一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，包括輔助噴絲板、導(dǎo)電電極、芯針和殼層輸液通道，所述輔助噴絲板為帶有一階臺(tái)階且板面開(kāi)有通孔的板，所述輔助噴絲板的通孔的出絲面處為二次曲面凹槽，所述導(dǎo)電電極置于所述輔助噴絲板的臺(tái)階上，所述導(dǎo)電電極與所述輔助噴絲板共同形成一個(gè)溶液腔；所述殼層輸液通道插在所述導(dǎo)電電極中，且所述殼層輸液通道與所述溶液腔連通；所述芯針固定于所述導(dǎo)電電極，所述芯針的一端插在所述輔助噴絲板的通孔中，且端頭與所述輔助噴絲板的通孔凹槽底面齊平。其優(yōu)點(diǎn)在于同軸復(fù)合針頭的制備簡(jiǎn)單，便于批量化同軸纖維復(fù)合針頭的制備，通過(guò)芯針的變換，可以制備出滿足各方面需求的多功能復(fù)合纖維。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，特別是涉及一種適于同軸纖維的大批量及多功能復(fù)合纖維的生產(chǎn)的平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的靜電紡絲設(shè)備都是使用單一的毛細(xì)管狀噴絲頭噴絲，因此通常用于制備實(shí)心且表面光滑的單一組分的納米纖維。同軸電紡纖維將核層和殼層材料的溶液分裝在兩個(gè)不同的注射器中，噴絲系統(tǒng)則由兩個(gè)同軸但內(nèi)徑不同的毛細(xì)管組成，在高壓電場(chǎng)的作用下，外層液體流出后與核層液體匯合。由于匯合時(shí)間很短，加上聚合物的擴(kuò)散系數(shù)很低，兩種液體固化前不會(huì)混合在一起。在高壓電場(chǎng)力作用下，殼層液體經(jīng)高頻拉伸，高速噴射時(shí)內(nèi)外層溶液交界面將會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的剪切應(yīng)力，核溶液在剪切應(yīng)力作用下，沿著殼層同軸運(yùn)動(dòng)，經(jīng)拉伸變形固化成為超細(xì)同軸復(fù)合納米纖維。在此基礎(chǔ)上，把同軸纖維的核層溶掉，留下殼層材料，便可以得到中空的纖維。雖然同軸電紡技術(shù)的研究只有最近短短幾年的時(shí)間，但由于制備的纖維具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和功能，同軸納米纖維在生物組織支架，藥物釋放，催化載體材料等很多方面比傳統(tǒng)的單組分靜電紡纖維有了更廣闊的應(yīng)用前景，已經(jīng)受到越來(lái)越多的關(guān)注。
[0003]迄今為止，已探索出多種用于制備芯-殼結(jié)構(gòu)纖維的技術(shù)，比如自組裝法、模板合成法、激光消融法和基于靜電紡絲技術(shù)的TUFT (tubes by bet templates)法等。但這些方法的制備過(guò)程和步驟往往較煩瑣。使用同軸電紡技術(shù)則能夠簡(jiǎn)便地制備出芯-殼結(jié)構(gòu)的納微米纖維。同軸電紡的原理和普通電紡相似，主要差異是把單一毛細(xì)管?chē)娊z口改進(jìn)為同心軸的復(fù)合毛細(xì)噴頭。芯層材料和殼層材料的溶液分別裝在兩個(gè)推進(jìn)容器中，殼層溶液在微量注射泵的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入復(fù)合噴絲裝置內(nèi)腔，然后從內(nèi)外毛細(xì)噴絲口之間的環(huán)狀空隙處流出；芯部溶液從內(nèi)毛細(xì)噴頭流出。因?yàn)橹睆捷^小內(nèi)層毛細(xì)噴頭置于直徑較大外層毛細(xì)噴頭內(nèi)并保持同軸，所以殼層和芯部溶液在同軸紡絲裝置內(nèi)并不接觸，而在同軸噴頭端口處匯集并形成復(fù)合液滴，當(dāng)接通高壓電場(chǎng)，復(fù)合液滴表面馬上富集大量電荷，當(dāng)電荷聚集到一定程度在靜電場(chǎng)力的作用下被拉伸成復(fù)合的Taylor錐,復(fù)合的Taylor錐被進(jìn)一步牽伸后成芯-殼結(jié)構(gòu)的噴射細(xì)流，由于在牽伸的過(guò)程中強(qiáng)烈的鞭動(dòng)，隨著溶劑在細(xì)流牽伸過(guò)程中快速揮發(fā)和噴射流的逐漸細(xì)化，最終芯-殼結(jié)構(gòu)的超細(xì)纖維膜被收集在固定的接收裝置上。
[0004]同軸靜電紡纖維在催化、應(yīng)用流體學(xué)、氣體存儲(chǔ)、能量轉(zhuǎn)化、傳感和環(huán)境保護(hù)等方面有著巨大的應(yīng)用前景。靜電紡絲法制備納米纖維已成為當(dāng)前制備納米纖維的主要方法，并被認(rèn)為是最有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)納米纖維的技術(shù)?，F(xiàn)階段關(guān)于同軸靜電紡絲的研究雖取得了一定的突破，但目前該技術(shù)仍然停留在實(shí)驗(yàn)室階段。這主要是由于兩方面的原因:一是同軸靜電紡理論研究還不是十分完善，如何得到包覆均勻的核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合納米纖維有的進(jìn)一步解決；二是同軸靜電紡絲裝置的生產(chǎn)效率很低，不能滿足大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，設(shè)計(jì)高生產(chǎn)率同軸靜電紡絲方法已成為新的研究方向。目前，同軸靜電紡絲噴頭主要是由內(nèi)外2個(gè)同一軸心的針套針復(fù)合噴頭，復(fù)合噴絲頭由同軸的2個(gè)毛細(xì)管相互嵌套而成，內(nèi)層與外層毛細(xì)管之間留有一定的縫隙以保證殼層液流的暢通，芯層液體通過(guò)內(nèi)層毛細(xì)管在噴絲頭尖端與殼層液流會(huì)合形成復(fù)合液滴。這種傳統(tǒng)的針套針同軸噴絲頭雖然容易制備，但卻存在很大的缺陷。首先，針與針之間狹小細(xì)長(zhǎng)的縫隙很容易使殼層溶液阻塞，不便于殼層溶液對(duì)芯層的包覆，也不便于清洗。其次，傳統(tǒng)單針頭單組分靜電紡絲所存在的針-板式電場(chǎng)的不均勻性在此仍然存在，電場(chǎng)的不均勻也不利于同軸纖維的包覆及紡絲的順利進(jìn)行。最后，針套針同軸噴絲頭不便于同軸纖維的大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低。
[0005]常用同軸靜電紡絲噴頭是主要是把傳統(tǒng)靜電紡絲的單一毛細(xì)管?chē)娊z口改進(jìn)為芯殼相套的同心軸復(fù)合毛細(xì)噴頭，即我們所講的針套針復(fù)合噴頭。黃爭(zhēng)鳴、張彥中(申請(qǐng)?zhí)?200310108130.9)利用一種共軸的針套針噴絲頭(其內(nèi)噴管和外噴管同軸)制得了具有廣泛應(yīng)用的超細(xì)共軸復(fù)合纖維。東華大學(xué)(申請(qǐng)?zhí)?200910048018.8)利用這種針套針殼一芯結(jié)構(gòu)的同軸靜電紡絲設(shè)備制備的殼一芯結(jié)構(gòu)的納米纖維可以同時(shí)負(fù)載兩種或兩種以上藥物進(jìn)行釋放。湖南博弈飛裝備新材料研究所(申請(qǐng)?zhí)?201220255003.6)利用具有兩個(gè)進(jìn)液口和一個(gè)復(fù)合噴頭的同軸復(fù)合噴頭來(lái)制備同軸纖維，但其復(fù)合噴頭出絲口仍為殼管與芯管相套的針套針模式。針套針同軸復(fù)合噴頭所形成的電場(chǎng)不均勻，殼層易包覆不勻或出現(xiàn)阻塞，且不易于同軸纖維的大批量生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種平板針孔結(jié)構(gòu)的同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，該方法改善了電場(chǎng)的均勻性，易于纖維殼層對(duì)核層的包覆，便于清洗，設(shè)備制造簡(jiǎn)單并且可以通過(guò)增加芯針及變換不同芯液，簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)同軸纖維的大批量及多功能復(fù)合纖維的生產(chǎn)。
[0007]本實(shí)用新型的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，包括輔助噴絲板、導(dǎo)電電極、芯針和殼層輸液通道，所述輔助噴絲板為帶有一階臺(tái)階且板面開(kāi)有通孔的板，所述輔助噴絲板的通孔的出絲面處為二次曲面凹槽，所述導(dǎo)電電極置于所述輔助噴絲板的臺(tái)階上，所述導(dǎo)電電極與所述輔助噴絲板共同形成一個(gè)溶液腔；所述殼層輸液通道插在所述導(dǎo)電電極中，且所述殼層輸液通道與所述溶液腔連通；所述芯針固定于所述導(dǎo)電電極，所述芯針的一端插在所述輔助噴絲板的通孔中，且端頭與所述輔助噴絲板通孔凹槽底面齊平；所述輔助噴絲板的材料為聚四氟乙烯樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂或聚丙烯樹(shù)脂等任何具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性及低介電常數(shù)的塑料材料
[0008]作為優(yōu)選的技術(shù)方案:
[0009]如上所述的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，所述二次曲面為拋物面、橢球面或雙曲面，固著復(fù)合液滴在板面上的位置，保持復(fù)合液滴泰勒錐形狀的穩(wěn)定，使紡絲順利進(jìn)行；根據(jù)所紡聚合物性質(zhì)的不同，深度為0.1?5_，且小于通孔的長(zhǎng)度，二次曲面與噴絲板的出絲面相交圓的直徑為1?5mm,適于具體復(fù)合泰勒錐大小。
[0010]如上所述的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，所述導(dǎo)電電極及芯針的材料是銅、鋁或鐵等任何導(dǎo)電性好易加工的金屬材料；所述芯針的數(shù)量為2?100根。
[0011]如上所述的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，所述導(dǎo)電電極為圓柱體或長(zhǎng)方體；當(dāng)所述導(dǎo)電電極為圓柱體時(shí)，所述芯針按同心圓或等節(jié)距分布；當(dāng)所述導(dǎo)電電極為長(zhǎng)方體時(shí)，所述芯針按矩形陣列或等節(jié)距分布。[0012]如上所述的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，所述芯針與所述輔助噴絲板的通孔同軸，間隙為0.1~1.5mm ;所述芯針的針孔直徑為0.1~1.5mm ;所述殼層輸液通道的內(nèi)孔直徑為2~5mm。
[0013]如上所述的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，所述溶液腔的高度即導(dǎo)電電極的端面與所述輔助噴絲板之間的間隙為0.1~1.5mm。
[0014]如上所述的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，所述導(dǎo)電電極與所述輔助噴絲板貼合處設(shè)有長(zhǎng)寬高各Imm的凹槽，并用O型圈密封；或者，所述芯針與所述導(dǎo)電電極接觸處用密封膠粘合；所述殼層輸液通道與所述導(dǎo)電電極接觸處用密封膠粘合；所述密封膠為環(huán)氧樹(shù)脂AB膠或幾-498金屬專(zhuān)用膠等絕緣性能好且固化后為非彈性固體的膠水。
[0015]采用本實(shí)用新型的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭紡絲時(shí)，將殼層紡絲液從所述殼層輸液通道注入并使始終充滿所述溶液腔，并從通孔中流出形成復(fù)合纖維的殼層；將核層紡絲液從所述芯針中注入，形成復(fù)合纖維的芯層；芯層殼層紡絲液在通孔凹槽內(nèi)匯合，形成復(fù)合液滴；在導(dǎo)電電極上施加高壓直流電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為15千伏到45千伏；輔助噴絲板到接收板間距離為15厘米到45厘米；調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)碾妷杭凹徑z距離，復(fù)合液滴在電場(chǎng)力下，經(jīng)高頻拉伸、彎曲擺動(dòng)到達(dá)接收板并固化形成芯一殼結(jié)構(gòu)的超細(xì)復(fù)合靜電紡絲纖維。
[0016]有益效果
[0017](I)本實(shí)用新型靜電紡絲噴頭與接收裝置之間電場(chǎng)均勻，更容易制備均勻的同軸復(fù)合纖維，產(chǎn)量大，效率高，經(jīng)濟(jì) 效益好；
[0018](2)本實(shí)用新型靜電紡絲噴頭制造簡(jiǎn)單，便于檢測(cè)維修和清洗，設(shè)備成本低。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭的結(jié)構(gòu)示意圖
[0020]圖2是輔助噴絲板的剖面示意圖
[0021]其中I是芯針 2是殼層輸液通道3是導(dǎo)電電極
[0022]4是輔助噴絲板4.1是臺(tái)階4.2是通孔
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
[0024]如圖1和2所示，是本實(shí)用新型的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，包括輔助噴絲板(4)、導(dǎo)電電極(3)、芯針(I)和殼層輸液通道(2)，所述輔助噴絲板(4)為帶有一階臺(tái)階(4.1)且板面開(kāi)有通孔(4.2 )的板，所述導(dǎo)電電極(3 )置于所述輔助噴絲板(4 )的臺(tái)階(4.1)上，所述導(dǎo)電電極(3 )與所述輔助噴絲板(4 )共同形成一個(gè)溶液腔；所述殼層輸液通道(2 )插在所述導(dǎo)電電極(3 )中，且所述殼層輸液通道(2 )與所述溶液腔連通；所述芯針Cl)固定于所述導(dǎo)電電極(3)，所述芯針(I)的一端插在所述輔助噴絲板(4)的通孔(4.2)中，且端頭與所述輔助噴絲板(4)通孔凹槽底面齊平；所述輔助噴絲板的材料為聚四氟乙烯樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂或聚丙烯樹(shù)脂等任何具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性及低介電常數(shù)的塑料材料
[0025]如上所述的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，所述輔助噴絲板(4)的通孔(4.2)的出絲面處為二次曲面凹陷，所述二次曲面為拋物面、橢球面或雙曲面，固著復(fù)合液滴在板面上的位置，保持復(fù)合液滴泰勒錐形狀的穩(wěn)定，使紡絲順利進(jìn)行；根據(jù)所紡聚合物性質(zhì)的不同，深度為0.1?5mm，且小于通孔(4.2)的長(zhǎng)度，二次曲面與噴絲板(4)的出絲面相交圓的直徑為I?5mm,適于具體復(fù)合泰勒錐大小。
[0026]如上所述的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，所述導(dǎo)電電極(3)及芯針
(I)的材料是銅、鋁或鐵等任何導(dǎo)電性好易加工的金屬材料；所述芯針(I)的數(shù)量為2?100根。
[0027]如上所述的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，所述導(dǎo)電電極(3)為圓柱體或長(zhǎng)方體；當(dāng)所述導(dǎo)電電極(3)為圓柱體時(shí)，所述芯針(I)按同心圓或等節(jié)距分布；當(dāng)所述導(dǎo)電電極(3 )為長(zhǎng)方體時(shí)，所述芯針(I)按矩形陣列或等節(jié)距分布。
[0028]如上所述的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，所述芯針(I)與所述輔助噴絲板(4)的通孔(4.2)同軸，間隙為0.1?1.5mm;所述芯針(I)的針孔直徑為0.1?
1.5mm ;所述殼層輸液通道(2)的內(nèi)孔直徑為2?5mm。
[0029]如上所述的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，所述溶液腔的高度即導(dǎo)電電極(3)的端面與所述輔助噴絲板(4)之間的間隙為0.1?1.5mm。
[0030]如上所述的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，所述導(dǎo)電電極(3)與所述輔助噴絲板(4)貼合處設(shè)有長(zhǎng)寬高各Imm的凹槽，并用O型圈密封；或者，所述芯針(I)與所述導(dǎo)電電極(3 )接觸處用密封膠粘合；所述殼層輸液通道(2 )與所述導(dǎo)電電極(3 )接觸處用密封膠粘合；所述密封膠為環(huán)氧樹(shù)脂AB膠或幾-498金屬專(zhuān)用膠等絕緣性能好且固化后為非彈性固體的膠水。
【權(quán)利要求】
1.一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，其特征是:所述平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭包括輔助噴絲板(4)、導(dǎo)電電極(3)、芯針(I)和殼層輸液通道(2)，所述輔助噴絲板(4)為帶有一階臺(tái)階(4.1)且板面開(kāi)有通孔(4.2)的板，所述輔助噴絲板(4)的通孔(4.2)的出絲面處為二次曲面凹槽，所述導(dǎo)電電極(3)置于所述輔助噴絲板(4)的臺(tái)階(4.1)上，所述導(dǎo)電電極(3)與所述輔助噴絲板(4)共同形成一個(gè)溶液腔；所述殼層輸液通道(2 )插在所述導(dǎo)電電極(3 )中，且所述殼層輸液通道(2 )與所述溶液腔連通；所述芯針(I)固定于所述導(dǎo)電電極(3 )，所述芯針(I)的一端插在所述輔助噴絲板(4 )的通孔(4.2 )中，且端頭與所述輔助噴絲板(4)的通孔(4.2)凹槽底面齊平；所述輔助噴絲板的材料為聚四氟乙烯樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂或聚丙烯樹(shù)脂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，其特征在于，所述二次曲面為拋物面、橢球面或雙曲面，深度為0.1?5mm，且小于通孔(4.2)的長(zhǎng)度，二次曲面與噴絲板(4)的出絲面相交圓的直徑為I?5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，其特征在于，所述導(dǎo)電電極(3)及芯針(I)的材料是銅、鋁或鐵；所述芯針(I)的數(shù)量為2?100根。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，其特征在于，所述導(dǎo)電電極(3)為圓柱體或長(zhǎng)方體；當(dāng)所述導(dǎo)電電極(3)為圓柱體時(shí)，所述芯針(I)按同心圓或等節(jié)距分布；當(dāng)所述導(dǎo)電電極(3)為長(zhǎng)方體時(shí)，所述芯針(I)按矩形陣列或等節(jié)距分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，其特征在于，所述芯針(I)與所述輔助噴絲板(4)的通孔(4.2)同軸，間隙為0.1?1.5mm;所述芯針(I)的針孔直徑為0.1?1.5mm ;所述殼層輸液通道(2)的內(nèi)孔直徑為2?5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，其特征在于，所述溶液腔的高度即導(dǎo)電電極(3)的端面與所述輔助噴絲板(4)之間的間隙為0.1?1.5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平板針孔同軸靜電紡纖維復(fù)合噴絲頭，其特征在于，所述導(dǎo)電電極(3)與所述輔助噴絲板(4)貼合處設(shè)有長(zhǎng)寬高各Imm的凹槽，并用O型圈密封；或者，所述芯針(I)與所述導(dǎo)電電極(3)接觸處用密封膠粘合；所述殼層輸液通道(2)與所述導(dǎo)電電極(3)接觸處用密封膠粘合；所述密封膠為環(huán)氧樹(shù)脂AB膠或JL-498金屬專(zhuān)用膠。
【文檔編號(hào)】D01D5/00GK203546218SQ201320630039
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】武會(huì)會(huì), 曾泳春 申請(qǐng)人:東華大學(xué)