CN108385175A - 一种自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头；包括第一进液腔、第二进液腔、第一纺丝腔、第二纺丝腔、第三纺丝腔、连通通道、电机和衔接柱；第一叠片和第二叠片间隔设置形成第一纺丝腔；第二叠片和第三叠片间隔设置形成第二纺丝腔；第三叠片和第四叠片间隔设置形成第三纺丝腔；第一纺丝腔和第三纺丝腔设置在第二纺丝腔的上下两侧，连通通道固定在第二叠片和第三叠片上；第一叠片和第二叠片通过衔接柱与第三叠片和第四叠片连接。本发明克服了普通同轴针头静电纺丝工艺影响因素复杂、装置清洗困难、易造成喷孔堵塞等问题，提高了纺丝效率和纺丝的稳定性，有效实现具有皮芯结构的复合纤维材料的大批量制备。

Description

一种自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头
技术领域
本发明涉及皮芯结构纳米纤维材料的制备领域，具体涉及一种自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头装置。
背景技术
近年来，纳米纤维随着纳米技术的发展已取得了很大的进展。通常制备纳米纤维材料的方法有相分离法、自组装法、模板合成法、双组分挤出和静电纺丝技术等。其中，静电纺丝技术是目前唯一能够直接、连续制备聚合物微、纳米纤维的方法，同时由于所制备纳米纤维的尺寸容易控制，可简便实现多级结构超细纤维的制备。此外，也可通过与高分子复合纺丝，制备出复合纳米纤维。目前为止静电纺丝已成功制备出超过100种的聚合物的纳米纤维。
在静电纺丝不断的发展中，研究者的研究焦点大致集中在理论研究、过程控制因素研究、加工方法的研究、聚合物-溶剂体系的研究以及静电纺纤维的应用等几个方面。在静电纺丝成型方法的研究中，通过选择不同的聚合物溶液体系、喷丝和收集装置以及纺丝条件，可得到不同结构形态的静电纺丝纤维。其中，对于喷丝头装置的研究越来越多。静电纺喷丝头通过在纺丝过程中产生微细小液滴，提供射流激发位点，从而实现静电纺丝过程的发生。根据喷丝头的不同，静电纺丝可分为单喷头静电纺丝、复合喷头静电纺丝、多喷头静电纺丝、自由表面静电纺丝、离心静电纺丝等。
自由表面静电纺丝与传统针头式静电纺丝比较，其射流是在没有借助其他工具(如针头等)的情况下，由液体表面自发形成，具有设备简单，成本低，清洗方便，可避免多针头的复杂结构及堵塞问题，同时减少工艺参数的影响等优势，可实现更稳定的大量纺丝。离心纺丝法是聚合物熔体或溶液借助高速旋转的装置在所产生的离心力和剪切力的作用下由细孔或狭缝甩出而成纤的方法。离心静电纺丝是将离心纺丝与静电纺丝相结合的一种纺丝形式，它大大提高了静电纺丝装置的工作效率，并可有效避免传统喷头纺丝时喷孔的堵塞问题。但是现有的自由表面静电纺丝装置和离心静电纺丝装置由于结构的单一设计均得到的是单组分纤维，难以得到含两种以上的复合截面结构的纤维，从而限制了其功能复合型纤维材料的应用。
同轴静电纺丝作为一种制备复合型纤维的常用纺丝方法，由Sun等(Sun Z,Zussman E,Yarin AL,et al.Compound core–shell polymer nanofibers by co‐electrospinning[J].Advanced Materials,2003,15(22):1929-1932.)在2003年首次提出，随后得到广泛的研究与应用，它与传统静电纺丝最大的区别是针头的设计，普通的同轴静电纺丝的针头是采用复合针头。两个同轴的毛细管通过改进相互嵌套组成的复合针头，为了保证壳层溶液流动顺畅，在内外层的两个毛细管之间会留有一定的空隙，采用不同的储存溶液装置储存芯层和皮层聚合物溶液，在推进器的共同推动下，核壳两层的液体在针头尖端处汇合并形成复合液滴，在高压静电场的作用拉伸下制备出包含两个组分及以上的具有皮芯结构的复合纤维，但由于同轴推进装置的搭建与控制较为麻烦，内外层溶液流速较难控制，存在一定的操作难度，并且同轴纺丝针头在清洗方面比较困难，生产效率低，均增大了同轴静电纺丝进一步发展的难度。
发明内容
本发明的目的是为了改善现有同轴静电纺丝中工艺影响因素复杂、装置清洗困难、易造成喷孔堵塞等问题，提供一种清洗方便，生产效率高，具有更稳定纺丝工艺的自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，利用装置中不同通道中纺丝液的表面张力作用，形成具有皮芯结构的复合纳米纤维。
本发明目的通过如下技术方案实现：
一种自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，包括第一进液腔、第二进液腔、第一纺丝腔、第二纺丝腔、第三纺丝腔、连通通道、电机和衔接柱；
第一叠片、第二叠片、第三叠片和第四叠片都包括弧面段和平面段，平面段位于弧面段的两端；第一叠片和第二叠片的弧面向上；第三叠片和第四叠片的弧面向下；第一叠片和第二叠片间隔设置形成第一纺丝腔；第二叠片和第三叠片间隔设置形成第二纺丝腔；第三叠片和第四叠片间隔设置形成第三纺丝腔；第一纺丝腔和第三纺丝腔设置在第二纺丝腔的上下两侧，连通通道固定在第二叠片和第三叠片上；电机与输出轴连接，输出轴分别与第四叠片和第三叠片连接；第一叠片和第二叠片通过衔接柱与第三叠片和第四叠片连接；第一进液腔和第二进液腔中的一个与第一纺丝腔连通；另一个与第二纺丝腔连通；第一纺丝腔和第三纺丝腔通过连通通道连通；第一叠片和第二叠片分别与第一进液腔或第二进液腔的通道连接。
为进一步实现本发明目的，优选地，所述的第一叠片和第四叠片的厚度为0.05-1.5mm；第二叠片和第三叠片的厚度为0.2-0.5mm。
优选地，所述的第一纺丝腔和第三纺丝腔的高度为1-4mm；第二纺丝腔的高度为2-10mm。
优选地，所述的第一叠片或第四叠片在水平面投影的长度为74-202mm；第一叠片和第四叠片一端平面段的长度为0.6-2.5mm，第二叠片和第三叠片一端平面段长度为0.5-2mm。
优选地，所述的连通通道与衔接柱中心线间的距离为7-12mm；衔接柱与电机输出轴中心线间的距离为11-14mm。
优选地，所述的第一叠片与第四叠片一端的平面段内侧间的距离构成皮层喷嘴端的厚度为0.3-2mm，第二叠片与第三叠片一端的平面段内侧间的距离构成的芯层喷嘴端的厚度为0.1-1mm。
优选地，第二叠片或第三叠片的曲面与水平面组成的夹角为2-20°，第二叠片或第三叠片的曲面与水平面组成的夹角为2-30°。
优选地，所述的第一叠片的主体半径R1为36.4-98.5mm，第一叠片1的边缘半径R2为37-101mm，第二叠片的主体半径R3为36.1-97mm，第二叠片的边缘半径R4为36.6-99mm；电机输出轴的半径为6-9mm；衔接柱的横截面半径为1-3mm，连通通道的外半径为5-7mm，连通通道的内半径为3-5mm；主体半径是指第一叠片、第二叠片、第三叠片和第四叠片的弧面段与平面段的连接点到中心点之间的直线距离；边缘半径是指第一叠片、第二叠片、第三叠片和第四叠片的平面段端点到中心点之间的直线距离；所述的内半径是指连接通道的半径；外半径是连接通道的半径加上连接通道的厚度。
优选地，从第一叠片顶端到第四叠片底端代表的纺丝盘的整体厚度为4.5-22mm，第一叠片和第四叠片平面段外边缘之间的高度代表喷丝嘴的整体厚度为0.9-7mm；第一进液腔和第二进液腔顶端到电机顶部之间的轴向高度不小于3mm。
优选地，所述的衔接柱为四个；连通通道的个数优选为四个，连通通道设置在衔接柱的外侧；所述的输出轴分别与第四叠片和第三叠片通过固定螺母连接；所述的第一叠片和第二叠片分别通过密封轴承与第一进液腔或第二进液腔的通道连接。
本发明的第一叠片、第二叠片、第三叠片和第四叠片均为不锈钢、聚四氟乙烯或者陶瓷片制成，实心，耐腐蚀。本发明纺丝腔体用来储藏运输纺丝溶液。
一定粘度的纺丝液通过泵的计量输送，到达喷丝头的流体通道，且第一进液腔、第二进液腔分别以不少于两个轴承密封，并通过轴承内腔传输纺丝液。该轴承和喷丝头一起旋转。第一进液腔和第二进液腔直接与第一纺丝腔和第二纺丝腔连通，以实现纺丝时的连续进液，第一纺丝腔的纺丝液通过连通通道进入第三纺丝腔。
纺丝液随着纺丝盘旋转作用下的离心力和泵送压力计量输送到叠片平面段的纺丝狭缝(嘴)，在此处完成两种纺丝液的复合，并形成一定纤维状细流，由于表面张力作用，第一纺丝液在第二纺丝液内部，从而形成一定的皮芯复合或者偏芯复合结构。该纤维状细流在离心力和静电场力的作用下，受到拉伸作用且随溶剂的挥发而固化成纤维，并沉积在接收网帘上，获得复合静电纺丝纤维网。
其中所述的纺丝液的原材料包括所有可以配成溶液的聚合物，或者为可进行热或者紫外光固化的小分子单体和引发剂的混合物，也可为小分子液体或者气体，从而获得含液体或者气体的功能纤维。纺丝液粘度为500cP—3000cP，纺丝液温度为室温到80℃，当纺丝液温度高于室温时，由泵送的时候直接输送加热溶液。
计量泵计量是通过分别连接第一纺丝液和第二纺丝液的计量泵(齿轮泵)控制，其输出量根据转盘大小和转速，以及纺丝成型所用的电压而定。
本发明纺丝盘的所有过渡面均为光滑曲面。
所述的离心力的离心旋转速度为20-8000r/min。
本发明皮芯结构的芯层第一纺丝液优选为聚合物溶液或者小分子溶液混合物或者气体，皮层的第二纺丝液为聚合物溶液或者具有光/热固化性能的小分子混合物。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
同前述普通同轴静电纺丝喷头相比，该自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头集自由表面静电纺丝和离心静电纺丝的优点于一体，克服了普通同轴针头静电纺丝工艺影响因素复杂、装置清洗困难、易造成喷孔堵塞等问题，提高了纺丝效率和纺丝的稳定性，且利用多纺丝通道的设计，可有效实现具有皮芯结构的复合纤维材料的大批量制备，将在一定程度上改善复合纤维材料的制备工艺，同时也为纳米材料的发展提供了技术支持。
附图说明
图1是本发明自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头的结构主视图。
图2是本发明自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头的结构放大图。
图3是本发明自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头的结构俯视图。
图中示出：第一进液腔1、第二进液腔2、密封轴承3、第一叠片4、第二叠片5、第三叠片6、第四叠片7、固定螺母8、电机9、第三纺丝腔10、第二纺丝腔11、第一纺丝腔12、连通通道13、衔接柱14。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1-3所示，一种自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，包括第一进液腔1、第二进液腔2、第一纺丝腔12、第二纺丝腔11、第三纺丝腔10、连通通道13、电机9和衔接柱14；
第一叠片4、第二叠片5、第三叠片6和第四叠片7都包括弧面段和平面段，平面段位于弧面段的两端；第一叠片4和第二叠片5的弧面向上；第三叠片6和第四叠片7的弧面向下；第一叠片4和第二叠片5间隔设置形成第一纺丝腔12；第二叠片5和第三叠片6间隔设置形成第二纺丝腔11；第三叠片6和第四叠片7间隔设置形成第三纺丝腔10；第一纺丝腔12和第三纺丝腔10设置在第二纺丝腔11的上下两侧，连通通道13固定在第二叠片5和第三叠片6上；电机9与输出轴连接，输出轴分别与第四叠片7和第三叠片6通过固定螺母8连接；第一叠片4和第二叠片5通过衔接柱14与第三叠片6和第四叠片7连接；第一进液腔1和第二进液腔2中的一个与第一纺丝腔12连通；另一个与第二纺丝腔11连通；第一纺丝腔12和第三纺丝腔10通过连通通道13连通；第一叠片4和第二叠片5分别通过密封轴承3与第一进液腔1或第二进液腔2的通道连接；第一叠片4和第二叠片5分别通过密封轴承3在进液装置固定的情况下实现随转动主轴的转动。第一进液腔1提供芯；第二进液腔2提供皮。
第一叠片1和第四叠片4的厚度H0为0.05-1.5mm；第二叠片2和第三叠片3的厚度H1为0.2-0.5mm；第一纺丝腔12和第三纺丝腔10的高度H2为1-4mm，第一纺丝腔12和第三纺丝腔10的高度可以相同，也可以不同；第二纺丝腔11的高度H3为2-10mm；从第一叠片1顶端到第四叠片4底端代表的纺丝盘的整体厚度H4为4.5-22mm，第一叠片1和第四叠片4平面段外边缘之间的高度代表喷丝嘴的整体厚度H5为0.9-7mm，第一进液腔1和第二进液腔2顶端到电机9顶部之间的轴向高度H6不小于3mm。
第一叠片1或第四叠片4在水平面投影的长度代表水平轴的长度L0为74-202mm；第一叠片1和第四叠片4一端平面段的长度L1为0.6-2.5mm，第二叠片2和第三叠片3一端平面段长度L2为0.5-2mm；L1＞L2；连通通道13与衔接柱14中心线间的距离L4为7-12mm。衔接柱与电机9输出轴中心线间的距离L3为11-14mm。
第一叠片1与第四叠片4一端的平面段内侧间的距离构成皮层喷嘴端的厚度d1为0.3-2mm，第二叠片2与第三叠片3一端的平面段内侧间的距离构成的芯层喷嘴端的厚度d2为0.1-1mm。
第二叠片2或第三叠片3的曲面与水平面组成的夹角α为2-20°，第二叠片1或第三叠片的曲面与水平面组成的夹角β为2-30°；第二叠片2的曲面弧度小于叠片1的曲面弧度，第三叠片3和第二叠片2的曲面弧度相同，第四叠片4和第一叠片1的曲面弧度相同。
第一叠片1的主体半径R1为36.4-98.5mm，第一叠片1的边缘半径R2为37-101mm，第二叠片2的主体半径R3为36.1-97mm，第二叠片2的边缘半径R4为36.6-99mm。电机9输出轴的半径R5为6-9mm；衔接柱的横截面半径R6为1-3mm，连通通道13的外半径R7为5-7mm，连通通道13的内半径R8为3-5mm。主体半径是指第一叠片4、第二叠片5、第三叠片6和第四叠片7的弧面段与平面段的连接点到中心点之间的直线距离；边缘半径是指第一叠片4、第二叠片5、第三叠片6和第四叠片7的平面段端点到中心点之间的直线距离。内半径是指连接通道13的半径；外半径是连接通道13的半径加上连接通道13的厚度。
衔接柱优选为四个。连通通道13的个数优选为四个，连通通道13优选设置在衔接柱的外侧。
工作时，来自第一进液腔1的第一纺丝液和来自第二进液腔2的第二纺丝液分别进入第二纺丝腔11和第一纺丝腔12；进入第一纺丝腔12的第二纺丝液通过连通通道13进入第三纺丝腔10；第一纺丝液和第二纺丝液随着电机带动的纺丝盘旋转作用下的离心力和泵送压力计量输送到第一叠片4、第二叠片5、第三叠片6和第四叠片7的平面段，在皮层喷嘴端和芯层喷嘴端完成第一纺丝液和第二纺丝液的复合，并形成纤维状细流，由于表面张力作用，第一纺丝液在第二纺丝液内部，从而形成皮芯复合或者偏芯复合结构。该纤维状细流在离心力和静电场力的作用下，受到拉伸作用且随溶剂的挥发而固化成纤维，并沉积在接收网帘上，获得复合静电纺丝纤维网。
本发明由于盘四周一圈都是喷丝口，与针头结构喷丝头的小孔隙相比有较大的喷丝缝隙，不易造成喷孔堵塞；而且由于盘四周一圈都是喷丝口，大大提高了纺丝效率；也同时由于盘四周一圈都是喷丝口，用超声清洗的时候脏污很容易清洗出来。
实施例1
如图1-图3所示，一种自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，包括4个叠片组成的3个纺丝腔体，分别为第一纺丝腔12、第二纺丝腔11、第三纺丝腔10，叠片通过衔接柱14链接。不锈钢纺丝盘可沿电机输出轴高速旋转，旋转速度为3000r/min。
第一叠片1和第四叠片4的厚度H0为0.2mm；第二叠片2和第三叠片3的厚度H1为0.2mm；第一纺丝腔12的高度H2为1mm，第三纺丝腔10的高度为1mm；第二纺丝腔11的高度H3为2mm；从第一叠片1顶端到第四叠片4底端代表的纺丝盘的整体厚度H4为4.8mm，第一叠片1和第四叠片4平面段外边缘之间的高度代表喷丝嘴的整体厚度H5为1.2mm，第一进液腔1和第二进液腔2顶端到电机9顶部之间的轴向高度H6为6.0mm。
第一叠片1或第四叠片4在水平面投影的长度代表水平轴的长度L0为76mm；第一叠片1和第四叠片4一端平面段的长度L1为1.0mm，第二叠片2和第三叠片3一端平面段长度L2为0.9mm；L1＞L2；连通通道13与衔接柱14中心线间的距离L4为8mm。衔接柱与电机9输出轴中心线间的距离L3为11mm。
第一叠片1与第四叠片4一端的平面段内侧间的距离构成皮层喷嘴端的厚度d1为0.3mm，第二叠片2与第三叠片3一端的平面段内侧间的距离构成的芯层喷嘴端的厚度d2为0.1mm。
第二叠片2或第三叠片3的曲面与水平面组成的夹角α为10°，第二叠片1或第三叠片的曲面与水平面组成的夹角β为20°；第二叠片2的曲面弧度小于叠片1的曲面弧度，第三叠片3和第二叠片2的曲面弧度相同，第四叠片4和第一叠片1的曲面弧度相同。
第一叠片1的主体半径R1为37mm，第一叠片1的边缘半径R2为38mm，第二叠片2的主体半径R3为36.6mm，第二叠片2的边缘半径R4为37.5mm。电机9输出轴的半径R5为6mm；衔接柱的横截面半径R6为1mm，连通通道13的外半径R7为6mm，连通通道13的内半径R8为4mm。主体半径是指第一叠片4、第二叠片5、第三叠片6和第四叠片7的弧面段与平面段的连接点到中心点之间的直线距离；边缘半径是指第一叠片4、第二叠片5、第三叠片6和第四叠片7的平面段端点到中心点之间的直线距离。内半径是指连接通道13的半径；外半径是连接通道13的半径加上连接通道13的厚度。
衔接柱优选为四个。连通通道13的个数优选为四个，连通通道13优选设置在衔接柱的外侧。
本实施例所得的自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，具有清洗方便、不易造成喷孔堵塞、大大提高纺丝效率的特点，可有效实现具有皮芯结构的复合纤维材料的制备。
实施例2
如图1-图3所示，一种自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，包括4个叠片组成的3个纺丝腔体，分别为第一纺丝腔12、第二纺丝腔11、第三纺丝腔10，叠片通过衔接柱14链接。不锈钢纺丝盘可沿电机输出轴高速旋转，旋转速度为4000r/min。
第一叠片1和第四叠片4的厚度H0为0.1mm；第二叠片2和第三叠片3的厚度H1为0.3mm；第一纺丝腔12的高度H2为2mm，第三纺丝腔10的高度为2mm；第二纺丝腔11的高度H3为2mm；从第一叠片1顶端到第四叠片4底端代表的纺丝盘的整体厚度H4为6.8mm，第一叠片1和第四叠片4平面段外边缘之间的高度代表喷丝嘴的整体厚度H5为1.5mm，第一进液腔1和第二进液腔2顶端到电机9顶部之间的轴向高度H6为8mm。
第一叠片1或第四叠片4在水平面投影的长度代表水平轴的长度L0为83mm；第一叠片1和第四叠片4一端平面段的长度L1为1.5mm，第二叠片2和第三叠片3一端平面段长度L2为1.2mm；L1＞L2；连通通道13与衔接柱14中心线间的距离L4为9mm。衔接柱与电机9输出轴中心线间的距离L3为12mm。
第一叠片1与第四叠片4一端的平面段内侧间的距离构成皮层喷嘴端的厚度d1为0.5mm，第二叠片2与第三叠片3一端的平面段内侧间的距离构成的芯层喷嘴端的厚度d2为0.2mm。
第二叠片2或第三叠片3的曲面与水平面组成的夹角α为5°，第二叠片1或第三叠片的曲面与水平面组成的夹角β为10°；第二叠片2的曲面弧度小于叠片1的曲面弧度，第三叠片3和第二叠片2的曲面弧度相同，第四叠片4和第一叠片1的曲面弧度相同。
第一叠片1的主体半径R1为40mm，第一叠片1的边缘半径R2为41.5mm，第二叠片2的主体半径R3为39.8mm，第二叠片2的边缘半径R4为41mm。电机9输出轴的半径R5为7mm；衔接柱的横截面半径R6为2mm，连通通道13的外半径R7为6mm，连通通道13的内半径R8为4mm。主体半径是指第一叠片4、第二叠片5、第三叠片6和第四叠片7的弧面段与平面段的连接点到中心点之间的直线距离；边缘半径是指第一叠片4、第二叠片5、第三叠片6和第四叠片7的平面段端点到中心点之间的直线距离。内半径是指连接通道13的半径；外半径是连接通道13的半径加上连接通道13的厚度。
衔接柱优选为四个。连通通道13的个数优选为四个，连通通道13优选设置在衔接柱的外侧。
本实施例所得的自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，具有清洗方便、不易造成喷孔堵塞、大大提高纺丝效率的特点，可有效实现具有皮芯结构的复合纤维材料的制备。
实施例3
如图1-图3所示，一种自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，包括4个叠片组成的3个纺丝腔体，分别为第一纺丝腔12、第二纺丝腔11、第三纺丝腔10，叠片通过衔接柱14链接。不锈钢纺丝盘可沿电机输出轴高速旋转，旋转速度为5000r/min。
第一叠片1和第四叠片4的厚度H0为1.0mm；第二叠片2和第三叠片3的厚度H1为0.3mm；第一纺丝腔12的高度H2为1.5mm，第三纺丝腔10的高度为1.5mm；第二纺丝腔11的高度H3为3.0mm；从第一叠片1顶端到第四叠片4底端代表的纺丝盘的整体厚度H4为8.6mm，第一叠片1和第四叠片4平面段外边缘之间的高度代表喷丝嘴的整体厚度H5为3.5mm，第一进液腔1和第二进液腔2顶端到电机9顶部之间的轴向高度H6为10.5mm。
第一叠片1或第四叠片4在水平面投影的长度代表水平轴的长度L0为163.6mm；第一叠片1和第四叠片4一端平面段的长度L1为1.8mm，第二叠片2和第三叠片3一端平面段长度L2为0.5mm；L1＞L2；连通通道13与衔接柱14中心线间的距离L4为8mm。衔接柱与电机9输出轴中心线间的距离L3为12mm。
第一叠片1与第四叠片4一端的平面段内侧间的距离构成皮层喷嘴端的厚度d1为0.5mm，第二叠片2与第三叠片3一端的平面段内侧间的距离构成的芯层喷嘴端的厚度d2为0.4mm。
第二叠片2或第三叠片3的曲面与水平面组成的夹角α为15°，第二叠片1或第三叠片的曲面与水平面组成的夹角β为20°；第二叠片2的曲面弧度小于叠片1的曲面弧度，第三叠片3和第二叠片2的曲面弧度相同，第四叠片4和第一叠片1的曲面弧度相同。
第一叠片1的主体半径R1为80mm，第一叠片1的边缘半径R2为81.8mm，第二叠片2的主体半径R3为80.8mm，第二叠片2的边缘半径R4为81.3mm。电机9输出轴的半径R5为7mm；衔接柱的横截面半径R6为2mm，连通通道13的外半径R7为5mm，连通通道13的内半径R8为3mm。主体半径是指第一叠片4、第二叠片5、第三叠片6和第四叠片7的弧面段与平面段的连接点到中心点之间的直线距离；边缘半径是指第一叠片4、第二叠片5、第三叠片6和第四叠片7的平面段端点到中心点之间的直线距离。内半径是指连接通道13的半径；外半径是连接通道13的半径加上连接通道13的厚度。
衔接柱优选为四个。连通通道13的个数优选为四个，连通通道13优选设置在衔接柱的外侧。
本实施例所得的自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，具有清洗方便、不易造成喷孔堵塞、大大提高纺丝效率的特点，可有效实现具有皮芯结构的复合纤维材料的制备。
实施例4
如图1-图3所示，一种自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，包括4个叠片组成的3个纺丝腔体，分别为第一纺丝腔12、第二纺丝腔11、第三纺丝腔10，叠片通过衔接柱14链接。不锈钢纺丝盘可沿电机输出轴高速旋转，旋转速度为2000r/min。
第一叠片1和第四叠片4的厚度H0为1.0mm；第二叠片2和第三叠片3的厚度H1为0.4mm；第一纺丝腔12的高度H2为2mm，第三纺丝腔10的高度为2mm；第二纺丝腔11的高度H3为4.2mm；从第一叠片1顶端到第四叠片4底端代表的纺丝盘的整体厚度H4为11mm，第一叠片1和第四叠片4平面段外边缘之间的高度代表喷丝嘴的整体厚度H5为4.1mm，第一进液腔1和第二进液腔2顶端到电机9顶部之间的轴向高度H6为12.5mm。
第一叠片1或第四叠片4在水平面投影的长度代表水平轴的长度L0为183.6mm；第一叠片1和第四叠片4一端平面段的长度L1为1.8mm，第二叠片2和第三叠片3一端平面段长度L2为0.5mm；L1＞L2；连通通道13与衔接柱14中心线间的距离L4为10mm。衔接柱与电机9输出轴中心线间的距离L3为11mm。
第一叠片1与第四叠片4一端的平面段内侧间的距离构成皮层喷嘴端的厚度d1为0.8mm，第二叠片2与第三叠片3一端的平面段内侧间的距离构成的芯层喷嘴端的厚度d2为0.5mm。
第二叠片2或第三叠片3的曲面与水平面组成的夹角α为10°，第二叠片1或第三叠片的曲面与水平面组成的夹角β为15°；第二叠片2的曲面弧度小于叠片1的曲面弧度，第三叠片3和第二叠片2的曲面弧度相同，第四叠片4和第一叠片1的曲面弧度相同。
第一叠片1的主体半径R1为90mm，第一叠片1的边缘半径R2为91.8mm，第二叠片2的主体半径R3为90.8mm，第二叠片2的边缘半径R4为91.3mm。电机9输出轴的半径R5为6mm；衔接柱的横截面半径R6为2mm，连通通道13的外半径R7为6mm，连通通道13的内半径R8为4mm。主体半径是指第一叠片4、第二叠片5、第三叠片6和第四叠片7的弧面段与平面段的连接点到中心点之间的直线距离；边缘半径是指第一叠片4、第二叠片5、第三叠片6和第四叠片7的平面段端点到中心点之间的直线距离。内半径是指连接通道13的半径；外半径是连接通道13的半径加上连接通道13的厚度。
衔接柱优选为四个。连通通道13的个数优选为四个，连通通道13优选设置在衔接柱的外侧。
本实施例所得的自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，具有清洗方便、不易造成喷孔堵塞、大大提高纺丝效率的特点，可有效实现具有皮芯结构的复合纤维材料的制备。
实施例5
如图1-图3所示，一种自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，包括4个叠片组成的3个纺丝腔体，分别为第一纺丝腔12、第二纺丝腔11、第三纺丝腔10，叠片通过衔接柱14链接。不锈钢纺丝盘可沿电机输出轴高速旋转，旋转速度为6000r/min。
第一叠片1和第四叠片4的厚度H0为1.3mm；第二叠片2和第三叠片3的厚度H1为0.5mm；第一纺丝腔12的高度H2为3mm，第三纺丝腔10的高度为3mm；第二纺丝腔11的高度H3为5mm；从第一叠片1顶端到第四叠片4底端代表的纺丝盘的整体厚度H4为14.6mm，第一叠片1和第四叠片4平面段外边缘之间的高度代表喷丝嘴的整体厚度H5为5.3mm，第一进液腔1和第二进液腔2顶端到电机9顶部之间的轴向高度H6为17mm。
第一叠片1或第四叠片4在水平面投影的长度代表水平轴的长度L0为135mm；第一叠片1和第四叠片4一端平面段的长度L1为2.5mm，第二叠片2和第三叠片3一端平面段长度L2为2mm；L1＞L2；连通通道13与衔接柱14中心线间的距离L4为9mm。衔接柱与电机9输出轴中心线间的距离L3为13mm。
第一叠片1与第四叠片4一端的平面段内侧间的距离构成皮层喷嘴端的厚度d1为1.2mm，第二叠片2与第三叠片3一端的平面段内侧间的距离构成的芯层喷嘴端的厚度d2为0.5mm。
第二叠片2或第三叠片3的曲面与水平面组成的夹角α为20°，第二叠片1或第三叠片的曲面与水平面组成的夹角β为25°；第二叠片2的曲面弧度小于叠片1的曲面弧度，第三叠片3和第二叠片2的曲面弧度相同，第四叠片4和第一叠片1的曲面弧度相同。
第一叠片1的主体半径R1为65mm，第一叠片1的边缘半径R2为67.5mm，第二叠片2的主体半径R3为64mm，第二叠片2的边缘半径R4为66mm。电机9输出轴的半径R5为8mm；衔接柱的横截面半径R6为2mm，连通通道13的外半径R7为5mm，连通通道13的内半径R8为3mm。主体半径是指第一叠片4、第二叠片5、第三叠片6和第四叠片7的弧面段与平面段的连接点到中心点之间的直线距离；边缘半径是指第一叠片4、第二叠片5、第三叠片6和第四叠片7的平面段端点到中心点之间的直线距离。内半径是指连接通道13的半径；外半径是连接通道13的半径加上连接通道13的厚度。
衔接柱优选为四个。连通通道13的个数优选为四个，连通通道13优选设置在衔接柱的外侧。
本实施例所得的自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，具有清洗方便、不易造成喷孔堵塞、大大提高纺丝效率的特点，可有效实现具有皮芯结构的复合纤维材料的制备。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，其特征在于：包括第一进液腔、第二进液腔、第一纺丝腔、第二纺丝腔、第三纺丝腔、连通通道、电机和衔接柱；
第一叠片、第二叠片、第三叠片和第四叠片都包括弧面段和平面段，平面段位于弧面段的两端；第一叠片和第二叠片的弧面向上；第三叠片和第四叠片的弧面向下；第一叠片和第二叠片间隔设置形成第一纺丝腔；第二叠片和第三叠片间隔设置形成第二纺丝腔；第三叠片和第四叠片间隔设置形成第三纺丝腔；第一纺丝腔和第三纺丝腔设置在第二纺丝腔的上下两侧，连通通道固定在第二叠片和第三叠片上；电机与输出轴连接，输出轴分别与第四叠片和第三叠片连接；第一叠片和第二叠片通过衔接柱与第三叠片和第四叠片连接；第一进液腔和第二进液腔中的一个与第一纺丝腔连通；另一个与第二纺丝腔连通；第一纺丝腔和第三纺丝腔通过连通通道连通；第一叠片和第二叠片分别与第一进液腔或第二进液腔的通道连接。
2.根据权利要求1所述的自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，其特征在于：所述的第一叠片和第四叠片的厚度为0.05-1.5mm；第二叠片和第三叠片的厚度为0.2-0.5mm。
3.根据权利要求1所述的自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，其特征在于：所述的第一纺丝腔和第三纺丝腔的高度为1-4mm；第二纺丝腔的高度为2-10mm。
4.根据权利要求1所述的自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，其特征在于：所述的第一叠片或第四叠片在水平面投影的长度为74-202mm；第一叠片和第四叠片一端平面段的长度为0.6-2.5mm，第二叠片和第三叠片一端平面段长度为0.5-2mm。
5.根据权利要求1所述的自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，其特征在于：所述的连通通道与衔接柱中心线间的距离为7-12mm；衔接柱与电机输出轴中心线间的距离为11-14mm。
6.根据权利要求1所述的自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，其特征在于：所述的第一叠片与第四叠片一端的平面段内侧间的距离构成皮层喷嘴端的厚度为0.3-2mm，第二叠片与第三叠片一端的平面段内侧间的距离构成的芯层喷嘴端的厚度为0.1-1mm。
7.根据权利要求1所述的自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，其特征在于：第二叠片或第三叠片的曲面与水平面组成的夹角为2-20°，第二叠片或第三叠片的曲面与水平面组成的夹角为2-30°。
8.根据权利要求1所述的自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，其特征在于：所述的第一叠片的主体半径R1为36.4-98.5mm，第一叠片1的边缘半径R2为37-101mm，第二叠片的主体半径R3为36.1-97mm，第二叠片的边缘半径R4为36.6-99mm；电机输出轴的半径为6-9mm；衔接柱的横截面半径为1-3mm，连通通道的外半径为5-7mm，连通通道的内半径为3-5mm；主体半径是指第一叠片、第二叠片、第三叠片和第四叠片的弧面段与平面段的连接点到中心点之间的直线距离；边缘半径是指第一叠片、第二叠片、第三叠片和第四叠片的平面段端点到中心点之间的直线距离；所述的内半径是指连接通道的半径；外半径是连接通道的半径加上连接通道的厚度。
9.根据权利要求1所述的自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，其特征在于：从第一叠片顶端到第四叠片底端代表的纺丝盘的整体厚度为4.5-22mm，第一叠片和第四叠片平面段外边缘之间的高度代表喷丝嘴的整体厚度为0.9-7mm；第一进液腔和第二进液腔顶端到电机顶部之间的轴向高度不小于3mm。
10.根据权利要求1所述的自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，其特征在于：所述的衔接柱为四个；连通通道的个数优选为四个，连通通道设置在衔接柱的外侧；所述的输出轴分别与第四叠片和第三叠片通过固定螺母连接；所述的第一叠片和第二叠片分别通过密封轴承与第一进液腔或第二进液腔的通道连接。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109023561A (zh) * 2018-10-26 2018-12-18 青岛科技大学 一种批量制备核壳结构纤维的静电纺丝装置
CN109537071A (zh) * 2018-12-06 2019-03-29 南通纺织丝绸产业技术研究院 一种制备多层结构的纳米纤维的方法
CN113463207A (zh) * 2021-06-10 2021-10-01 武汉纺织大学 一种核壳式复合罐体
CN113481616A (zh) * 2021-06-10 2021-10-08 武汉纺织大学 一种靠背式纤维制取罐
CN113502551A (zh) * 2021-06-10 2021-10-15 武汉纺织大学 一种离心纺丝集成体
CN113502553A (zh) * 2021-06-10 2021-10-15 武汉纺织大学 一种双液输入转动纺丝装置
CN113502554A (zh) * 2021-06-10 2021-10-15 武汉纺织大学 一种反向双射式皮芯结构离心纺丝单元
CN113502552A (zh) * 2021-06-10 2021-10-15 武汉纺织大学 一种制备纳米纤维的纺丝装备

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001288664A (ja) * 2000-03-31 2001-10-19 Polymer Processing Res Inst 遠心紡糸されたヨコ延伸フィラメントウェブの製法
CN101220544A (zh) * 2007-12-29 2008-07-16 中国科学院长春应用化学研究所 熔体和溶液离心纺丝制备非织造物的装置
US20150211149A1 (en) * 2014-01-30 2015-07-30 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Negative Polarity on the Nanofiber Line
CN104928777A (zh) * 2014-03-21 2015-09-23 馨世工程教育有限公司 用于生产若干种结构的复合纳米微米纤维离心纺丝设备
CN104928774A (zh) * 2014-03-21 2015-09-23 馨世工程教育有限公司 用于生产核-壳结构的复合纳米微米纤维离心纺丝设备
CN105369369A (zh) * 2015-12-24 2016-03-02 北京化工大学 一种离心同轴静电纺丝机
CN106222767A (zh) * 2016-08-29 2016-12-14 天津工业大学 一种同轴离心纺丝装置及方法
CN106567144A (zh) * 2016-11-11 2017-04-19 北京化工大学 立体式同轴纺丝装置
CN208717479U (zh) * 2018-04-28 2019-04-09 华南理工大学 基于自由表面同轴离心的静电纺丝喷丝头

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001288664A (ja) * 2000-03-31 2001-10-19 Polymer Processing Res Inst 遠心紡糸されたヨコ延伸フィラメントウェブの製法
CN101220544A (zh) * 2007-12-29 2008-07-16 中国科学院长春应用化学研究所 熔体和溶液离心纺丝制备非织造物的装置
US20150211149A1 (en) * 2014-01-30 2015-07-30 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Negative Polarity on the Nanofiber Line
CN104928777A (zh) * 2014-03-21 2015-09-23 馨世工程教育有限公司 用于生产若干种结构的复合纳米微米纤维离心纺丝设备
CN104928774A (zh) * 2014-03-21 2015-09-23 馨世工程教育有限公司 用于生产核-壳结构的复合纳米微米纤维离心纺丝设备
CN105369369A (zh) * 2015-12-24 2016-03-02 北京化工大学 一种离心同轴静电纺丝机
CN106222767A (zh) * 2016-08-29 2016-12-14 天津工业大学 一种同轴离心纺丝装置及方法
CN106567144A (zh) * 2016-11-11 2017-04-19 北京化工大学 立体式同轴纺丝装置
CN208717479U (zh) * 2018-04-28 2019-04-09 华南理工大学 基于自由表面同轴离心的静电纺丝喷丝头

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109023561A (zh) * 2018-10-26 2018-12-18 青岛科技大学 一种批量制备核壳结构纤维的静电纺丝装置
CN109023561B (zh) * 2018-10-26 2023-08-15 青岛科技大学 一种批量制备核壳结构纤维的静电纺丝装置
CN109537071A (zh) * 2018-12-06 2019-03-29 南通纺织丝绸产业技术研究院 一种制备多层结构的纳米纤维的方法
CN113502554A (zh) * 2021-06-10 2021-10-15 武汉纺织大学 一种反向双射式皮芯结构离心纺丝单元
CN113502551A (zh) * 2021-06-10 2021-10-15 武汉纺织大学 一种离心纺丝集成体
CN113502553A (zh) * 2021-06-10 2021-10-15 武汉纺织大学 一种双液输入转动纺丝装置
CN113481616A (zh) * 2021-06-10 2021-10-08 武汉纺织大学 一种靠背式纤维制取罐
CN113502552A (zh) * 2021-06-10 2021-10-15 武汉纺织大学 一种制备纳米纤维的纺丝装备
CN113502554B (zh) * 2021-06-10 2022-04-19 武汉纺织大学 一种反向双射式皮芯结构离心纺丝单元
CN113502552B (zh) * 2021-06-10 2022-04-19 武汉纺织大学 一种制备纳米纤维的纺丝装备
CN113463207B (zh) * 2021-06-10 2022-04-19 武汉纺织大学 一种核壳式复合罐体
CN113502551B (zh) * 2021-06-10 2022-04-19 武汉纺织大学 一种离心纺丝集成体
CN113502553B (zh) * 2021-06-10 2022-04-19 武汉纺织大学 一种双液输入转动纺丝装置
CN113481616B (zh) * 2021-06-10 2022-04-19 武汉纺织大学 一种靠背式纤维制取罐
CN113463207A (zh) * 2021-06-10 2021-10-01 武汉纺织大学 一种核壳式复合罐体

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