一種形狀可控非織造材料的成形方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公布了一種形狀可控非織造材料的成形方法，包括二維平面形狀可控以及三維立體形狀可控，以靜電紡絲技術(shù)為基礎(chǔ)，以待制備的非織造材料的形狀為模板設(shè)計(jì)接收器，在接收器上接入負(fù)高壓直流電源，采用正、負(fù)雙電源共同控制空間電場(chǎng)分布，使得纖維定向地沉積到帶有負(fù)高壓的接收器上，直至布滿整個(gè)接收器而不至于散落到接收器以外的區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)非織造材料的一步成形制備。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及，具體涉及利用雙電源共同控制纖維的定向運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)非織造材料的定形制備，屬于紡織材料加工成形領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，紡織材料已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的服用、產(chǎn)業(yè)用布等應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是以非織造技術(shù)的發(fā)展和非織造材料的推廣為主要?jiǎng)恿Γ龠M(jìn)了紡織材料的應(yīng)用拓展，逐漸延伸到生物醫(yī)用、精細(xì)過(guò)濾、微電子、生物組織工程等新
在新
的應(yīng)用對(duì)紡織材料的平面或立體形狀以及成形效果提出了更進(jìn)一步的要求。例如，將紡織材料應(yīng)用于人造血管，特別是直徑小于6mm的血管，傳統(tǒng)的管狀機(jī)織布或針織布在抗血栓性能、順應(yīng)性能或材料的剛度、孔隙率等方面已無(wú)法滿足應(yīng)用要求，因而較多的采用具有一定表面結(jié)構(gòu)、能滿足內(nèi)皮細(xì)胞依附的管狀非織造材料，并且要求管狀非織造血管內(nèi)壁光滑，且能做到無(wú)縫、無(wú)痕接合成形；再如，紡織材料在生物組織支架材料的應(yīng)用方面也取得了一定的突破，而組織支架作為生物組織生長(zhǎng)依附的支撐材料，除了需要有適合于生物組織貼壁、分化的微觀結(jié)構(gòu)外，還需要有起到生物組織整體成形作用的宏觀三維立體結(jié)構(gòu)。目前，常用的非織造材料成形方法主要有拼接縫合、粘合、層間復(fù)合針刺加固以及熱壓成形等方法。專利“一種管狀非織造布復(fù)合材料及其制造方法”(公開號(hào)CN101280872A)，通過(guò)對(duì)接縫合的方法將非織造布制成管狀結(jié)構(gòu)；專利“用于制造三維彎曲的纖維復(fù)合材料構(gòu)件的方法”(公開號(hào)CN 101232992A)，也是運(yùn)用縫合的方法，首先將非織造條帶按照所需的輪廓進(jìn)行三維打褶，然后縫制到載體材料上實(shí)現(xiàn)三維成形；專利“復(fù)合鞋幫及其制造方法”(公開號(hào)1342046)，公開了一種模具熱壓成形的方法，首先將網(wǎng)狀織物與熱塑性泡沫、熱塑性尿烷層壓形成復(fù)合片料，然后將該復(fù)合片料加熱，在模具中熱壓成形，制成整體的、無(wú)縫鞋幫。上述專利所公開的非織造材料或紡織復(fù)合材料成形方法具有一定的成形效果，但均無(wú)法實(shí)現(xiàn)由紡絲到材料成品一步成形的目的。此外，專利“三維非織造介質(zhì)，過(guò)濾器和加工方法”(公開號(hào)CN 102002820A)，描述了一種具有三維筒狀結(jié)構(gòu)的非織造濾芯的連續(xù)成形方法，該方法利用旋轉(zhuǎn)式筒狀收集器對(duì)熔噴纖維進(jìn)行多層次收集而實(shí)現(xiàn)非織造筒狀濾芯的連續(xù)成形，但該專利所公開的加工方法較為復(fù)雜，并且適應(yīng)面不廣。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種形狀可控的非織造材料的一步成形方法，該方法簡(jiǎn)便易行，并且效果顯著。，包括二維平面形狀可控以及三維立體形狀可控，通過(guò)控制空間電場(chǎng)的分布，對(duì)帶電纖維的運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)纖維點(diǎn)對(duì)點(diǎn)定向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)纖維點(diǎn)對(duì)面或點(diǎn)對(duì)立體定形沉積，以達(dá)到一步成形目的。具體方法為以靜電紡絲技術(shù)為基礎(chǔ)，以待制備的非織造材料的形狀為模板設(shè)計(jì)接收器，在接收器上接入負(fù)高壓直流電源，采用正、負(fù)雙電源共同控制空間電場(chǎng)分布，使得纖維定向地沉積到帶有負(fù)電壓的接收器上，直至布滿整個(gè)接收器而不至于散落到接收器以外的區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)非織造材料的定形制備。具體步驟如下 (a)將配制好的高聚物紡絲液或高聚物熔體置于紡絲液供給裝置中，并將正高壓直流電源連接在噴絲頭上； (b)以待制備的非織造材料的形狀為模板，制作相應(yīng)形狀的接收器，按照設(shè)定好的紡絲距離固定于噴絲頭正前方，并連接負(fù)高壓直流電源； (C)設(shè)定紡絲溶液或熔體流速參數(shù)并開啟注射泵； (d)同時(shí)開啟正高壓直流電源和負(fù)高壓直流電源，開始靜電紡絲，在負(fù)高壓電源作用下進(jìn)行納米纖維定形收集。其中，步驟(b)所述待制備材料的形狀可以是二維平面形狀，也可以是三維立體結(jié)構(gòu)。步驟(b)所述的負(fù)高壓直流電源，其電壓值的變化范圍是(T50kV，加載的電壓值根據(jù)接收器的面積大小、形狀以及接收距離、噴絲頭電壓而定。加載的負(fù)電壓值越大，對(duì)纖維定向運(yùn)動(dòng)的控制作用越強(qiáng)，但負(fù)電壓值的上限與接收距離以及噴絲頭正電壓值有關(guān)，以不致引起接收器與噴絲頭之間空氣擊穿放電為限度。本專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)了纖維非織造材料的一步成形，縮短了加工工序，并提高了纖維的利用率，其實(shí)現(xiàn)形狀可控的定形制備的原因和機(jī)理可解釋如下 紡絲過(guò)程中，強(qiáng)電場(chǎng)使紡絲液發(fā)生極化作用而感應(yīng)帶電，在噴絲頭處形成纖維射流，并在電場(chǎng)力作用下由高電勢(shì)點(diǎn)(噴絲頭)向低電勢(shì)點(diǎn)(接收器)運(yùn)動(dòng)并沉積于接收器上。在無(wú)負(fù)電壓加載的收集方式下，由于接收器接地而處于零電勢(shì)點(diǎn)，而接收器周圍的區(qū)域同樣處于零電勢(shì)點(diǎn)，纖維在向接收器運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中不具有明顯的選擇性，容易散落在接收器周圍。本專利技術(shù)的實(shí)施方案為在接收器上接入負(fù)電壓，使得接收器具有較周圍零電勢(shì)區(qū)域更低的電勢(shì)，因此，納米纖維的沉積區(qū)域會(huì)具有明顯的選擇性，而定向的沉積到具有更低電勢(shì)的接收器上，不會(huì)散落到周圍區(qū)域中。當(dāng)接收器設(shè)計(jì)為特定的形狀時(shí)，納米纖維因定向的沉積到異形接收器上而具有與接收器相同形狀的沉積面或立體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了纖維形狀可控的收集。由于采用了上述技術(shù)方案，本專利技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果 (1)本專利技術(shù)利用正負(fù)高壓靜電共同控制空間電場(chǎng)并控制纖維定向運(yùn)動(dòng)，以帶負(fù)高壓電的特定形狀的接收器對(duì)纖維進(jìn)行收集，使得形狀可控的非織造材料的一步成形得以實(shí)現(xiàn)； (2)負(fù)高壓靜電接收方式的使用，使纖維定向的沉積于接收器上，不至于飛落至接收器以外，提高了纖維的利用率； (3)形狀可控纖維非織造材料一步成形的實(shí)現(xiàn)，縮短了后序纖維毛氈的成形加工工序，減少加工成本。附圖說(shuō)明圖1為實(shí)施例1的效果 圖2為實(shí)施例2的效果 圖3為實(shí)施例3的效果圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合聚乳酸超細(xì)纖維定向沉積及其形狀可控非織造材料的制備對(duì)本專利技術(shù)的方案作進(jìn)一步說(shuō)明，以下實(shí)例不構(gòu)成對(duì)本專利技術(shù)的限制。實(shí)例I聚乳酸超細(xì)纖維定向沉積 (1)將聚乳酸母粒置于熔體電紡裝置的料管中，升溫至180攝氏度，使聚乳酸熔化，并將正高壓直流電源連接到噴絲頭上； (2)將五片直徑為2cm的圓形鋁箔接收器按圖1(A)所示固定于針頭前方IOcm處，其中右邊一片鋁箔接負(fù)高壓直流電源，前、后、左、中四片鋁箔均良好接地； (3)設(shè)定熔體擠出速率為O.5ml/h，并開啟熔體擠出單元； (4)同時(shí)開啟正、負(fù)高壓直流電源，并分別設(shè)定電壓為+15kv和_5kv，開始靜電紡絲，以高速攝像機(jī)拍攝纖維沉積過(guò)程，效果如圖1 (B)所示，收集10分鐘后，效果如圖1 (C)所示。由圖1 (B)和圖1 (C)可以看出，纖維射流由噴絲孔處形成后，會(huì)明顯地偏向具有更低電勢(shì)的接收器運(yùn)動(dòng)，而選擇性的沉積到接有負(fù)電壓的接收器上，從而實(shí)現(xiàn)纖維運(yùn)動(dòng)方向的定向控制。實(shí)例2聚丙烯腈納米纖維定形沉積 (1)將聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺(DMF)中，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的紡絲液，量取20ml置于注射器內(nèi)，并裝載到微量注射泵上，將正高壓直流電源接到針頭上； (2)將鋁箔裁剪成五角星形作為接收器固定于噴絲頭前方20cm處； (3)設(shè)定溶液注射速率為O.3ml/h,開啟注射泵； (4)將接收器接地，并開啟正高壓直流電源,設(shè)定電壓為+20kv，開始靜電紡絲，收集Ih后效果如圖2 (A)； (5)將負(fù)高壓直流電源連接到接收器上，同時(shí)開啟正、負(fù)高壓直流電源，分別設(shè)定電壓為+20kv和-2kv，開始靜電紡絲，收集Ih后效果如圖2 (B)； 對(duì)比圖2 (A)和圖2 (B)，當(dāng)單電源控制靜電紡絲時(shí)，接收器對(duì)纖維的收集不具有束縛性，當(dāng)纖維布滿接收器后，由于接收器周圍的區(qū)域與接收器同樣處于零電勢(shì)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種形狀可控非織造材料的成形方法，采用靜電紡絲方法，其特征在于：以所需非織造材料的形狀為模板設(shè)計(jì)接收器，所述接收器上接有負(fù)高壓直流電源。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種形狀可控非織造材料的成形方法，采用靜電紡絲方法，其特征在于:以所需非織造材料的形狀為模板設(shè)計(jì)接收器，所述接收器上接有負(fù)高壓直流電源。2.如權(quán)利要求1所述的一種形狀可控非織造材料的成形方法，其特征在于:所述的負(fù)高壓直流電源，其電壓值的變化范圍是(T50kV，以不致引起接收器與噴絲頭之間空氣擊穿放電為限度。3.如權(quán)利要求1所述的一種形狀可控非織造材料的成形方法，其特征在于:所述所...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐陽(yáng)，魏取福，黃鋒林，杜遠(yuǎn)之，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：江南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：