CN106637437A - 一种纳米纤维量产装置的喷头 - Google Patents

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许茜
曹卫鑫
菅宁歌
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    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0069—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the spinning section, e.g. capillary tube, protrusion or pin

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Abstract

本发明提供的一种纳米纤维量产装置的喷头，包括聚四氟乙烯凸形多孔板、不锈钢喷头体固定螺帽、不锈钢空心T字形外螺旋管、氟橡胶密封压圈和不锈钢液槽。由气泵或电泵推动通过液槽的进液口的纺丝溶液可以依次经过空心T字形外螺旋管、不锈钢喷头体固定螺帽，到达凸形多孔板，在多孔板密布的喷丝细孔形成多个出液点，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。这种装置能连续、稳定地制备纳米级的纤维，可选择采用单个喷头或多个喷头的工作方式适应不同的产量要求，既适用于水性溶剂，也适用于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。

Description

一种纳米纤维量产装置的喷头
技术领域
本发明描述了一种纳米纤维量产装置的喷头，能连续、稳定地大量制备纳米纤维，同时水和有机溶剂兼容，打破了制备纳米纤维的原材料的局限性。
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。
目前国内外已有的量产技术研究有限，且均为单一喷头式或无喷头式，不可避免地分别存在这两种方式固有的局限：喷头式电纺量产技术适合水和有机溶剂兼容，但存在易堵、难清洗的缺点，产率也较无喷头方式低。而无喷头方式由于制备过程中电纺溶液是相对敞开的，有机溶剂易于挥发，目前只适用于水溶性或低挥发性有机溶剂材料。两种方法实则是互补的关系，因此将喷头式和无喷头式的量产制备技术加以整合，以期取长补短，或扬长避短，预期可获得优势兼有的新技术。
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：本发明提供的一种纳米纤维量产装置的喷头，该喷头包括凸形多孔板、喷头体固定螺帽、空心T字形外螺旋管、密封压圈、液槽；其中，空心T字形外螺旋管的上端即大口端上设置凸形多孔板，凸形多孔板的凸形部分外套氟橡胶密封压圈，喷头体固定螺帽套在密封压圈、凸形多孔板、空心T字形外螺旋管的外面，喷头体固定螺帽的内螺纹与空心T字形外螺旋管的外螺纹旋接，将橡胶密封压圈和凸形多孔板压紧在空心T字形外螺旋管内，空心T字形外螺旋管下部的小口端插入液槽的连接口；由气泵或电泵推动通过液槽的进液口的纺丝溶液依次经过空心T字形外螺旋管、喷头体固定螺帽到达凸形多孔板，在电场中实施纳米纤维纺制。
所述的凸形多孔板的凸形部分表面密布孔径在0.01～0.1毫米的喷丝细孔。
所述的液槽是密闭式的，具有与连接口相通的内部沟槽，作为纺丝溶液的流动通道；连接口有一或多个，能与一个或多个空心T字形外螺旋管相连，使纳米纤维量产装置可以单喷头或多喷头方式工作。
所述的凸形多孔板采用聚四氟乙烯材料制成。
所述的喷头体固定螺帽、空心T字形外螺旋管、液槽采用不锈钢材料制成。
所述的密封压圈采用氟橡胶材料制成。
有益效果：本发明具有的有益效果为：
1)与现有方法相比，本发明提供的装置能连续、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)本发明提供的装置可选择采用单个喷头或多个喷头的工作方式适应不同的产量要求，是一种可以灵活应用于静电纺丝技术的普适型配件。单个喷头工作方式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，满足纳米纤维工业化量产的要求。
3)本发明提供的装置既适用于水性溶剂，也适用于有机溶剂配制的电纺溶液，打破了制备纳米纤维的原材料的局限性。
4)本发明提供的装置，将喷头式和无喷头式的量产制备技术加以整合，克服了通常喷头易堵、难清洗的缺点，且纳米纤维产率堪比无喷头方式，依托此装置可建立优势兼有的纳米纤维量产新技术。
附图说明
图1：本发明提供的纳米纤维量产装置的喷头的结构示意图。其中有：凸形多孔板1、凸形部分1a、喷头体固定螺帽2、空心T字形外螺旋管3、大口端3a、小口端3b、密封压圈4、液槽5、连接口5a、进液口5b。
具体实施方式
本发明的基于新型喷头的纳米纤维量产装置，包括聚四氟乙烯凸形多孔板1、不锈钢喷头体固定螺帽2、不锈钢空心T字形外螺旋管3、氟橡胶密封压圈4、不锈钢液槽5。其中，聚四氟乙烯凸形多孔板1的凸形部分外套氟橡胶密封压圈4，安放于不锈钢喷头体固定螺帽2的开口喷头端，聚四氟乙烯凸形多孔板1的平面部分朝向不锈钢喷头体固定螺帽2的内螺纹端；不锈钢空心T字形外螺旋管3的大口端和小口端各具外螺旋，分别可与不锈钢喷头体固定螺帽2的内螺纹端和不锈钢液槽5的连接口以螺旋方式连接，使得聚四氟乙烯凸形多孔板1紧密固定在不锈钢喷头体固定螺帽2和不锈钢空心T字形外螺旋管3之间，同时使得由气泵或电泵推动通过不锈钢液槽5进液口的纺丝溶液可依次经过不锈钢空心T字形外螺旋管3、不锈钢喷头体固定螺帽2，到达聚四氟乙烯凸形多孔板1，在电场中实施纳米纤维纺制。
通过以下实施例进一步说明本发明。
实施例1：
纳米纤维量产装置的喷头的结构为：聚四氟乙烯凸形多孔板的凸形部分外套氟橡胶密封压圈，安放于不锈钢螺帽喷头体的开口喷头端，其平面部分朝向不锈钢螺帽喷头体的螺纹端；不锈钢空心T字形外螺旋管的大口端和小口端各具外螺旋，分别可与不锈钢螺帽喷头体的螺纹端和不锈钢液槽的连接口以螺旋方式连接，使得聚四氟乙烯凸形多孔板紧密固定在不锈钢螺帽喷头体和不锈钢空心T字形外螺旋管之间，同时使得由气泵或电泵推动通过不锈钢液槽的进液口的纺丝溶液可以依次经过不锈钢空心T字形外螺旋管、不锈钢螺帽喷头体，到达聚四氟乙烯凸形多孔板，在多孔板密布的喷丝细孔形成多个出液点，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。
所述的聚四氟乙烯凸形多孔板是圆形的，其凸形部分的直径较不锈钢螺帽喷头体开口喷头端圆周的直径小0.5-2.0毫米，使凸形部分外套氟橡胶密封压圈后，可籍由不锈钢空心T字形外螺旋管与不锈钢螺帽喷头体的螺旋连接，紧密固定在两者之间。
所述的聚四氟乙烯凸形多孔板凸形部分，其表面密布孔径在0.01～0.1毫米的喷丝细孔。
所述的不锈钢液槽是密闭式的，有一或多个连接口，可与一个或多个不锈钢螺帽喷头体的螺纹端相连，使装置可以单喷头或多喷头方式工作。
所述的不锈钢液槽具与连接口相通的内部沟槽，作为纺丝溶液的流动通道，使由气泵或电泵推动下通过不锈钢液槽的进液口的纺丝溶液可以依次经过不锈钢空心T字形外螺旋管、不锈钢螺帽喷头体，到达聚四氟乙烯凸形多孔板。
聚四氟乙烯凸形多孔板1凸形部分表面喷丝细孔的孔径为0.01毫米，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。单一喷头工作方式，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：
纳米纤维量产装置的喷头的结构同实施例1，聚四氟乙烯凸形多孔板1凸形部分表面喷丝细孔的孔径为0.1毫米。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。5个喷头同时工作方式，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：
纳米纤维量产装置的喷头的结构同实施例1，聚四氟乙烯凸形多孔板1凸形部分表面喷丝细孔的孔径为0.05毫米，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。单一喷头工作方式，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 (6)

1.一种纳米纤维量产装置的喷头，其特征在于，该喷头包括凸形多孔板(1)、喷头体固定螺帽(2)、空心T字形外螺旋管(3)、密封压圈(4)、液槽(5)；其中，空心T字形外螺旋管(3)的上端即大口端(3a)上设置凸形多孔板(1)，凸形多孔板(1)的凸形部分(1a)外套氟橡胶密封压圈(4)，喷头体固定螺帽(2)套在密封压圈(4)、凸形多孔板(1)、空心T字形外螺旋管(3)的外面，喷头体固定螺帽(2)的内螺纹与空心T字形外螺旋管(3)的外螺纹旋接，将橡胶密封压圈(4)和凸形多孔板(1)压紧在空心T字形外螺旋管(3)内；空心T字形外螺旋管(3)下部的小口端(3b)插入液槽(5)的连接口(5a)；由气泵或电泵推动通过液槽(5)的进液口(5b)的纺丝溶液依次经过空心T字形外螺旋管(3)、喷头体固定螺帽(2)到达凸形多孔板(1)，在电场中实施纳米纤维纺制。
2.如权利要求1所述的一种纳米纤维量产装置的喷头，其特征在于所述的凸形多孔板(1)的凸形部分(1a)表面密布孔径在0.01～0.1毫米的喷丝细孔。
3.如权利要求1所述的一种纳米纤维量产装置的喷头，其特征在于，其特征在于所述的液槽(5)是密闭式的，具有与连接口(5a)相通的内部沟槽，作为纺丝溶液的流动通道；连接口(5a)有一或多个，能与一个或多个空心T字形外螺旋管(3)相连，使纳米纤维量产装置可以单喷头或多喷头方式工作。
4.如权利要求1所述的一种纳米纤维量产装置的喷头，其特征在于所述的凸形多孔板(1)采用聚四氟乙烯材料制成。
5.如权利要求1所述的一种纳米纤维量产装置的喷头，其特征在于所述的喷头体固定螺帽(2)、空心T字形外螺旋管(3)、液槽(5)采用不锈钢材料制成。
6.如权利要求1所述的一种纳米纤维量产装置的喷头，其特征在于所述的密封压圈(4)采用氟橡胶材料制成。
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