一種內(nèi)外雙環(huán)氣流輔助靜電紡絲噴頭裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于靜電紡絲領(lǐng)域的靜電紡絲噴頭裝置，特別涉及一種內(nèi)外雙環(huán)氣流輔助靜電紡絲噴頭裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電紡絲技術(shù)最早在1930年美國專利US1975504中被提出，是一種利用靜電場力制備納米纖維的紡絲技術(shù)，在1993年被正式定義為靜電紡絲技術(shù)；其工作原理是:將聚合物溶液或熔體通過針頭或者噴頭擠出并置于高壓靜電場中，在電場力的拉伸作用下形成泰勒錐，進而產(chǎn)生射流，細流在達到接收裝置前產(chǎn)生高度拉伸，溶液中的溶劑蒸發(fā)或熔體固化，最后在接收裝置上形成超細纖維。由于靜電紡絲法具有許多其它纖維制備方法所不具備的獨特的優(yōu)勢，近年來與靜電紡絲產(chǎn)業(yè)化設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用吸引了大批的專業(yè)人士。
[0003]提及產(chǎn)業(yè)化，首先就是要提高生產(chǎn)效率，而傳統(tǒng)的靜電紡絲方法制備納米纖維的效率不理想，為提高靜電紡絲的效率，多噴頭靜電紡絲裝置被發(fā)明，如Tomaszewski【I】分別采用直線、橢圓和圓形分布的噴頭進行紡絲實驗Jheixm【2】則試驗了單針、七針和9針方型排布的方式。在多針頭的方式下，當(dāng)每個針的輸液量大小分布不均導(dǎo)致某些針頭的輸液量大于紡絲所需的量時，噴頭末端的紡絲料液會形成液滴滴下，為了保證紡絲料液以恒定的壓力或流量輸送到每個噴頭上，電子化控制的多泵多噴頭靜電紡絲機被研制【3】，但設(shè)備的可操作性差，成本高。故此，多噴頭的方式對噴涂效率有一定的提高，但無法避免噴頭間的靜電排斥干擾和堵針的問題。近年來，又出現(xiàn)了輥式無針頭或者是其它的旋轉(zhuǎn)式靜電紡絲方式，但此類設(shè)備在電極旋轉(zhuǎn)的過程中敞開式的料液槽導(dǎo)致溶劑的快速揮發(fā)，從而紡絲過程中料液的粘度變化對紡絲狀態(tài)的穩(wěn)定性和納米纖維的質(zhì)量造成了不良影響，或者是由于非連續(xù)性的供液方式導(dǎo)致生產(chǎn)被迫中斷，不利于產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用。
[0004]針對這一問題，本發(fā)明提出一種內(nèi)外雙環(huán)氣流輔助紡絲噴頭裝置，該裝置是由可拆卸的四大組件構(gòu)成的紡絲噴頭，結(jié)構(gòu)簡單，可控性強，紡絲的過程中供料系統(tǒng)是密封的，可避免紡絲過程中料液中的溶劑揮發(fā)問題，在內(nèi)外高速環(huán)切氣流的輔助下使得纖維得到了充分拉伸的同時，提高了纖維中溶劑的揮發(fā)速度，可制備出更細的納米纖維，紡絲效率高，適用于納米纖維的規(guī)?；倪B續(xù)生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是提出一種內(nèi)外雙環(huán)氣流輔助靜電紡絲噴頭裝置，通過內(nèi)、外雙環(huán)形氣流輔助的牽伸作用促使中間環(huán)形料液出口的料液在高壓靜電場中紡絲成納米纖維，相比單針紡絲的形式，不僅解決了毛細管易堵塞的問題，同時纖維直徑及纖維產(chǎn)率上均有很大的提尚。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明提供的內(nèi)外雙環(huán)氣流紡絲噴頭裝置，其由噴頭主體和正電極13組成；所述噴頭主體由4個相互嵌套且可拆卸的由內(nèi)而外的第一組件101、第二組件102、第三組件103和第四組件104組成；
[0008]所述第一組件101為一上部帶有外螺紋的圓柱形螺桿結(jié)構(gòu)，第一組件101的中上部設(shè)有一橫向通孔，上部設(shè)有一與所述橫向通孔相通的垂向中心孔I;
[0009]所述第二組件102為一帶等直徑中心孔和上部外螺紋的圓柱形螺桿結(jié)構(gòu)，等直徑中心孔上部帶有上部內(nèi)螺紋，所述第二組件102的上部內(nèi)螺紋與所述第一組件101的上部外螺紋相連接，二者之間形成內(nèi)環(huán)氣體流道4 ;所述第二組件102的上部圓柱面上對稱地設(shè)有第一垂向孔和第二垂向孔，所述第一垂向孔內(nèi)裝有正電極13 ;
[0010]所述第三組件103為一帶中心孔的圓柱形螺桿結(jié)構(gòu)，所述中心孔依次由帶內(nèi)螺紋的上段內(nèi)螺紋段、等直徑中段、變直經(jīng)下段及等直徑最下段組成，所述等直徑中段的直徑大于等直徑最下段的直徑；所述第三組件103外周依次由帶外螺紋的上段外螺紋段、等直徑中段、變直徑下段及等直徑最下段組成；所述第三組件103的帶內(nèi)螺紋上段內(nèi)螺紋段與所述第二組件102的上部內(nèi)螺紋連接，二者之間形成中環(huán)料液流道5 ;所述料液流道5的上部流道內(nèi)裝有呈水平態(tài)的帶有等間距導(dǎo)流孔14的上導(dǎo)流板12與下導(dǎo)流板13，二導(dǎo)流板之間間距不小于1cm，上導(dǎo)流板上的導(dǎo)流孔與下導(dǎo)流板上的導(dǎo)流孔錯位分布；所述第三組件103的中心孔的最下段與所述第二組件102之間的間隙為0.05-2mm ;料液流道5的下端口為料液出口 8，所述第二組件102的第二垂向孔為料液入口 2 ；
[0011]所述第四組件104為一帶中心孔的螺帽結(jié)構(gòu)，所述第四組件104上段為帶內(nèi)螺紋的上段內(nèi)螺紋段，所述第四組件104的上段內(nèi)螺紋段與所述第三組件103的上部外螺紋相連接，二者之間形成外環(huán)氣體流道6 ;所述外環(huán)氣體流道6依次由等直徑上部流道、變直徑中部流道和等直徑下部流道組成；所述等直徑上部流道側(cè)壁上設(shè)有與所述外環(huán)氣體流道6相通的外環(huán)進氣口 3，所述等直徑下部流道端部為外環(huán)出氣口 9 ;
[0012]所述正電極15伸入中環(huán)料液流道5與料液接觸。
[0013]所述的內(nèi)環(huán)氣體流道4、中環(huán)料液流道5與外環(huán)氣體流道6同心；所述的內(nèi)環(huán)氣體流道4的內(nèi)環(huán)出氣口 7、中環(huán)料液流道5的料液出口 8與外環(huán)氣體流道6的外環(huán)出氣口 9為同心的環(huán)狀。
[0014]所述第二組件102下端部比所述第三組件103下端部長，且為末端錐面結(jié)構(gòu)；或所述第三組件103下端部比所述第二組件102下端部長，且為末端錐面結(jié)構(gòu)。
[0015]所述內(nèi)環(huán)氣體流道4的內(nèi)環(huán)進氣口與外環(huán)氣體流道6的外環(huán)進氣口 3分別裝有氣流調(diào)節(jié)閥，以調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)氣流與外環(huán)氣流的流速；
[0016]所述中環(huán)料液流道5的料液入口 2連接精密計量的供料裝置，以控制料液流量。
[0017]所述內(nèi)環(huán)氣體流道4和外環(huán)氣體流道6內(nèi)通入熱氣流。
[0018]所述噴頭主體的各部件材質(zhì)為在紡絲液中不被溶解或降解的導(dǎo)電材料或絕緣材料。所述不被溶解或降解的導(dǎo)電材料為不銹鋼，銅，鐵或鋁；所述不被溶解或降解的絕緣材料為高分子復(fù)合材料、陶瓷，木材或高分子復(fù)合材料。所述高分子復(fù)合材料為工程塑料或樹脂。
[0019]使用時，所述正電極13與一直流電源16正極接觸連接，所述直流電源16負極與位于噴頭主體料液出口正下方的接收電極17接觸連接。
[0020]本發(fā)明在中環(huán)料液流道5內(nèi)設(shè)雙層導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)，有助于流道中的料液的沿中環(huán)料液流道徑向的分布均勻，利于料液出口處泰勒錐的數(shù)量最大化和沿徑向的均勻分布。
[0021]第二組件102的上端裝有一個正電極，正電極伸入料液流道中，當(dāng)料液流道中充滿料液時，正電極與料液接觸，使得料液帶電，保證紡絲的順利進行。
[0022]中環(huán)料液流道5的內(nèi)、外均有氣流輔助，結(jié)構(gòu)簡單，可控性強，紡絲的過程中供料系統(tǒng)是密封的，可避免紡絲過程中料液中的溶劑揮發(fā)，在內(nèi)外高速環(huán)切氣流的輔助下使得纖維得到了充分拉伸的同時，提高纖維中溶劑的揮發(fā)速度，可制備出更細的納米纖維，紡絲效率高，適用于納米纖維的規(guī)?；倪B續(xù)生產(chǎn)。
[0023]本發(fā)明的增益效果:
[0024]本發(fā)明采用內(nèi)、外雙環(huán)為氣流流道，中間環(huán)為料液流道的三環(huán)同心結(jié)構(gòu)；噴頭主體由4個相互嵌套且可拆卸的由內(nèi)而外的第一組件101、第二組件102、第三組件103和第四組件104組成；其結(jié)構(gòu)簡單，易于拆裝和清洗維護；
[0025]中環(huán)料液流道較寬的上段中的上、下雙導(dǎo)流板設(shè)計，上下導(dǎo)流板的導(dǎo)流孔錯位布局，利于料液沿料液流道的徑向分布均勻；料液出口為環(huán)形，出口的內(nèi)外壁長短不一的結(jié)構(gòu)設(shè)計，長壁的末端為錐面結(jié)構(gòu)，在高壓電場的作用下，利于最大最優(yōu)數(shù)目的泰勒錐的形成，同時降低紡絲的臨界電壓值；
[0026]料液出口的內(nèi)、外兩側(cè)都有出氣口，料液所形成的纖維在內(nèi)外兩束高速環(huán)切氣流的輔助下得到了更充分的拉伸的同時，也提高了纖維中溶劑的揮發(fā)速度，可制備出更細的納米纖維，紡絲效率高，適用于納米纖維的規(guī)?；倪B續(xù)生產(chǎn)；
[0027]通過改變內(nèi)、外環(huán)的氣流的流速可控制纖維的分布面積大小和產(chǎn)率；同時紡絲的過程中供料系統(tǒng)密封，可避免紡絲過程中料液中的溶劑揮發(fā)問題，利于長時間連續(xù)穩(wěn)定的紡絲。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明內(nèi)外雙環(huán)氣流紡絲噴頭裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2和圖3分別為中環(huán)料液流道末端錐面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4和圖5分別為使用本發(fā)明的內(nèi)外雙環(huán)氣流紡絲噴頭裝置制備的紡絲樣品的SEM圖片。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖及實施例進一步描述本發(fā)明，但實施例僅用于進一步闡釋本發(fā)明，但本發(fā)明的保護范圍不受所述實施例的限制。
[0032]實施例1
[0033]實施例1的示意圖如圖1所示，首先，通過將PVDF的粉末加入丙酮和DMF的混合溶劑中制得濃度為13% w/v的PVDF紡絲料液，PVdF的分子量50萬，紡絲料液的粘度范圍為 1200±50cP。
[0034]此實施例中，第三組件103下端部比所述第二組件