一種特氟龍包裹并列紡絲頭及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)納米纖維料制備領(lǐng)域，特別是涉及一種特氟龍包裹并列紡絲頭及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓靜電紡絲技術(shù)是一種自上而下(top-down)的納米制造技術(shù),通過(guò)外加電場(chǎng)力克服噴頭尖端液滴的液體表面張力和粘彈力而形成射流，在靜電斥力、庫(kù)侖力和表面張力共同作用下，被霧化后的液體射流被高頻彎曲、拉延、分裂，在幾十毫秒內(nèi)被牽伸千萬(wàn)倍，經(jīng)溶劑揮發(fā)或熔體冷卻在接收端得到納米級(jí)纖維。該技術(shù)工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、操控方便、選擇材料范圍廣泛、可控性強(qiáng)、并且可以通過(guò)噴頭設(shè)計(jì)制備具有微觀結(jié)構(gòu)特征的納米纖維，被認(rèn)為是最有可能實(shí)現(xiàn)連續(xù)納米纖維工業(yè)化生產(chǎn)的一種方法，應(yīng)用該技術(shù)制備功能納米纖維具有良好的前景預(yù)期。
[0003]應(yīng)用高壓靜電紡絲制備納米纖維過(guò)程簡(jiǎn)單，但機(jī)理復(fù)雜。影響納米纖維制備的因素眾多，包括紡絲液的參數(shù)(濃度、粘度、表面張力、導(dǎo)電性等)、電紡工藝操作參數(shù)(電壓、流量、纖維接受距離等)和環(huán)境因素(濕度、溫度、真空度等)(Agarwal S，Greiner A,Wendorff JH.Funct1nal Materials by Electrospinning of Polymers.Prog.Poly.Sc1.2013，38，963-991.)。使用電紡技術(shù)制備具有結(jié)構(gòu)特征的納米纖維則更加復(fù)雜，需要考慮不同流體之間的相容性和在高壓電場(chǎng)下的行為。對(duì)于并列電紡，由于兩股流體帶有相同的電荷，非常容易相互排斥而無(wú)法形成結(jié)構(gòu)完整的并列納米纖維。這使得關(guān)于芯鞘納米纖維的報(bào)道成千上萬(wàn)篇，而關(guān)于并列結(jié)構(gòu)納米纖維的文獻(xiàn)僅僅十余篇。
[0004]在目前有限的文獻(xiàn)中，對(duì)于并列電紡，基本上都是采用兩根并列的金屬毛細(xì)管作為紡絲頭(Liu Z, Sun D D, Guo P, Leckie J0.An Efficient Bicomponent Ti02/Sn02Nanofiber Photocatalyst Fabricated by Electrospinning with a Side—by—Side dualSpinneret Method.Nano Lett.2007, 7, 1081-1085.)。這種傳統(tǒng)的做法，需要兩股流體都具有良好的可紡絲性能，而且彼此之間具有良好的相容性，這極大限制了這種基本結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用。本發(fā)明正是針對(duì)傳統(tǒng)并列電紡的局限性，發(fā)明一種嶄新的、符合流體在高壓電場(chǎng)下運(yùn)行規(guī)律的并列紡絲頭，開(kāi)發(fā)一種新的并列電紡工藝，并應(yīng)用這種發(fā)明制備出結(jié)構(gòu)完整的并列納米纖維。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的為了解決現(xiàn)有技術(shù)難以制備出具有并列結(jié)構(gòu)特征的納米纖維的技術(shù)問(wèn)題是提供一種特氟龍包裹并列紡絲頭，利用帶有該特氟龍包裹并列紡絲頭的并列電紡裝置即可制備出具有并列結(jié)構(gòu)特征的納米纖維。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案
一種特氟龍包裹并列紡絲頭，包括兩根金屬毛細(xì)管、一個(gè)連接接頭，另外還包括一特氟龍?zhí)坠?；特氟龍?zhí)坠軆?nèi)徑為2mm,兩根金屬毛細(xì)管的內(nèi)徑均為0.5mm ； 兩根金屬毛細(xì)管中，一根金屬毛細(xì)管為L(zhǎng)型，另一根金屬毛細(xì)管為一字型；
L型的金屬毛細(xì)管的一邊與一字型的金屬毛細(xì)管平行靠緊，并且平行靠緊的L型的金屬毛細(xì)管的出口端與一字型的金屬毛細(xì)管的出口端齊平，出口端齊平的兩根金屬毛細(xì)管的外面與特氟龍?zhí)坠艿娜肟诙颂捉?，特氟龍?zhí)坠艿某隹诙松斐龅匠隹诙她R平的兩根金屬毛細(xì)管的出口端之外，其伸出長(zhǎng)度為0.2mm ；
一字型的金屬毛細(xì)管的入口端直接插入連接接頭的一端進(jìn)行套連。
[0007]—種帶有上述特氟龍包裹并列紡絲頭的并列電紡裝置，包括第一軸流注射泵、第二軸流注射泵，第一注射器、第二注射器、硅膠管、特氟龍包裹并列紡絲頭、高壓發(fā)生器、纖維接收板和接地裝置；
特氟龍包裹并列紡絲頭的L型的金屬毛細(xì)管的入口通過(guò)硅膠管與第一注射器連接，第二注射器直接插入特氟龍包裹并列紡絲頭的連接接頭的另一端中，第一注射器安裝在第一軸流注射泵上，第二注射器安裝在軸流注射泵上；
第一軸流注射泵，第二軸流注射泵分別調(diào)控第一注射器和第二注射器的推進(jìn)速率，高壓發(fā)生器與特氟龍包裹并列紡絲頭通過(guò)導(dǎo)線直接連接以提供高壓靜電；
特氟龍包裹并列紡絲頭中，特氟龍?zhí)坠艿某隹诙伺c纖維接收板的中心相對(duì)，距離為20cm，高壓發(fā)生器與纖維接收板共同通過(guò)接地裝置接地；
所述的高壓發(fā)生器提供電壓為O?60kV ；
所述的第一注射器和第二注射器均為市售醫(yī)用商品。
[0008]所述的娃膠管內(nèi)徑為2mm,壁厚1mm。
[0009]利用上述的帶有偏心套管并列紡絲頭的并列電紡裝置對(duì)兩股流體進(jìn)行電紡制備并列結(jié)構(gòu)納米纖維的方法，具體步驟如下:
在第一注射器內(nèi)加入第一種紡絲液體，第二注射器內(nèi)加入第二種紡絲液體，通過(guò)電場(chǎng)作用，即可進(jìn)行并列結(jié)構(gòu)納米纖維的制備；
制備過(guò)程中針對(duì)不同的紡絲液體，采用相應(yīng)的流量和電壓，即可制備不同的結(jié)構(gòu)完整的并列結(jié)構(gòu)納米纖維。
[0010]本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的特氟龍包裹并列紡絲頭相比較傳統(tǒng)的兩根并列金屬毛細(xì)管，具有如下優(yōu)勢(shì):傳統(tǒng)的并列金屬毛細(xì)管紡絲頭中流體只有一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行接觸，而本發(fā)明的紡絲頭有一個(gè)面供流體相接觸，而且時(shí)間上，特氟隆管確保充電的兩邊流體先匯合，然后一起出來(lái)形成并列泰勒錐。
[0011]傳統(tǒng)的并列金屬毛細(xì)管紡絲頭中流體的充電呈不規(guī)則的形狀，不利于泰勒錐形成；而本發(fā)明的特氟龍包裹并列紡絲頭為統(tǒng)一的圓形形狀，有利于泰勒錐的形成。這些優(yōu)勢(shì)來(lái)源于本發(fā)明的特氟龍包裹并列紡絲頭更符合高壓電場(chǎng)下流體充電與運(yùn)行規(guī)律。
[0012]由于特氟隆是一種電絕緣光滑材料，除了能很好地保證兩股流體不因?yàn)殪o電斥力發(fā)生分離外，能夠減小管內(nèi)壁對(duì)流體的拉伸作用，對(duì)電場(chǎng)力產(chǎn)生較小的反向作用，促進(jìn)并列電紡的發(fā)生與啟動(dòng)，而且0.2mm的長(zhǎng)度不會(huì)引起兩股流體因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間接觸而導(dǎo)致的相互擴(kuò)散行為。
[0013]綜上所述，本發(fā)明的特氟龍包裹并列紡絲頭應(yīng)用簡(jiǎn)單、操作方便、易于控制，在高壓電場(chǎng)下可以單步制備出具有并列結(jié)構(gòu)特征的納米纖維，并且可以通過(guò)增多紡絲頭數(shù)量進(jìn)行大規(guī)模放大生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1、特氟龍包裹并列紡絲頭整體外形示意圖
圖2、實(shí)施例1中的特氟龍包裹并列紡絲頭的剖視圖；
圖3、帶有實(shí)施例1所述特氟龍包裹并列紡絲頭的并列電紡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4、實(shí)施例1的特氟龍包裹并列紡絲頭和現(xiàn)有技術(shù)中的并列紡絲頭在高壓電場(chǎng)下流體充電與運(yùn)行規(guī)律說(shuō)明圖，其中I為傳統(tǒng)并列紡絲頭，2為實(shí)施例1的特氟龍包裹并列紡絲頭;
圖5、應(yīng)用實(shí)施例1所得的PCL/PMMA并列結(jié)構(gòu)納米纖維的透射電鏡圖；
圖6、應(yīng)用對(duì)照實(shí)施例1所得PVP/PMMA并列結(jié)構(gòu)納米納米纖維的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面通過(guò)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
[0016]本發(fā)明應(yīng)用實(shí)施例中所用的場(chǎng)發(fā)射透射電鏡為日本東京JEOL公司產(chǎn)品，型號(hào)為2100F ；
場(chǎng)發(fā)射電子掃描電鏡為進(jìn)口荷蘭FEI公司產(chǎn)品，Quanta 450型。
[0017]實(shí)施例1
一種特氟龍包裹并列紡絲頭，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、圖2所示，包括金屬毛細(xì)管1、金屬毛細(xì)管2、連接接頭4,另外還包括一特氟龍?zhí)坠? ;特氟龍?zhí)坠?內(nèi)徑為2mm,金屬毛細(xì)管I和金屬毛細(xì)管2的內(nèi)徑均為0.5mm ；
金屬毛細(xì)管I為L(zhǎng)型，金屬毛細(xì)管2為一字型；
L型的金屬毛細(xì)管I的一邊與一字型的金屬毛細(xì)管2平行靠緊并點(diǎn)焊在一起，并且平行靠緊的L型的金屬毛細(xì)管I的出口端與一字型的金屬毛細(xì)管2的出口端齊平，出口端齊平的金屬毛細(xì)管1、2的外面與特氟龍?zhí)坠?的入口端套接，特氟龍?zhí)坠?的出口端伸出到出口端齊平的金屬毛細(xì)管1、2的出口端之外，其伸出長(zhǎng)度為0.2mm ；
一字型的金屬毛細(xì)管I的入口端直接插入連接接頭4的一端進(jìn)行套連。
[0018]實(shí)施例2
一種帶有實(shí)施例1中所述的特氟龍包裹并列紡絲頭的并列電紡裝置，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，包括第一軸流注射泵1、第二軸流注射泵2，第一注射器3、第二注射器4、硅膠管5、特氟龍包裹并列紡絲頭6、高壓發(fā)生器7、纖維接收板8和接地裝置9 ；
特氟龍包裹并列紡絲頭6的L型的金屬毛細(xì)管的入口通過(guò)硅膠管5與第一注射器3連接，第二注射器4直接插入特氟龍包裹并列紡絲頭6的連接接頭的另一端中，第一注射器3安裝在第一軸流注射泵I上，第二注射器4安裝在軸流注射泵2上；
第一軸流注射泵3，第二軸流注射泵4分別調(diào)控第一注射器I和第二注射器2的推進(jìn)速率，高壓發(fā)生器7與特氟龍包裹并列紡絲頭6通過(guò)導(dǎo)線直接連接以提供高壓靜電；
特氟龍包裹并列紡絲頭6中，特氟龍?zhí)坠?的出口端與纖維接收板8的中心相對(duì)，距離為20cm，高壓發(fā)生器7與纖維接收板8共同通過(guò)接地裝置9接地；
所述的高壓發(fā)生器7提供電壓為O?60kV ； 所述的第一注射器3和第二注射器4均為市售醫(yī)用商品。
[0019]所述的娃膠管內(nèi)徑為2mm,壁厚Imm ；
纖維接收板8為采用鋁箔包裹的一塊硬紙板做成；
第一軸流注射泵1、第二軸流注射泵2均為進(jìn)口美國(guó)產(chǎn)品，KDS100型，美國(guó)Co I e-Parmer?公司生產(chǎn)；
高壓發(fā)生器7為上海蘇特公司產(chǎn)品，ZGF2000型。
[0020]上述所用的特氟龍包裹并列紡絲頭和現(xiàn)有技術(shù)中的并列紡絲頭在高壓電場(chǎng)下流體充電與運(yùn)行規(guī)律說(shuō)明圖如圖4所示，其中I為傳統(tǒng)并列紡絲頭，2為本發(fā)明實(shí)施例1的特氟龍包裹并列紡絲頭，從圖中I可以看出，傳統(tǒng)并列紡絲頭是一個(gè)“點(diǎn)”進(jìn)行流體接觸，一個(gè)不規(guī)則充電面；從圖中2可以看出，本發(fā)明的特氟龍包裹并列紡絲頭是一個(gè)“面”流體接觸，一個(gè)規(guī)則充電面，出口特氟龍表面對(duì)流體拉力小，同時(shí)特氟龍是一種絕緣材料，有利于防止高壓靜電能的散射而更集中于流出管口的流體之上，因此特氟龍包裹并列紡絲頭有利于發(fā)揮電場(chǎng)的作用，形成一個(gè)完整的泰勒錐以促進(jìn)并列電紡的啟動(dòng)與發(fā)生