CN102492999B - 一种可实现静电纺丝法量产纳米纤维的喷头 - Google Patents
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Abstract
一种可实现静电纺丝法量产纳米纤维的喷头，包括柔性多孔滤芯、微孔覆膜、微孔覆膜压圈和锥状喷头体。电纺溶液在气泵或电泵加压推动下经过柔性多孔滤芯，形成多个出液点，再经过微孔覆膜调节液滴大小，形成多个泰勒锥，在高压电场作用下进行拉伸，并随着溶剂的挥发，固化成丝。这种喷头能连续、稳定地制备纳米级的纤维，单个喷头的工作效率较传统的单一喷针提高10~100倍，采用多个喷头阵列的工作方式，可进一步大为提高生产效率，满足纳米纤维量产的要求。喷头既适用于水性溶剂，也适用于非水有机溶剂配制的电纺溶液，是一种可以灵活应用于静电纺丝技术的普适型配件，可与常规电纺装置配套使用，不需要特殊的设备，成本低廉。
Description
技术领域
本发明描述了一种可实现静电纺丝法量产纳米纤维的喷头，该喷头可与常规电纺装置配套使用，可连续稳定地生产纳米纤维，大幅提高纳米纤维的产率，实现纳米纤维的量产化。
背景技术
静电纺丝是一项借助高压电场作用，对聚合物溶液进行拉伸，制备比表面积大、孔隙率高、长径比大、表面能高、活性高的纳米纤维的技术。相比于其它的纳米纤维的制备方法，该方法具有更加方便、简单、灵活等优点，而且还可以将大量治疗型药物、抑菌物质、功能基团甚至是活细胞等复合到纤维材料之中，因此在生物医药、生物传感、纳米电子、光电子器件、催化等领域具有极高的应用价值，已成为纳米研究领域的热点之一。
纳米纤维的量产，获得批间性能稳定、质量可控的纳米纤维，是基于纳米纤维的各项基础研究和应用研究工作的基础，也是实现相关研究成果的产业化，从而实现其经济价值和社会价值的瓶颈问题。因此，纳米纤维量产技术，是制约纳米纤维产业发展的核心关键技术。2004年世界上首台大规模低成本生产纳米纤维材料的纺丝机“纳米蜘蛛”，由捷克ELMARCO公司生产问世，随之，国内外纳米纤维量产化相关研究正在开展。因此，尽快研发具有自主知识产权的纳米纤维量产技术和装置，拔得国内相关研究领域的头筹，抢占相关产品市场开拓的先机，尤为必要和迫切。
静电纺丝的喷头是整个装置的核心部分，常规的静电纺丝装置是将非牛顿流体输送至高压电正极处的单喷头口，由高压电场作用形成纳微米纤维，并在与高压电负极相连金属板上富集沉积，得到纤维薄膜材料。该装置采用的是单一喷头，产率极低，从而限制了纳米纤维的大规模生产及应用。近年来，随着静电纺丝研究的日益深入，人们对静电纺丝装置的革新及其改进也在紧锣密鼓地进行着，如将单喷头改造成并列喷头、多喷头、同心喷头等。然而这些技术依然存在不能很好地实现纳米纤维的连续、稳定生产，因此，不能实现量产，满足对纳米纤维大规模应用的需求。科学的喷头设计，辅以操作参数的调节和优化，才是实现纳米纤维量产技术的研究重点。
发明内容
技术问题：本发明提供了一种可实现静电纺丝法量产纳米纤维的喷头，该喷头可与常规电纺装置配套使用，可连续稳定地生产纳米纤维，大幅提高纳米纤维的产率，实现纳米纤维的量产化。
技术方案：本发明提供的一种可实现静电纺丝法量产纳米纤维的喷头，包括柔性多孔滤芯、微孔覆膜、微孔覆膜压圈和锥状喷头体；其中，锥状喷头体为两端开口的空心锥状结构，在锥状喷头体大口端内固定有柔性多孔滤芯，在柔性多孔滤芯的外表面以微孔覆膜包覆，微孔覆膜的外边由微孔覆膜压圈固定在锥状喷头体上；锥状喷头体的尖头端为进液口接电纺溶液进料管。电纺溶液在气泵或电泵加压推动下经进料管通过柔性多孔滤芯，形成多个出液点，再经过微孔覆膜调节液滴大小，形成多个泰勒锥，在高压电场作用下进行拉伸，并随着溶剂的挥发，固化成丝。
所述的柔性多孔滤芯采用的是海绵或软质泡沫塑料。
所述的微孔覆膜采用采用孔径在0.01~1.0毫米的尼龙布。
所述的微孔覆膜压圈的材质是耐有机溶剂橡胶。
所述的锥状喷头体是塑料或是金属材质的，锥度为1:3~1:20。
有益效果：本发明具有的有益效果为：
1）与现有方法相比，本发明提供的喷头设计能连续、稳定地制备纳米级的纤维，制备过程中无间断现象，无液滴上扬，制备的纳米纤维膜质地均匀。
2）本发明提供的单个喷头的制备效率较传统的单一喷针提高10~100倍；采用多个喷头阵列的工作方式，可进一步大大提高生产效率，满足纳米纤维量产的要求。
3）本发明提供的喷头可与常规电纺装置配套使用，不需要特殊的设备，结构简单、成本低廉。
4）本发明提供的喷头既适用于水性溶剂，也适用于非水有机溶剂配制的电纺溶液，是一种可以灵活应用于静电纺丝技术的普适型配件。
附图说明
图1：本发明提供的喷头的结构示意图。其中有：柔性多孔滤芯1、微孔覆膜2、微孔覆膜压圈3、锥状喷头体4。
图2：实施例1纳米纤维膜扫描电镜图。
图3：实施例2纳米纤维膜扫描电镜图。
图4：实施例3纳米纤维膜扫描电镜图。
具体实施方式
本发明的可实现静电纺丝法量产纳米纤维的喷头，包括柔性多孔滤芯1、微孔覆膜2、微孔覆膜压圈3和锥状喷头体4；其中，锥状喷头体4为两端开口的空心锥状结构，在锥状喷头体4大口端内固定有柔性多孔滤芯1，在柔性多孔滤芯1的外表面以微孔覆膜2包覆，微孔覆膜2的外边由微孔覆膜压圈3固定在锥状喷头体4上；锥状喷头体4的尖头端接电纺溶液进料管。
通过以下实施例进一步说明本发明。
实施例1：
采用塑料材质的锥度为1:3的锥状喷头体4，柔性多孔滤芯1为海绵，孔径为0.01毫米的尼龙布作为微孔覆膜2。电纺溶液为10%的聚氧化乙烯水溶液，气泵推进速度为0.1mL/min，纺丝电压为15Kv，收集距离为15cm。单一喷头工作，制备的纳米纤维平均直径为200nm，20分钟获得的纳米纤维膜大小为10×15cm，厚度为75μm。
实施例2：
采用塑料材质的锥度为1:10的锥状喷头体4，柔性多孔滤芯1为海绵，孔径为0.01毫米的尼龙布作为微孔覆膜2。电纺溶液为10%的聚氧化乙烯水溶液，气泵推进速度为0.1mL/min，纺丝电压为20Kv，收集距离为16cm。16个喷头，以4×4排成两两间隔为1cm的矩阵工作，制备的纳米纤维平均直径为300nm，15分钟获得的纳米纤维膜大小为40×40cm，厚度为150μm。
实施例3：
采用金属材质的锥度为1:20的锥状喷头体4，柔性多孔滤芯1为软质聚氨基甲酸酯泡沫塑料，孔径为0.1毫米的尼龙布作为微孔覆膜2。电纺溶液为10%的聚苯乙烯二氯甲烷溶液，电泵推进速度为0.2mL/min，纺丝电压为15Kv，收集距离为15cm。单一喷头工作，制备的纳米纤维平均直径为300nm，20分钟获得的纳米纤维膜大小为13×17cm，厚度为90μm。
Claims (1)
1.一种可实现静电纺丝法量产纳米纤维的喷头，包括柔性多孔滤芯（1）、微孔覆膜（2）、微孔覆膜压圈（3）和锥状喷头体（4）；其中，锥状喷头体（4）为两端开口的空心锥状结构，在锥状喷头体（4）大口端内固定有柔性多孔滤芯（1），在柔性多孔滤芯（1）的外表面以微孔覆膜（2）包覆，微孔覆膜（2）的外边由微孔覆膜压圈（3）固定在锥状喷头体（4）上；锥状喷头体（4）的尖头端为进液口接电纺溶液进料管；
所述的柔性多孔滤芯（1）采用的是软质泡沫塑料；
所述的微孔覆膜（2）采用孔径在0.01～1.0毫米的尼龙布；
所述的微孔覆膜压圈（3）的材质是耐有机溶剂橡胶，所述的锥状喷头体（4）是塑料或是金属材质的，锥度为1:3～1:20。
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