本发明专利技术涉及用于生产直径从微米纤维至纳米纤维的纤维（5）的二维或三维纤维材料的方法，其中首先纤维（5）连续从溶液（1）拉出，并且用静电场拉至n个电极（6）的旋转组（11）。组（11）的各个电极（6）以彼此之间有规则的间隔设置，并且与电极（6）的组（11）的旋转轴之间的距离相等且与该旋转轴平行。纤维（5）缠绕在电极（6）的旋转组（11）上。在形成纤维（5）的层（8）后，静电场断开且电极（6）的旋转组（11）旋转停止，并且去除在两个相邻电极（6）之间的场中形成的纤维（5）的层（8）。在后继步骤中，电极（6）的旋转组（11）转过360/n°的角度，并且将在与上一步骤中去除层（8）的场相邻的场中的两个相邻电极（6）之间形成的纤维（5）的层（8）去除。该步骤重复n次。该解决方案还涉及用于实施该方法的设备，该设备包括至少一个拉丝喷嘴（3）、电极（6）的旋转组（11）以及积聚器（7），其中拉丝喷嘴（3）连接至第一电势，电极（6）的旋转组（11）面向喷嘴，积聚器（7）用于收集处于两个相邻电极（6）之间的纤维（5）。积聚器（7）设置成相对于电极（6）在电极（6）纵轴的方向上可移动，用于收集处于两个相邻电极（6）之间的纤维（5），并且设置成相对于电极（6）在垂直于电极（6）纵轴的方向上可移动，用于将其带入接合以收集处于两个相邻电极（6）之间的纤维（5），并且在完成收集处于两个相邻电极（6）之间的纤维（5）之后带出接合。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由纳米纤维或微米纤维组成的具有各向异性属性材料的生产方法及实施该方法的设备
本专利技术涉及用于生产微米纤维或纳米纤维的二维或三维纤维材料的方法，其中首先将纳米纤维或微米纤维连续从溶液拉出，纳米纤维或微米纤维用静电场拉至旋转的η个电极组。在该过程中，各个电极以彼此之间有规则的间隔设置，并且与电极组的旋转轴之间的距离相等且与该旋转轴平行。该电极组旋转，并且因此纳米纤维或微纤维缠绕在该电极组上。在纳米纤维或微米纤维缠绕后，静电场断开且电极组的旋转停止，并且在两个相邻电极之间的场中形成的微米纤维或纳米纤维层被去除。本专利技术还涉及用于生产微米纤维或纳米纤维的二维或三维纤维材料的设备。该设备包括至少一个拉丝喷嘴以及面向喷嘴的电极组，其中拉丝喷嘴附接至第一电势，电极组以彼此之间有规则的间隔设置，并且附接至第二电势。该设备还包括用于收集处于相邻电极对之间的微米纤维和纳米纤维的积聚器。
技术介绍
微米纤维或纳米纤维的生产通过静电纺丝的方法实施。该方法在专业文献中表达为“静电纺丝(Electrospinning)”。在该方法中，将聚合物的熔化物或溶液形成为纤维结构是由高静电场的作用造成的。该场的力首先引起滴流喷出聚合物溶液或熔化物液滴，然后该场的力还启动该细流向相对的电极的运动。在运动过程中，发生聚合物的变细、拉伸和固化，并且固体纤维形式的聚合物落在所谓收集器的相对的电极上。该纤维在两个电极之间的整个运动是高度复杂的，并且该运动的轨迹是相当随机的。飞扬纤维字面意义上的混乱运动导致纤维随机沉积在相对的电极上，在相对的电极处形成带有纤维非纺织纤维材料，该纤维具有从10纳米至十几微米的直径。该制造方法从美国专利US2048651已知。具有高度精细结构的纳米纤维或微米纤维材料不仅在先进医学的许多领域中找到大量应用，而且在微电子、光学和电力工程也有大量应用。在相对非常小的体积中形成巨大表面是这些材料基本优点中的一个，并且这些材料的纤维间的空间(孔)具有非常小的尺寸。具有精细内部纳米结构或微米结构的材料呈现相当新的属性，这些属性能够与相同材料的体积样品的属性显著不同。此外，可能控制这些独特的属性，并且通过受控生产使这些属性适于具体应用的要求。未来的应用依靠这种材料在先进医学的各个领域中的使用，因为这种材料为活组织中细胞的成长、运动和复制提供非常有利和自然的条件。不幸的是，这种材料的可用性仅因为其内部混乱的结构而相当受限。组织工程的应用规定其对规则三维结构的要求，三维结构随后用作软骨、骨头、以及神经的替代物，血管和心血管移植等。只是材料的内部轴向规律相当支持细胞、组织的定向生长和运动，并且还支持长神经紊乱的再生。当在诸如肌肉和结缔组织置换的应用中受压时，有序结构保证材料的所需的弹性。该材料的机械属性仅通过选择内部结构轴向有序就能够进行相当好的控制。在众多的应用中都需要具有精确内部形态的新材料，不仅仅在先进医学的领域中。例如，对于能够由本专利技术中公开的方法生产的纳米纤维或微米纤维提供的微电子或光学连接件，规则的结构也是很必要的。定向纳米纤维或微米纤维的当前方法和生产技术通过以高转速驱动的旋转收集器解决。在大多数情况中，这种收集器的表面为在US4552707或US20020084178中所述的圆柱体形或者细杆形，捕捉飞扬的纤维，并且将收集器自身运动的方向上机械地携带纤维；纤维实际上是围绕旋转的圆柱体缠绕。纳米纤维或微米纤维直接沉积至圆柱体表面上或在设置在一个旋转轴上的两个旋转杆之间的间隙中形成，参见US20070269481。这种收集器的表面是电极中的一个，并且因此收集器的表面必须由导电材料制成。除非收集器直接连接至高压电源电极中的一个，参见US20090108503、US4689186，或者如果其表面用非导电衬底重叠，那么会出现生产过程效率的显著损失，因为实际上绝缘材料插入两个主电极之间，并且从而电场降低，而且其同质性被打乱。降低的效率由纤维较长的沉积指示，因为较厚的沉积层也作为不希望的绝缘材料，并且因此进一步的纤维在与收集器不同的方向上被排斥。迄今沉积纤维的区域中积累电荷，该电荷与由纤维在冲击收集器上之前携带的电荷具有相同的极性。具有相同极性的这些电荷之间斥力起作用，这些斥力对新沉积纤维的排序有负面影响。当沉积了更厚的纤维层时，该电荷的负面影响增加，因为在上层中的纤维已经随机进行沉积，并且不再像在下层中沉积的纤维那样遵守轴向有序。而且，所得到的纤维层具有部分受限的有序度，这是由捕获具有与仅垂直于旋转圆柱体表面的不同方向的飞扬纤维造成的。上述方法主要运行良好，但是，关于实现纤维材料内部结构的精确定向的结果通常不令人满意，因为在所生产的材料中还有高比例的纤维不遵守任何优选方向。纤维材料的后继操作及纤维材料从收集器表面的受控取下是非常必要的问题，该问题不是任何当代技术解决方案的一部分。纤维层沉积在收集器上，并且为了纤维层的后继使用，纤维层必须进行转移，通常转移至很不同的垫层上或转移至另一容器等中。并且，在专利申请US20080208358A1中公开的实施方式的示例中，将这样手动逐个切出的纤维材料条装配入较厚三维结构中。这种层是高度精细的，并且用纳米纤维或微米纤维材料操作是很复杂的，因为当从所使用的收集器取下时，很容易已经产生对该层的不可逆损害。任何对具有较大面积的材料的操纵几乎是不可能的，特别是对于具有非常低的机械性能的生物聚合物纤维。目前还没有解决在保持或甚至增大层中纤维的定向度的情况下，会提供适当机械操作以及将纳米纤维或微米纤维层转移至另一纳米纤维或微米纤维层上的结构，即，任何垫层。专利申请W02006136817A1描述了使用具有纵向设置成绕旋转轴的电极的旋转收集器。该收集器的几何尺寸并未提到。作者并未给出仔细地从收集器取下纤维的方法。未解决用于沉积至旋转收集器上纤维的收集机构。所描述的方法并没有解决生产过程的所有阶段，或者更确切的说，该过程由纤维沉积终止。因此，在没有操作者的干预和人工操作的情况下是不可能完成该生产过程的，这导致质量以及材料的内部结构的相当大的降低。在卡塔(Katta)等人的公开中(KattaP., M.Alessandro et al.NanoLetters, 4(11):2215-2218, 2004)，使用由纵向导电性电极作为收集器建成的旋转圆柱体，用于生成定向纤维。该公开中描述的收集器具有约40个导电电极，这些电极彼此相距10mm，并且创建直径为120_的旋转收集器。该公开说明了在较长时间沉积的过程中单轴纤维定向的损失。该公开并未进行对操作使用重要的参数的优化和描述。作者也没有用于处理沉积在该类型收集器上的纤维层的进一步的步骤。
技术实现思路
通过根据本专利技术的生产具有微米纤维或纳米纤维直径的纤维的二维或三维纤维材料的方法在相当程度上消除了现有技术的上述缺点，在该方法中，首先，将纳米纤维或微米纤维连续地从溶液中拉出，纳米纤维或微米纤维用静电场拉至旋转的η个电极组(其中η是从I至200的自然数)。该组的各个电极以彼此之间有规则的间隔设置，并且与电极组的旋转轴之间的距离相等且与该旋转轴平行。该电极组旋转，并且从而纳米纤维或微纤维缠绕在该电极组上。在纳米纤维或微米纤维细层形成后，静电场断开且电极组的旋转本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生产直径从微米纤维至纳米纤维的纤维（5）的二维或三维纤维材料的方法，其中在步骤a）中：‑所述纤维（5）连续地从溶液（1）中拉出，并且用静电场拉至n个电极（6）的旋转组（11），其中n是自然数，所述组（11）的各个电极（6）以彼此之间有规则的间隔设置，并且与所述电极（6）的组（11）的旋转轴之间的距离相等且与该旋转轴平行，所述纤维（5）通过旋转所述电极（6）的组（11）缠绕在所述电极（6）的组（11）上，然后在步骤b）中：‑所述静电场断开且所述电极（6）的组（11）的旋转停止，并且将在两个相邻所述电极（6）之间的场中形成的纤维（5）的层（8）去除，其特征在于，在后继步骤c）中：‑所述电极（6）的旋转组（11）旋转经过360/n的角度，将在与上一步骤b）中去除层（8）的场相邻的场中的两个相邻电极（6）之间形成的纤维（5）的层（8）去除，并且所述步骤共重复n次。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.27 CZ PV2011-3761.一种生产直径从微米纤维至纳米纤维的纤维(5)的二维或三维纤维材料的方法，其中在步骤a)中: -所述纤维(5)连续地从溶液(I)中拉出，并且用静电场拉至η个电极(6)的旋转组(11)，其中η是自然数，所述组(11)的各个电极(6)以彼此之间有规则的间隔设置，并且与所述电极(6)的组(11)的旋转轴之间的距离相等且与该旋转轴平行，所述纤维(5)通过旋转所述电极(6)的组(11)缠绕在所述电极(6)的组(11)上，然后在步骤b)中: -所述静电场断开且所述电极(6)的组(11)的旋转停止，并且将在两个相邻所述电极(6)之间的场中形成的纤维(5)的层(8)去除， 其特征在于，在后继步骤c)中: -所述电极(6)的旋转组(11)旋转经过360/n的角度，将在与上一步骤b)中去除层(8)的场相邻的场中的两个相邻电极(6)之间形成的纤维(5)的层(8)去除，并且所述步骤共重复η次。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将在两个相邻所述电极(6)之间的场中形成的层(8)去除的步骤c)之前，积聚器(7)略微转向以达到与上一层(8)的纤维(5)方向不同的纤维(5 )方向。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维(5)的叠加层(8)压在一起。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，成品的所需空间形状通过压缩所述纤维(5)的层(8)形成。`5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，由所述纤维(5)形成的物品用另一介质嵌入，从而生成具有所需属性的复合材料。6.一种用于实施如权利要求1至5中所述的方法生产所述纤维(5)的二维或三维纤维材料的设备，包括至少一个拉丝喷嘴(3)、电极(6)的组(11)、和积聚器(7)，其中所述拉丝喷嘴(3)连接至第一电势，所述电极(6)的组(11)面向所述拉丝喷嘴，以彼此之间有规则的间隔设置，并且附接至第二电势，所述积聚器(7)用于收集处于两个相邻所述电极(6)之间的纤维(5)，其特征在于: -将所述电极(6 )的组(11)旋转，以及 -所述电极(6)的组(11)的各个电极(6...
【专利技术属性】
技术研发人员：马莱克·博克尔尼，拉达·马丁佐娃，瓦迪米尔·韦莱布尼，
申请(专利权)人：康迪普罗生物技术公司，
类型：发明
国别省市：捷克;CZ
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