一種納米纖維量產裝置的噴頭的製作方法
2023-10-17 20:53:29
本發明描述了一種納米纖維量產裝置的噴頭，能連續、穩定地大量製備納米纖維，同時水和有機溶劑兼容，打破了製備納米纖維的原材料的局限性。
背景技術：
靜電紡絲是一項藉助高壓電場作用，對聚合物溶液進行拉伸，製備比表面積大、孔隙率高、長徑比大、表面能高、活性高的納米纖維的技術。相比於其它的納米纖維的製備方法，該方法具有更加方便、簡單、靈活等優點，而且還可以將大量治療型藥物、抑菌物質、功能基團甚至是活細胞等複合到纖維材料之中，因此在生物醫藥、生物傳感、納米電子、光電子器件、催化等領域具有極高的應用價值，已成為納米研究領域的熱點之一。
納米纖維的量產，獲得批間性能穩定、質量可控的納米纖維，是基於納米纖維的各項基礎研究和應用研究工作的基礎，也是實現相關研究成果的產業化，從而實現其經濟價值和社會價值的瓶頸問題。因此，納米纖維量產技術，是制約納米纖維產業發展的核心關鍵技術。
目前國內外已有的量產技術研究有限，且均為單一噴頭式或無噴頭式，不可避免地分別存在這兩種方式固有的局限：噴頭式電紡量產技術適合水和有機溶劑兼容，但存在易堵、難清洗的缺點，產率也較無噴頭方式低。而無噴頭方式由於製備過程中電紡溶液是相對敞開的，有機溶劑易於揮發，目前只適用於水溶性或低揮發性有機溶劑材料。兩種方法實則是互補的關係，因此將噴頭式和無噴頭式的量產製備技術加以整合，以期取長補短，或揚長避短，預期可獲得優勢兼有的新技術。
技術實現要素：
技術問題：本發明提供了一種可實現靜電紡絲法量產納米纖維的噴頭，該噴頭可與常規電紡裝置配套使用，可連續穩定地生產納米纖維，大幅提高納米纖維的產率，實現納米纖維的量產化。
技術方案：本發明提供的一種納米纖維量產裝置的噴頭，該噴頭包括凸形多孔板、噴頭體固定螺帽、空心T字形外螺旋管、密封壓圈、液槽；其中，空心T字形外螺旋管的上端即大口端上設置凸形多孔板，凸形多孔板的凸形部分外套氟橡膠密封壓圈，噴頭體固定螺帽套在密封壓圈、凸形多孔板、空心T字形外螺旋管的外面，噴頭體固定螺帽的內螺紋與空心T字形外螺旋管的外螺紋旋接，將橡膠密封壓圈和凸形多孔板壓緊在空心T字形外螺旋管內，空心T字形外螺旋管下部的小口端插入液槽的連接口；由氣泵或電泵推動通過液槽的進液口的紡絲溶液依次經過空心T字形外螺旋管、噴頭體固定螺帽到達凸形多孔板，在電場中實施納米纖維紡制。
所述的凸形多孔板的凸形部分表面密布孔徑在0.01～0.1毫米的噴絲細孔。
所述的液槽是密閉式的，具有與連接口相通的內部溝槽，作為紡絲溶液的流動通道；連接口有一或多個，能與一個或多個空心T字形外螺旋管相連，使納米纖維量產裝置可以單噴頭或多噴頭方式工作。
所述的凸形多孔板採用聚四氟乙烯材料製成。
所述的噴頭體固定螺帽、空心T字形外螺旋管、液槽採用不鏽鋼材料製成。
所述的密封壓圈採用氟橡膠材料製成。
有益效果：本發明具有的有益效果為：
1)與現有方法相比，本發明提供的裝置能連續、穩定地製備納米級的纖維，製備過程中無間斷現象，無液滴上揚，製備的納米纖維膜質地均勻。
2)本發明提供的裝置可選擇採用單個噴頭或多個噴頭的工作方式適應不同的產量要求，是一種可以靈活應用於靜電紡絲技術的普適型配件。單個噴頭工作方式的製備效率較傳統的單一噴針提高10～100倍；採用多個噴頭陣列的工作方式，可進一步大大提高生產效率，滿足納米纖維工業化量產的要求。
3)本發明提供的裝置既適用於水性溶劑，也適用於有機溶劑配製的電紡溶液，打破了製備納米纖維的原材料的局限性。
4)本發明提供的裝置，將噴頭式和無噴頭式的量產製備技術加以整合，克服了通常噴頭易堵、難清洗的缺點，且納米纖維產率堪比無噴頭方式，依託此裝置可建立優勢兼有的納米纖維量產新技術。
附圖說明
圖1：本發明提供的納米纖維量產裝置的噴頭的結構示意圖。其中有：凸形多孔板1、凸形部分1a、噴頭體固定螺帽2、空心T字形外螺旋管3、大口端3a、小口端3b、密封壓圈4、液槽5、連接口5a、進液口5b。
具體實施方式
本發明的基於新型噴頭的納米纖維量產裝置，包括聚四氟乙烯凸形多孔板1、不鏽鋼噴頭體固定螺帽2、不鏽鋼空心T字形外螺旋管3、氟橡膠密封壓圈4、不鏽鋼液槽5。其中，聚四氟乙烯凸形多孔板1的凸形部分外套氟橡膠密封壓圈4，安放於不鏽鋼噴頭體固定螺帽2的開口噴頭端，聚四氟乙烯凸形多孔板1的平面部分朝向不鏽鋼噴頭體固定螺帽2的內螺紋端；不鏽鋼空心T字形外螺旋管3的大口端和小口端各具外螺旋，分別可與不鏽鋼噴頭體固定螺帽2的內螺紋端和不鏽鋼液槽5的連接口以螺旋方式連接，使得聚四氟乙烯凸形多孔板1緊密固定在不鏽鋼噴頭體固定螺帽2和不鏽鋼空心T字形外螺旋管3之間，同時使得由氣泵或電泵推動通過不鏽鋼液槽5進液口的紡絲溶液可依次經過不鏽鋼空心T字形外螺旋管3、不鏽鋼噴頭體固定螺帽2，到達聚四氟乙烯凸形多孔板1，在電場中實施納米纖維紡制。
通過以下實施例進一步說明本發明。
實施例1：
納米纖維量產裝置的噴頭的結構為：聚四氟乙烯凸形多孔板的凸形部分外套氟橡膠密封壓圈，安放於不鏽鋼螺帽噴頭體的開口噴頭端，其平面部分朝向不鏽鋼螺帽噴頭體的螺紋端；不鏽鋼空心T字形外螺旋管的大口端和小口端各具外螺旋，分別可與不鏽鋼螺帽噴頭體的螺紋端和不鏽鋼液槽的連接口以螺旋方式連接，使得聚四氟乙烯凸形多孔板緊密固定在不鏽鋼螺帽噴頭體和不鏽鋼空心T字形外螺旋管之間，同時使得由氣泵或電泵推動通過不鏽鋼液槽的進液口的紡絲溶液可以依次經過不鏽鋼空心T字形外螺旋管、不鏽鋼螺帽噴頭體，到達聚四氟乙烯凸形多孔板，在多孔板密布的噴絲細孔形成多個出液點，形成多個泰勒錐，在高壓電場作用下進行拉伸，並隨著溶劑的揮發，固化成絲。
所述的聚四氟乙烯凸形多孔板是圓形的，其凸形部分的直徑較不鏽鋼螺帽噴頭體開口噴頭端圓周的直徑小0.5-2.0毫米，使凸形部分外套氟橡膠密封壓圈後，可籍由不鏽鋼空心T字形外螺旋管與不鏽鋼螺帽噴頭體的螺旋連接，緊密固定在兩者之間。
所述的聚四氟乙烯凸形多孔板凸形部分，其表面密布孔徑在0.01～0.1毫米的噴絲細孔。
所述的不鏽鋼液槽是密閉式的，有一或多個連接口，可與一個或多個不鏽鋼螺帽噴頭體的螺紋端相連，使裝置可以單噴頭或多噴頭方式工作。
所述的不鏽鋼液槽具與連接口相通的內部溝槽，作為紡絲溶液的流動通道，使由氣泵或電泵推動下通過不鏽鋼液槽的進液口的紡絲溶液可以依次經過不鏽鋼空心T字形外螺旋管、不鏽鋼螺帽噴頭體，到達聚四氟乙烯凸形多孔板。
聚四氟乙烯凸形多孔板1凸形部分表面噴絲細孔的孔徑為0.01毫米，電紡溶液為10％的聚氧化乙烯水溶液，氣泵推進速度為0.1mL/min，紡絲電壓為15Kv，收集距離為15cm。單一噴頭工作方式，製備的納米纖維平均直徑為200nm，20分鐘獲得的納米纖維膜大小為10×15cm，厚度為75μm。
實施例2：
納米纖維量產裝置的噴頭的結構同實施例1，聚四氟乙烯凸形多孔板1凸形部分表面噴絲細孔的孔徑為0.1毫米。電紡溶液為10％的聚氧化乙烯水溶液，氣泵推進速度為0.1mL/min，紡絲電壓為20Kv，收集距離為16cm。5個噴頭同時工作方式，製備的納米纖維平均直徑為300nm，15分鐘獲得的納米纖維膜大小為40×40cm，厚度為150μm。
實施例3：
納米纖維量產裝置的噴頭的結構同實施例1，聚四氟乙烯凸形多孔板1凸形部分表面噴絲細孔的孔徑為0.05毫米，電紡溶液為10％的聚苯乙烯二氯甲烷溶液，電泵推進速度為0.2mL/min，紡絲電壓為15Kv，收集距離為15cm。單一噴頭工作方式，製備的納米纖維平均直徑為300nm，20分鐘獲得的納米纖維膜大小為13×17cm，厚度為90μm。