流输运器外管13管壁在直 径方向上设上有安装所述窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头2结构及数量相对应 的孔。
76.作为一种可能的实施方式，进一步，所述双层空气旋纳米纤维流输运器1 还包括：
77.外部气流接口21：设置于纳米纤维流输运器外管13顶部，连通所述气腔 与外部，用于与外部气源相连接。
78.其中，所述的双层空气旋纳米纤维流输运器1包括纳米纤维流输运器内管 11、纳
米纤维流输运器外管13及外部气流接口12。所述的纳米纤维流输运器 内管11的管壁上密集分布通气孔；所述的纳米纤维流输运器内管11与外管13 之间形成一层气腔；所述气腔通过外部气流接口12与外部气源相连接；所述的 纳米纤维流输运器内管11与外管13管壁在直径方向上设上有与所述窄间距多 喷嘴纳米纤维电纺喷头结构及数量相对应的孔；所述的纳米纤维流输运器内管 11与外管13的材料可以亚克力、pvc及其他工程塑料。这样做的好处是，窄 间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头2加载正负电压进行多射流静电纺丝生产纳米纤 维，所产生的纳米纤维其中一半带正电荷一半带负电荷，这些带不同电荷的纳 米纤维束将向轴心运动；同时通过外部气流接口12对双层空气旋纳米纤维流输 运器1的气腔进行稳定供气，通过纳米纤维流输运器内管11壁面分布有密集小 孔进气产生螺旋推进气流，所产生的气流在装置轴线上具有较低的气压有利于 纳米纤维向轴线集中，同时该纳米纤维束在轴线方向上具有一定的分速度，可 将纳米纤维束沿着轴线传送。
79.请参阅图3，作为一种可能的实施方式，进一步，所述的窄间距多喷嘴纳 米纤维电纺喷头2包括供液接口21、流道板22、针头板23、辅助电极板25、 不锈钢针头24；
80.流道板22内部设有二进制流道；
81.所述二进制流道在流道板上侧汇聚，并与所述供液接口21连通；
82.所述二进制流道在流道板下侧与不锈钢针头24相连接；
83.所述针头板23设置于流道板22的外侧；
84.所述辅助电极板25固定在针头板23，且其与不锈钢针头24绝缘。
85.作为一种可能的实施方式，进一步，所述二进制流道在流道板22下侧以每 个流道连接一个不锈钢针头24的方式进行连接；所述针头板23包围在流道板 22外侧，形成空槽；且所述不锈钢针头24设置于空槽的内侧位置。
86.其中，所述窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头2，为直线均布喷头，其内部 分布有二进制流道，这样设置的好处在于该流道有利于不锈钢针头24的出液压 力均匀分布；并且所述窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头2设有辅助电极25，该 辅助电极板25与不锈钢针头24绝缘，这样设置的好处在于辅助电极25有利于 不锈钢针头24电场的均匀分布。
87.请参阅图4，作为一种可能的实施方式，进一步，所述纳米纤维聚束器5 包括：纳米纤维聚束器一段51和纳米纤维聚束器二段52；
88.所述纳米纤维聚束器一段51和纳米纤维聚束器二段52为两个圆台状，且 内部中空的结构；
89.所述纳米纤维聚束器一段51的小端出口直径为厘米级别；
90.所述纳米纤维聚束器二段52的小端出口直径小于1厘米；
91.所述纳米纤维聚束器一段51一端固定在纳米纤维聚束器二段52一端；
92.所述纳米纤维聚束器二段52表面均匀设置有气流泄流孔。
93.作为一种可能的实施方式，进一步，所述气流泄流孔的孔径范围为 0.5mm-3mm。
94.其中，所述纳米纤维聚束器一段51和纳米纤维聚束器二段52为两个圆台 状，且内部中空的结构；这样设置的好处在于，产生的纳米纤维束，在装置的 出口的纳米纤维束呈稳定直线段，远离装置出口的纳米纤维束呈鞭动段。通过 ansys气流仿真cfd模块仿真得所述的双层空气旋纳米纤维流输运器连接纳 米纤维聚束器5所能产生的气流结构如图5所示，通过仿真手段可证明：在纳 米纤维流输运器内管形成了螺旋推进气流，并且通过气流
压力分布显示在轴心 区域形成了轴心低压区；所述的纳米纤维流输运器内管与外管所示管壁在直径 方向上设上有与所述窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头结构及数量相对应的孔。
95.请参阅图6，图6是本发明基于上述装置提出的一种纳米纤维束制备方法 一实施例的流程示意图。需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的方法 并不以图1所示的流程顺序为限。如图1所示，该方法包括如下步骤：
96.s1、设定静电纺丝供液系统的供液速率；设定外部气源对双层空气旋纳米 纤维流输运器气腔的供气压力；设定正静电高压源的电压，设定负静电高压源 的电压；选择纳米纤维束收集基板材质，并调整收集装置与纳米纤维聚束器的 距离以及设定运动平台的路径；
97.s2、窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头加载正负电压进行多射流静电纺丝生 产纳米纤维，产生的纳米纤维其中一半带正电荷一半带负电荷，不同电荷的纳 米纤维束将向轴心运动；外部气流接口对双层空气旋纳米纤维流输运器的气腔 进行稳定供气，通过纳米纤维流输运器内管壁面分布有密集小孔进气产生螺旋 推进气流，为纳米纤维束在轴线方向上提供一定的分速度，将纳米纤维束沿着 轴线向下传送；
98.s3、通过运动平台带动纳米纤维束收集基板，收集从纳米纤维聚束器出口 输出的纳米纤维束。
99.其中，设定静电纺丝供液系统的供液速率；设定外部气源对双层空气旋纳 米纤维流输运器气腔的供气压力；设定正静电高压源的电压，设定负静电高压 源的电压；选择纳米纤维束收集基板材质，并调整收集装置与纳米纤维聚束器 的距离以及设定运动平台的路径的好处在于，窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头 上加载正负电压进行多射流静电纺丝生产纳米纤维，所产生的纳米纤维其中一 半带正电荷一半带负电荷，这些带不同电荷的纳米纤维束将向轴心运动；同时 通过外部气流接口对双层空气旋纳米纤维流输运器的气腔进行稳定供气，通过 纳米纤维流输运器内管壁面分布有密集小孔进气产生螺旋推进气流，所产生的 气流在装置轴线上具有较低的气压有利于纳米纤维向轴线集中，同时该纳米纤 维束在轴线方向上具有一定的分速度，可将纳米纤维束沿着轴线传送，最后通 过控制纳米纤维束收集装置的运动收集从气流发生装置出口输出的纳米纤维 束。
100.基于上述装置及方法，本发明还提出一种纳米纤维束，其由上所述方法及 装置制得。
101.请参阅图7，图7是本发明基于上述装置及方法制备的纳米纤维束所构建 的无纺布结构，具体的：
102.纳米纤维束无纺布结构：所用溶液为peo溶液(聚氧化乙烯)，所使用的 溶剂为水与酒精混合溶液；调整静电纺丝供液系统的供液速率；调整外部气源 对双层空气旋纳米纤维流输运器气腔的供气压力；调整正静电高压源的电压， 调整负静电高压源的电压；所使用的纳米纤维束收集基板为pp无纺布材料； 本次实验不需安装纳米纤维聚束器二段52，调整收集装置在纳米纤维聚束器一 段51的正下方并且距离大于十厘米；收集过程中纳米纤维束收集基板静止不 动；所制备的纳米纤维束无纺布结构如图7所示，显而易见地该无纺布为多级 微纳结构包括：第一级由纳米级的纳米纤维组成纳米纤维束，第二级由微米级 的纳米纤维束形成无纺布。
103.请参阅图8-图9，图8是收集过程中运动平台8的路径图；9是本发明基 于上述装置及方法制备的纳米纤维束所构建的纳米纤维束图案化结构；具体的：
104.纳米纤维束图案化结构：所用溶液为peo溶液(聚氧化乙烯)，所使用的 溶剂为水与酒精混合溶液；调整静电纺丝供液系统的供液速率；调整外部气源 对双层空气旋纳米纤维流输运器气腔的供气压力；调整正静电高压源的电压， 调整负静电高压源的电压；所使用的纳米纤维束收集基板为铜网；本次实验需 要安装纳米纤维聚束器二段52，调整收集装置在纳米纤维聚束器二段52出口 的正下方并且距离为毫米级别；收集过程中运动平台的路径如图8所示，对应 的纳米纤维束图案化结构如图9所示，从图9中可知，整体上可观察到明显纳 米纤维束网格结构，局部上纳米纤维束弯曲沉积，纳米纤维束的局部弯曲现象 可通过提高运动平台的速度消除。
105.采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：采 用面对面放置的窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头并加载正负电压进行多射流静 电纺丝生产纳米纤维，所产生的纳米纤维其中一半带正电荷一半带负电荷，这 些带不同电荷的纳米纤维束将向轴心运动；同时通过外部气流接口对双层空气 旋纳米纤维流输运器的气腔进行稳定供气，通过纳米纤维流输运器内管壁面分 布有密集小孔进气产生螺旋推进气流，所产生的气流在装置轴线上具有较低的 气压有利于纳米纤维向轴线集中，同时该纳米纤维束在轴线方向上具有一定的 分速度，可将纳米纤维束沿着轴线传送，最后通过控制纳米纤维束收集装置的 运动收集从气流发生装置出口输出的纳米纤维束。
106.进一步的可以发现，采用本发明技术方案可以产生连续的纳米纤维束，将 多射流静电纺丝产生的纳米纤维聚集成束。产生的纳米纤维束，在装置的出口 的纳米纤维束呈稳定直线段，远离装置出口的纳米纤维束呈鞭动段。本发明装 置制备的纳米纤维束可通过收集装置静止收集或低速运动收集从而制备纳米纤 维束无纺布结构。本发明装置制备的纳米纤维束可通过控制收集装置的运动路 径制备纳米纤维束图案化结构。
107.以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡 是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间 接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种纳米纤维束制造装置，其特征在于，包括：机架；双层空气旋纳米纤维流输运器，其固定在机架上；窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头，其与双层空气旋纳米纤维流输运器中段相连接，延伸至双层空气旋纳米纤维流输运器内部；纳米纤维聚束器，固定在双层空气旋纳米纤维流输运器底部；正静电高压源，与窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头一端电性相连；负静电高压源，与窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头另一端电性相连；静电纺丝供液装置，其固定在机架两侧，与窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头相连接；运动平台，其固定设置于机架底部；纳米纤维束收集基板，其固定设置于运动平台上方，由运动平台带动纳米纤维束收集基板进行移动。2.如权利要求1所述的一种纳米纤维束制造装置，其特征在于，所述的双层空气旋纳米纤维流输运器包括：纳米纤维流输运器外管：为圆管状，且其中段设有用于连接窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头的通孔；纳米纤维流输运器内管：为圆管状且固定在纳米纤维流输运器外管内部，并穿过纳米纤维流输运器外管的上下两侧；与纳米纤维流输运器外管之间形成气腔，且管壁上分布有若干个通气孔。3.如权利要求2所述的一种纳米纤维束制造装置，其特征在于，所述通气孔的孔径小于纳米纤维流输运器内管的管壁厚度，同时所述通气孔的轴向方向延长线与纳米纤维流输运器内管轴心之间设有间距；所述纳米纤维流输运器内管与所述纳米纤维流输运器外管管壁在直径方向上设上有安装所述窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头结构及数量相对应的孔。4.如权利要求2所述的一种纳米纤维束制造装置，其特征在于，所述双层空气旋纳米纤维流输运器还包括：外部气流接口：设置于纳米纤维流输运器外管顶部，连通所述气腔与外部，用于与外部气源相连接。5.如权利要求1所述的一种纳米纤维束制造装置，其特征在于，所述的窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头包括供液接口、流道板、针头板、辅助电极板、不锈钢针头；流道板内部设有二进制流道；所述二进制流道在流道板上侧汇聚，并与所述供液接口连通；所述二进制流道在流道板下侧与不锈钢针头相连接；所述针头板设置于流道板的外侧；所述辅助电极板固定在针头板，且其与不锈钢针头绝缘。6.如权利要求5所述的一种纳米纤维束制造装置，其特征在于，所述二进制流道在流道板下侧以每个流道连接一个不锈钢针头的方式进行连接；所述针头板包围在流道板外侧，形成空槽；且所述不锈钢针头设置于空槽的内侧位置。7.如权利要求1所述的一种纳米纤维束制造装置，其特征在于，所述纳米纤维聚束器包
括：纳米纤维聚束器一段和纳米纤维聚束器二段；所述纳米纤维聚束器一段和纳米纤维聚束器二段为两个圆台状，且内部中空的结构；所述纳米纤维聚束器一段的小端出口直径为厘米级别；所述纳米纤维聚束器二段的小端出口直径小于1厘米；所述纳米纤维聚束器一段一端固定在纳米纤维聚束器二段一端；所述纳米纤维聚束器二段表面均匀设置有气流泄流孔。8.如权利要求7所述的一种纳米纤维束制造装置，其特征在于，所述气流泄流孔的孔径范围为0.5mm-3mm。9.一种利用权利要求1-8任一项所述的装置制备纳米纤维束的方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、设定静电纺丝供液系统的供液速率；设定外部气源对双层空气旋纳米纤维流输运器气腔的供气压力；设定正静电高压源的电压，设定负静电高压源的电压；选择纳米纤维束收集基板材质，并调整收集装置与纳米纤维聚束器的距离以及设定运动平台的路径；s2、窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头加载正负电压进行多射流静电纺丝生产纳米纤维，产生的纳米纤维其中一半带正电荷一半带负电荷，不同电荷的纳米纤维束将向轴心运动；外部气流接口对双层空气旋纳米纤维流输运器的气腔进行稳定供气，通过纳米纤维流输运器内管壁面分布有密集小孔进气产生螺旋推进气流，为纳米纤维束在轴线方向上提供一定的分速度，将纳米纤维束沿着轴线向下传送；s3、通过运动平台带动纳米纤维束收集基板，收集从纳米纤维聚束器出口输出的纳米纤维束。10.一种纳米纤维束，其特征在于，其由权利要求9所述的制备方法制得。

技术总结
本发明公开了一种纳米纤维束的制备装置及其制备方法，包括：机架、双层空气旋纳米纤维流输运器、窄间距多喷嘴纳米纤维电纺喷头、纳米纤维聚束器、正静电高压源、负静电高压源、静电纺丝供液装置、运动平台、纳米纤维束收集基板；采用本发明可以产生连续的纳米纤维束，将多射流静电纺丝产生的纳米纤维聚集成束；产生的纳米纤维束，在装置的出口的纳米纤维束呈稳定直线段，远离装置出口的纳米纤维束呈鞭动段；本发明装置制备的纳米纤维束可通过收集装置静止收集或低速运动收集从而制备纳米纤维束无纺布结构；本发明装置制备的纳米纤维束可通过控制收集装置的运动路径制备纳米纤维束图案化结构。图案化结构。图案化结构。


技术研发人员：孙道恒 郑跃焜 何功汉
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：2022.05.26
技术公布日：2022/11/1