CN117230537A - 一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，包括喷头，喷头的内部设有内流道（由头、中、尾三段组成）和外流道（由头段和尾段组成）；喷头包括中心支架（由上、中、下三段组成，下段为倒圆台结构，内设中空部分，中空部分由上段和下段组成，下段为圆台结构I）和梯形台（由上、中、下三段组成，下段为圆台结构II）；圆台结构I和倒圆台结构共轴且下端齐平；中心支架的下表面设有外流道出口（小孔或狭缝，为外流道的尾段的下端口），外流道出口环绕圆台结构I圆周均布；圆台结构II位于圆台结构I内，二者共轴且锥度相同围成窄缝（为内流道的尾段）；圆台结构II的下端位于圆台结构I的下端上方。本发明熔体压力可控且不产生滴料。
Description
技术领域
本发明属于静电纺丝领域，涉及一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置。
背景技术
静电纺纳米纱线具有高比表面积带来的优异物化性能，相比传统纤维，更易发挥功能粒子的效能，在伤口愈合、组织再生、药物输送和能源材料等领域应用潜力巨大。但现有静电纺纳米纱线由于强力和韧性不足难以通过编织工艺形成织物，因此，电纺纳米纱线的高强化与高韧化是近年来纺织工程的研究重点。
电纺纱线强度的影响因素主要包括材料、纤维取向和捻度等，材料自身特性直接影响着纱线成型过程中的稳定性及纱线性能。将不同种类的单体聚合物进行复合增强，不仅可以显著改善原单一聚合物的性能，形成具有优异性能的聚合物复合体系，还可以极大降低聚合物材料开发与研制的成本；现有技术对纤维的复合增强包括原料的共混改性、核壳结构的纤维制备和纤维的改性处理，相比于共混改性及后处理改性，核壳纤维制备的工艺流程更短，效率更高。通常是利用聚氨酯、尼龙、聚乳酸、聚丙交酯、聚乙烯和聚丙烯等高韧聚合物和高强聚合物制备核壳结构的纤维，再将其制备成纱可有效解决电纺纱线的强度及韧性不足的问题。
专利CN101812734A公开了一种熔体静电纺丝生产复合纤维的装置，该专利是将静电纺丝的方法和生产复合纤维的方法结合，同时对两种或多种聚合物进行熔体纺丝，以制得并列型或皮芯型或其它结构类型的复合纤维，但是其产生的射流数量有限，纤维的产率低、直径不够小，不利于纳米长丝的制备。专利CN113512773A公开了一种易拆卸的熔体静电纺丝同轴针头装置，其在纺丝过程中，因同轴针头处的芯层针管和皮层针管以及皮层针管一侧的接头二的温度始终恒定维持，避免了芯层或皮层聚合物熔体注入同轴针头过程中堵塞针管的问题，但是其产生的射流数量依然有限，且纤维的产率低、直径不够小，不利于纳米长丝的制备。
为解决传统熔体静电纺丝技术存在的问题，本领域技术人员尝试采用熔体微分静电纺技术进行纺丝，所制备的纤维的产率高，直径小，如专利CN109023561A公开了一种批量制备核壳结构纤维的静电纺丝装置，该装置结构简单，使用方便，并且实现了核壳结构纤维或者中空纤维的批量生产，但是由于其喷头使用开放式锥面，导致熔体靠重力自流，熔体压力不可控，难以保证熔体在锥面上的周向均匀分布，易产生滴料，不利于长丝的连续制备。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，包括喷头，喷头的内部设有内流道和外流道；喷头包括中心支架和梯形台；
中心支架由上段、中段和下段组成，下段（即尖端）为倒圆台结构；中心支架内设中空部分，中空部分由上段和下段组成，下段为圆台结构I；梯形台由上段、中段和下段组成，下段为圆台结构II；梯形台的材料为不导电耐高温的材料，如陶瓷、石英等；
圆台结构I和倒圆台结构共轴，二者的下端齐平；中心支架的下表面设有2个以上外流道出口，外流道出口环绕圆台结构I圆周均布，相邻两个外流道出口的间距a不大于0.5mm；外流道出口为小孔或狭缝，小孔的孔径b为0.1-0.4mm，狭缝的宽度c为0.1-0.4mm；
圆台结构II部分或全部位于圆台结构I内，二者共轴且锥度相同，二者围成宽度d为0.1-0.2mm的窄缝；圆台结构II的下端位于圆台结构I的下端上方，二者的间距g不超过2mm；
外流道由头段和尾段组成，内流道由头段、中段和尾段组成，外流道出口为外流道的尾段的下端口，窄缝为内流道的尾段。
本发明的目的是解决现有技术的微分电纺核壳纤维的喷头熔体压力不可控，难以保证熔体在锥面上的周向均匀分布，易产生滴料的问题，本发明的喷头内同时设置内流道和外流道，内流道的尾段为窄缝，外流道出口为小孔或狭缝，窄缝、外流道出口的尺寸较小，会利于熔体的建压，使熔体在出口处周向分布均匀，避免滴料的产生，具体说明如下：
熔体静电纺丝熔体一般很低，当出口尺寸较大时，在重力作用熔体往往会发生自流现象；熔体的自流受到喷头粗糙度、材料、温度、结构设计等多种因素影响，在实验中发现，自流状态下熔体的周向分布往往不会均匀；熔体周向分布不均会诱导后续熔体以周向不均的状态继续流动，使得在喷头出口周向，熔体堆积多的地方易产生滴料；
综上所述，较大尺寸出口导致的自流是产生熔体周向分布不均的原因，周向分布不均又是产生滴料的原因，因此，采取减小出口尺寸的措施可抑制自流现象；对于小尺寸出口，熔体不会发生自流现象，反而需要高压力才能将熔体挤出，即，使熔体在整个流道内充满压力，由于熔体可看做不可压缩流体，熔体在压力作用下会填满整个流道，使其周向分布均匀，从而避免了滴料的产生；
本发明控制窄缝的宽度d为0.1-0.2mm，当窄缝的宽度d大于0.2mm时，熔体在重力下会发生自流，使小流量下的熔体量无法精确控制，当窄缝的宽度d小于0.1mm，会造成出口压力过大，使熔体从喷头其他连接点漏出；
本发明控制小孔的孔径b为0.1-0.4mm，狭缝的宽度c为0.1-0.4mm，当孔径或宽度大于0.4mm时，加工精度较低，当孔径或宽度小于0.1mm时，容易发生堵塞，造成纺丝的不连续；
本发明控制两个外流道出口的间距a不大于0.5mm，如此可使得内层熔体从出口挤出后能够均匀相融，避免内层熔体在周向呈一多一少的循环分布，内层熔体在两层熔体中占比的周向分布也相对均匀，有利于核壳纳米纤维的制备；
本发明控制圆台结构II的下端与圆台结构I的下端的间距g不超过2mm，当间距g大于2mm时，熔体受自流影响严重。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，倒圆台结构的下端与圆台结构I的下端共同围成一个宽度为0.5mm的圆环，相当于尖端厚度是0.5mm，如此可保证尖端电场强度，外流道出口的中心与倒圆台结构的下端边缘的距离以及外流道出口的中心与圆台结构I的下端边缘的距离相等。
如上所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，小孔为圆孔、三角孔或方孔。
如上所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，倒圆台结构的锥度和圆台结构I的锥度相同，取值范围为2-4；倒圆台结构的锥度与圆台结构I的锥度决定着尖端的形状，尖端越尖锐，电场强度越高，越有利于静电纺丝，本发明将倒圆台结构的锥度与圆台结构I的锥度设置为2-4，过小的锥度会导致尖端的尖角变大，不利于提升尖端电场强度，过大的锥度使得外流道尾端的可加工空间不足。
如上所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，梯形台的上段和中段都为圆柱状结构，梯形台的上段、中段和下段共轴，上段的直径小于中段，中段的直径等于下段的上端直径。
如上所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，梯形台的上段的全部、中段的全部、下段的一部分位于中心支架的中空部分的上段内，梯形台的下段的另一部分位于中心支架的中空部分的下段内。
如上所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，喷头还包括外支架和内支架；
外支架套在中心支架的中段上，二者共同围成外流道的头段；外流道的尾段设置在中心支架的下段内；
外支架上设有侧端入口，侧端入口与外流道的头段连通；
内支架由上段和下段组成，内支架的下段穿入中心支架的中空部分的上段内，且套在梯形台的上段上；内流道的头段设置在内支架的上段内，内支架的下段、梯形台的中段、梯形台的下段的一部分、中心支架共同围成内流道的中段。
如上所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，内支架的上段和下段都为圆柱状结构且共轴，上段的直径大于下段；内支架的上段中设有开口朝上的凹槽，凹槽的下方设有四个连接柱，四个连接柱之间存在间隙，凹槽和间隙共同构成内流道的头段。
如上所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，内支架的下段与中心支架的中空部分的上段共轴，内支架的下段的周面上设有用于保证内支架的下段与中心支架的中空部分的上段的同轴度的定位凸台。
如上所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，中心支架的上段和中段连接成的整体呈T形，外支架呈T形且由上段和下段组成，内支架的上段、中心支架的上段、外支架的上段通过螺栓安装固定。
如上所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置还包括电极板、气流装置、油嘴、油泵、辊子、电机和加热圈；
电极板位于喷头的下方，电极板接高压静电，喷头接地；
气流装置位于电极板的下方，压缩空气通过气流入口进入气流装置；气流装置内产生的气流可以是旋转气流，也可以是平行向下的气流；
油嘴位于气流装置的下方，油嘴与油泵连接；
辊子位于油嘴的下方；
加热圈通过过盈配合套在外支架的下段上。
使用本发明的装置制备熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝时，内流道与外流道分别通入不同种聚合物，聚合物种类可以为聚丙烯、聚乳酸、聚乙烯、尼龙、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等，选择熔点相近的高韧/高强聚合物两两组合。壳层熔体从凹槽进入，通过四个连接柱的间隙进入内流道的中段和下段，再通过内流道流出包覆在外流道出口，核层熔体经过侧端入口进入，通过外流道流出被壳层熔体包覆。两层熔体在高压静电下微分成数十根纳米纤维，再通过气流聚集牵引纤维，最后通过上油集束纤维，实现高韧高强纳米长丝的制备。
有益效果
（1）本发明的装置设置外流道出口为小孔或狭缝结构，同时在梯形台与中心支架内锥面间形成窄缝，如此有利于熔体的建压，保证熔体的周向分布均匀以及流量精确可控，解决了传统微分电纺的滴料问题，有利于长丝的连续稳定制备。
（2）本发明的装置在尖端处形成的内外两层熔体在高压静电下自微分成数十根核壳射流，解决了传统单针熔体电纺核壳纤维的产率低和纤维粗的问题。
附图说明
图1为本发明的熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置的示意图；
图2为本发明的内支架的俯视图；
图3为本发明的内支架的主视图；
图4为本发明的中心支架的剖视图；
图5为本发明的尖端处小孔分布示意图；
图6为本发明的尖端处狭缝分布示意图；
图7为本发明的外支架的仰视图；
图8为本发明的外支架的剖视图；
图9为本发明的中心支架与梯形台装配后的核壳熔体分布示意图；
图10为本发明的中心支架与梯形台装配后的部分结构剖视图；
图11为本发明的中心支架与梯形台装配后的仰视图；
图12为本发明的梯形台的主视图；
其中，1-侧端入口，2-外流道，3-倒圆台结构，4-纤维，5-电极板，6-气流装置，7-油嘴，8-核壳纳米纤维长丝，9-辊子，10-螺栓，11-凹槽，12-内支架，13-内流道，14-中心支架，15-外支架，16-加热圈，17-外流道的尾段，18-梯形台，19-气流入口，20-油泵，21-电机，22-连接柱，23-定位凸台，24-壳层熔体，25-核层熔体，26-小孔，27-狭缝。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，如图1所示，包括喷头、电极板5、气流装置6、油嘴7、油泵20、辊子9、电机21和加热圈16；
喷头包括中心支架14、梯形台18、外支架15和内支架12，其内部设有内流道13和外流道2，内流道13由头段、中段和尾段组成，外流道2由头段和尾段组成；
如图4所示，中心支架14由上段、中段和下段组成，上段和中段连接成的整体呈T形，下段为倒圆台结构3；中心支架14内设中空部分，中空部分由上段和下段组成，下段为圆台结构I；
圆台结构I和倒圆台结构3共轴，锥度相同为2-4，二者的下端齐平且共同围成一个宽度为0.5mm的圆环；
外流道的尾段17设置在倒圆台结构3内；中心支架14的下表面设有2个以上外流道出口（即外流道的尾段17的下端口），外流道出口环绕圆台结构I圆周均布，外流道出口的中心与倒圆台结构3的下端边缘的距离以及外流道出口的中心与圆台结构I的下端边缘的距离相等；
如图5所示，外流道出口为小孔，小孔26为圆孔、三角孔或方孔，相邻两个外流道出口的间距a不大于0.5mm，小孔26的孔径b为0.1-0.4mm；
或者，如图6所示，外流道出口为狭缝27，相邻两个外流道出口的间距a不大于0.5mm，狭缝27的宽度c为0.1-0.4mm；
如图12所示，梯形台18由上段、中段和下段组成，三者共轴，上段和中段都为圆柱状结构，下段为圆台结构II，上段的直径小于中段，中段的直径等于下段的上端直径；
如图9、图10所示，梯形台18的上段的全部、中段的全部、下段的一部分位于中心支架14的中空部分的上段内，梯形台18的下段的另一部分位于中心支架14的中空部分的下段内；
圆台结构II与圆台结构I共轴且锥度相同，二者围成宽度d为0.1-0.2mm的窄缝（即内流道13的尾段）；圆台结构II的下端位于圆台结构I的下端上方，二者的间距g不超过2mm；
如图7、图8所示，外支架15呈T形且由上段和下段组成；
如图1所示，外支架15套在中心支架14的中段上，二者共同围成外流道2的头段；
如图7、图8所示，外支架15上设有侧端入口1，侧端入口1与外流道2的头段连通；
如图2、图3所示，内支架12由上段和下段组成，内支架12的上段和下段都为圆柱状结构且共轴，上段的直径大于下段；
内支架12的上段中设有开口朝上的凹槽11，凹槽11的下方设有四个连接柱22，四个连接柱22之间存在间隙，凹槽11和间隙共同构成内流道13的头段；
如图1所示，内支架12的上段、中心支架14的上段、外支架15的上段通过螺栓10安装固定；
内支架12的下段穿入与其共轴的中心支架14的中空部分的上段内，且套在梯形台18的上段上，内支架12的下段的周面上设有用于保证内支架12的下段与中心支架14的中空部分的上段的同轴度的定位凸台23；
内支架12的下段、梯形台18的中段、梯形台18的下段的一部分、中心支架14共同围成内流道13的中段；
电极板5位于喷头的下方，电极板5接高压静电（HV），喷头接地；
气流装置6位于电极板5的下方，压缩空气通过气流入口进入气流装置6；
油嘴7位于气流装置6的下方，油嘴7与油泵20连接；
辊子9位于油嘴7的下方；
加热圈16通过过盈配合套在外支架15的下段上。
实施例1
一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，结构同上，具体参数设置为：圆台结构I和倒圆台结构的锥度为2，中心支架14的下表面设有2个外流道出口；
外流道出口为圆孔，孔径b为0.1mm；
窄缝的宽度d为0.1mm；
圆台结构II的下端与圆台结构I的下端的间距g为2mm。
一种纳米纤维长丝的制备方法，采用上述装置，其制备过程如下：
如图1、图9~图11所示，将壳层熔体24（聚乳酸，厂商为natureworks，牌号为6201D）从喷头上端的凹槽11注入，通过四个连接柱22的间隙进入内流道13的中段和尾段，覆盖在中心支架14的下表面，形成完整的熔膜；
将核层熔体25（聚酯，厂商为宁波塑点点新材料科技有限公司，牌号为CH-610）从喷头侧端入口1加压注入，核层熔体25经过外流道2，从设置在中心支架14的下表面的外流道出口流出，核层熔体25离开外流道出口时被先覆盖在中心支架14的下表面的壳层熔体24包裹；
为电极板5赋予40kV的高压静电，熔体在静电场下微分成多根纤维4，具体地，熔体在高压静电下自行微分时，先形成数十个两层熔体的泰勒锥，随后泰勒锥在电场力下拉伸成射流并固化成具有核壳结构纤维；
通过气流入口19向气流装置6内通入0.2MPa的压缩气流，气流可进一步细化纤维直径，并调控纤维运动轨迹，使纤维易集束；
纤维4从气流装置6喷出后通过油嘴7，启动油泵20使纤维4上油后集束成核壳纳米纤维长丝8；
启动电机21通过辊子9收集核壳纳米纤维长丝8，熔体的粘弹特性及纤维取向的运动轨迹使集束长丝能高速收集；
整个过程中，当原料注入速度大于0.1g/min且小于0.3g/min时无滴料产生，长丝可以1300m/min的卷绕速度连续稳定制备，持续4h不产生断头，制得的纤维的平均直径小于800nm。
实施例2
一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，结构同上，具体参数设置为：圆台结构I和倒圆台结构的锥度为3，中心支架14的下表面设有4个外流道出口；
外流道出口为三角孔，孔径b（即等效圆直径）为0.3mm；
窄缝的宽度d为0.15mm；
圆台结构II的下端与圆台结构I的下端的间距g为1.5mm。
一种核壳纳米纤维长丝的制备方法，采用上述装置，其制备过程如下：
将壳层熔体（聚乳酸，厂商为natureworks，牌号为6201D）从喷头上端的凹槽注入，通过四个连接柱的间隙进入内流道的中段和尾段，覆盖在中心支架的下表面，形成完整的熔膜；
将核层熔体（聚酯，宁波塑点点新材料科技有限公司，牌号为CH-610）从喷头侧端入口加压注入，核层熔体经过外流道，从设置在中心支架的下表面的外流道出口流出，核层熔体离开外流道出口时被先覆盖在中心支架的下表面的壳层熔体包裹；
为电极板赋予40kV的高压静电，熔体在静电场下微分成多根纤维；
通过气流入口向气流装置内通入0.2MPa的压缩气流；
纤维从气流装置喷出后通过油嘴，启动油泵使纤维上油后集束成核壳纳米纤维长丝；
启动电机通过辊子收集核壳纳米纤维长丝；
整个过程中，当原料注入速度大于0.1g/min且小于0.3g/min时无滴料产生，长丝可以1300m/min的卷绕速度连续稳定制备，持续4h不产生断头，制得的纤维的平均直径小于960nm。
实施例3
一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，结构同上，具体参数设置为：圆台结构I和倒圆台结构的锥度为4，中心支架14的下表面设有6个外流道出口；
外流道出口为方孔，孔径b（即等效圆直径）为0.4mm；
窄缝的宽度d为0.2mm；
圆台结构II的下端与圆台结构I的下端的间距g为1mm。
一种核壳纳米纤维长丝的制备方法，采用上述装置，其制备过程如下：
将壳层熔体（聚丙烯，厂商为natureworks，牌号为1500）从喷头上端的凹槽注入，通过四个连接柱的间隙进入内流道的中段和尾段，覆盖在中心支架的下表面，形成完整的熔膜；
将核层熔体（尼龙，厂商为余姚市佳扬塑化有限公司，牌号为BL3240H）从喷头侧端入口加压注入，核层熔体经过外流道，从设置在中心支架的下表面的外流道出口流出，核层熔体离开外流道出口时被先覆盖在中心支架的下表面的壳层熔体包裹；
为电极板赋予50kV的高压静电，熔体在静电场下微分成多根纤维；
通过气流入口向气流装置内通入0.2MPa的压缩气流；
纤维从气流装置喷出后通过油嘴，启动油泵使纤维上油后集束成核壳纳米纤维长丝；
启动电机通过辊子收集核壳纳米纤维长丝；
整个过程中，当原料注入速度小于0.1g/min时无滴料产生，长丝可以500m/min的卷绕速度连续稳定制备，持续4h不产生断头，制得的纤维的平均直径小于960nm。
实施例4
一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，结构同上，具体参数设置为：圆台结构I和倒圆台结构的锥度为3，中心支架14的下表面设有8个外流道出口；
外流道出口为狭缝，狭缝的宽度c为0.1mm；
窄缝的宽度d为0.2mm；
圆台结构II的下端与圆台结构I的下端的间距g为0.8mm。
一种核壳纳米纤维长丝的制备方法，采用上述装置，其制备过程如下：
将壳层熔体（聚乳酸，厂商为natureworks，牌号为6201D）从喷头上端的凹槽注入，通过四个连接柱的间隙进入内流道的中段和尾段，覆盖在中心支架的下表面，形成完整的熔膜；
将核层熔体（聚酯，宁波塑点点新材料科技有限公司，牌号为CH-610）从喷头侧端入口加压注入，核层熔体经过外流道，从设置在中心支架的下表面的外流道出口流出，核层熔体离开外流道出口时被先覆盖在中心支架的下表面的壳层熔体包裹；
为电极板赋予40kV的高压静电，熔体在静电场下微分成多根纤维；
通过气流入口向气流装置内通入0.2MPa的压缩气流；
纤维从气流装置喷出后通过油嘴，启动油泵使纤维上油后集束成核壳纳米纤维长丝；
启动电机通过辊子收集核壳纳米纤维长丝；
整个过程中，当原料注入速度大于0.1g/min且小于0.3g/min时无滴料产生，长丝可以1300m/min的卷绕速度连续稳定制备，持续4h不产生断头，制得的纤维的平均直径小于960nm。
实施例5
一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，结构同上，具体参数设置为：圆台结构I和倒圆台结构的锥度为2，中心支架14的下表面设有7个外流道出口；
外流道出口为狭缝，狭缝的宽度c为0.4mm；
窄缝的宽度d为0.18mm；
圆台结构II的下端与圆台结构I的下端的间距g为1.6mm。
一种核壳纳米纤维长丝的制备方法，采用上述装置，其制备过程如下：
将壳层熔体（聚乳酸，厂商为natureworks，牌号为6201D）从喷头上端的凹槽注入，通过四个连接柱的间隙进入内流道的中段和尾段，覆盖在中心支架的下表面，形成完整的熔膜；
将核层熔体（尼龙，厂商为余姚市佳扬塑化有限公司，牌号为BL3240H）从喷头侧端入口加压注入，核层熔体经过外流道，从设置在中心支架的下表面的外流道出口流出，核层熔体离开外流道出口时被先覆盖在中心支架的下表面的壳层熔体包裹；
为电极板赋予50kV的高压静电，熔体在静电场下微分成多根纤维；
通过气流入口向气流装置内通入0.2MPa的压缩气流；
纤维从气流装置喷出后通过油嘴，启动油泵使纤维上油后集束成核壳纳米纤维长丝；
启动电机通过辊子收集核壳纳米纤维长丝；
整个过程中，当原料注入速度大于0.1g/min且小于0.3g/min时无滴料产生，长丝可以1300m/min的卷绕速度连续稳定制备，持续4h不产生断头，制得的纤维的平均直径小于960nm。
Claims (10)
1.一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，其特征在于，包括喷头，喷头的内部设有内流道和外流道；喷头包括中心支架（14）和梯形台（18）；
中心支架（14）由上段、中段和下段（3）组成，下段（3）为倒圆台结构；中心支架（14）内设中空部分，中空部分由上段和下段组成，下段为圆台结构I；梯形台（18）由上段、中段和下段组成，下段为圆台结构II；
圆台结构I和倒圆台结构共轴，二者的下端齐平；中心支架（14）的下表面设有2个以上外流道出口，外流道出口环绕圆台结构I圆周均布，相邻两个外流道出口的间距a不大于0.5mm；外流道出口为小孔或狭缝，小孔的孔径b为0.1-0.4mm，狭缝的宽度c为0.1-0.4mm；
圆台结构II部分或全部位于圆台结构I内，二者共轴且锥度相同，二者围成宽度d为0.1-0.2mm的窄缝；圆台结构II的下端位于圆台结构I的下端上方，二者的间距g不超过2mm；
外流道由头段和尾段组成，内流道由头段、中段和尾段组成，外流道出口为外流道的尾段的下端口，窄缝为内流道的尾段。
2.根据权利要求1所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，其特征在于，倒圆台结构的下端与圆台结构I的下端共同围成一个宽度为0.5mm的圆环，外流道出口的中心与倒圆台结构的下端边缘的距离以及外流道出口的中心与圆台结构I的下端边缘的距离相等。
3.根据权利要求1所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，其特征在于，小孔为圆孔、三角孔或方孔。
4.根据权利要求1所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，其特征在于，倒圆台结构的锥度和圆台结构I的锥度相同，取值范围为2-4。
5.根据权利要求1所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，其特征在于，梯形台（18）的上段和中段都为圆柱状结构，梯形台（18）的上段、中段和下段共轴，上段的直径小于中段，中段的直径等于下段的上端直径。
6.根据权利要求5所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，其特征在于，梯形台（18）的上段的全部、中段的全部、下段的一部分位于中心支架（14）的中空部分的上段内，梯形台（18）的下段的另一部分位于中心支架（14）的中空部分的下段内。
7.根据权利要求6所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，其特征在于，喷头还包括外支架（15）和内支架（12）；
外支架（15）套在中心支架（14）的中段上，二者共同围成外流道的头段；外流道的尾段设置在中心支架（14）的下段（3）内；
外支架（15）上设有侧端入口（1），侧端入口（1）与外流道的头段连通；
内支架（12）由上段和下段组成，内支架（12）的下段穿入中心支架（14）的中空部分的上段内，且套在梯形台（18）的上段上；内流道的头段设置在内支架（12）的上段内，内支架（12）的下段、梯形台（18）的中段、梯形台（18）的下段的一部分、中心支架（14）共同围成内流道的中段。
8.根据权利要求7所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，其特征在于，内支架（12）的上段和下段都为圆柱状结构且共轴，上段的直径大于下段；内支架（12）的上段中设有开口朝上的凹槽（11），凹槽（11）的下方设有四个连接柱（22），四个连接柱（22）之间存在间隙，凹槽（11）和间隙共同构成内流道的头段。
9.根据权利要求8所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，其特征在于，内支架（12）的下段与中心支架（14）的中空部分的上段共轴，内支架（12）的下段的周面上设有用于保证内支架（12）的下段与中心支架（14）的中空部分的上段的同轴度的定位凸台（23）。
10.根据权利要求8所述的一种熔体微分电纺核壳纳米纤维长丝制备装置，其特征在于，中心支架（14）的上段和中段连接成的整体呈T形，外支架（15）呈T形且由上段和下段组成，内支架（12）的上段、中心支架（14）的上段、外支架（15）的上段通过螺栓安装固定。
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