專利名稱：一種可實(shí)現(xiàn)靜電紡絲法量產(chǎn)納米纖維的噴頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明描述了一種可實(shí)現(xiàn)靜電紡絲法量產(chǎn)納米纖維的噴頭，該噴頭可與常規(guī)電紡裝置配套使用，可連續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)納米纖維，大幅提高納米纖維的產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)納米纖維的量產(chǎn)化。
背景技術(shù)：
靜電紡絲是一項(xiàng)借助高壓電場(chǎng)作用，對(duì)聚合物溶液進(jìn)行拉伸，制備比表面積大、孔隙率高、長(zhǎng)徑比大、表面能高、活性高的納米纖維的技術(shù)。相比于其它的納米纖維的制備方法，該方法具有更加方便、簡(jiǎn)單、靈活等優(yōu)點(diǎn)，而且還可以將大量治療型藥物、抑菌物質(zhì)、功能基團(tuán)甚至是活細(xì)胞等復(fù)合到纖維材料之中，因此在生物醫(yī)藥、生物傳感、納米電子、光電子器件、催化等領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用價(jià)值，已成為納米研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。納米纖維的量產(chǎn)，獲得批間性能穩(wěn)定、質(zhì)量可控的納米纖維，是基于納米纖維的各項(xiàng)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究工作的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)相關(guān)研究成果的產(chǎn)業(yè)化，從而實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值的瓶頸問(wèn)題。因此，納米纖維量產(chǎn)技術(shù)，是制約納米纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心關(guān)鍵技術(shù)。2004年世界上首臺(tái)大規(guī)模低成本生產(chǎn)納米纖維材料的紡絲機(jī)“納米蜘蛛”，由捷克 ELMARC0公司生產(chǎn)問(wèn)世，隨之，國(guó)內(nèi)外納米纖維量產(chǎn)化相關(guān)研究正在開(kāi)展。因此，盡快研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的納米纖維量產(chǎn)技術(shù)和裝置，拔得國(guó)內(nèi)相關(guān)研究領(lǐng)域的頭籌，搶占相關(guān)產(chǎn)品市場(chǎng)開(kāi)拓的先機(jī)，尤為必要和迫切。靜電紡絲的噴頭是整個(gè)裝置的核心部分，常規(guī)的靜電紡絲裝置是將非牛頓流體輸送至高壓電正極處的單噴頭口，由高壓電場(chǎng)作用形成納微米纖維，并在與高壓電負(fù)極相連金屬板上富集沉積，得到纖維薄膜材料。該裝置采用的是單一噴頭，產(chǎn)率極低，從而限制了納米纖維的大規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用。近年來(lái)，隨著靜電紡絲研究的日益深入，人們對(duì)靜電紡絲裝置的革新及其改進(jìn)也在緊鑼密鼓地進(jìn)行著，如將單噴頭改造成并列噴頭、多噴頭、同心噴頭等。然而這些技術(shù)依然存在不能很好地實(shí)現(xiàn)納米纖維的連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)，因此，不能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，滿足對(duì)納米纖維大規(guī)模應(yīng)用的需求?？茖W(xué)的噴頭設(shè)計(jì)，輔以操作參數(shù)的調(diào)節(jié)和優(yōu)化，才是實(shí)現(xiàn)納米纖維量產(chǎn)技術(shù)的研究重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明提供了一種可實(shí)現(xiàn)靜電紡絲法量產(chǎn)納米纖維的噴頭，該噴頭可與常規(guī)電紡裝置配套使用，可連續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)納米纖維，大幅提高納米纖維的產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)納米纖維的量產(chǎn)化。技術(shù)方案本發(fā)明提供的一種可實(shí)現(xiàn)靜電紡絲法量產(chǎn)納米纖維的噴頭，包括柔性多孔濾芯、微孔覆膜、微孔覆膜壓圈和錐狀噴頭體；其中，錐狀噴頭體為兩端開(kāi)口的空心錐狀結(jié)構(gòu)，在錐狀噴頭體大口端內(nèi)固定有柔性多孔濾芯，在柔性多孔濾芯的外表面以微孔覆膜包覆，微孔覆膜的外邊由微孔覆膜壓圈固定在錐狀噴頭體上；錐狀噴頭體的尖頭端為進(jìn)液口接電紡溶液進(jìn)料管。電紡溶液在氣泵或電泵加壓推動(dòng)下經(jīng)進(jìn)料管通過(guò)柔性多孔濾芯，形成多個(gè)出液點(diǎn)，再經(jīng)過(guò)微孔覆膜調(diào)節(jié)液滴大小，形成多個(gè)泰勒錐，在高壓電場(chǎng)作用下進(jìn)行拉伸，并隨著溶劑的揮發(fā)，固化成絲。所述的柔性多孔濾芯采用的是海綿或軟質(zhì)泡沫塑料。所述的微孔覆膜采用采用孔徑在0. 0Γ1. O毫米的尼龍布。所述的微孔覆膜壓圈的材質(zhì)是耐有機(jī)溶劑橡膠。所述的錐狀噴頭體是塑料或是金屬材質(zhì)的，錐度為1:3 1:20。有益效果本發(fā)明具有的有益效果為
1)與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明提供的噴頭設(shè)計(jì)能連續(xù)、穩(wěn)定地制備納米級(jí)的纖維，制備過(guò)程中無(wú)間斷現(xiàn)象，無(wú)液滴上揚(yáng)，制備的納米纖維膜質(zhì)地均勻。2)本發(fā)明提供的單個(gè)噴頭的制備效率較傳統(tǒng)的單一噴針提高1(Γ100倍；采用多個(gè)噴頭陣列的工作方式，可進(jìn)一步大大提高生產(chǎn)效率，滿足納米纖維量產(chǎn)的要求。3)本發(fā)明提供的噴頭可與常規(guī)電紡裝置配套使用，不需要特殊的設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 成本低廉。4)本發(fā)明提供的噴頭既適用于水性溶劑，也適用于非水有機(jī)溶劑配制的電紡溶液，是一種可以靈活應(yīng)用于靜電紡絲技術(shù)的普適型配件。


圖1 本發(fā)明提供的噴頭的結(jié)構(gòu)示意圖。其中有柔性多孔濾芯1、微孔覆膜2、微孔覆膜壓圈3、錐狀噴頭體4。圖2 實(shí)施例1納米纖維膜掃描電鏡圖。圖3 實(shí)施例2納米纖維膜掃描電鏡圖。圖4 實(shí)施例3納米纖維膜掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)靜電紡絲法量產(chǎn)納米纖維的噴頭，包括柔性多孔濾芯1、微孔覆膜 2、微孔覆膜壓圈3和錐狀噴頭體4 ；其中，錐狀噴頭體4為兩端開(kāi)口的空心錐狀結(jié)構(gòu)，在錐狀噴頭體4大口端內(nèi)固定有柔性多孔濾芯1，在柔性多孔濾芯1的外表面以微孔覆膜2包覆，微孔覆膜2的外邊由微孔覆膜壓圈3固定在錐狀噴頭體4上；錐狀噴頭體4的尖頭端接電紡溶液進(jìn)料管。通過(guò)以下實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1
采用塑料材質(zhì)的錐度為1:3的錐狀噴頭體4，柔性多孔濾芯1為海綿，孔徑為0. 01毫米的尼龍布作為微孔覆膜2。電紡溶液為10%的聚氧化乙烯水溶液，氣泵推進(jìn)速度為0. ImL/ min，紡絲電壓為MKv，收集距離為15cm。單一噴頭工作，制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IOX 15cm，厚度為75 μ m。實(shí)施例2
采用塑料材質(zhì)的錐度為1:10的錐狀噴頭體4，柔性多孔濾芯1為海綿，孔徑為0. 01毫米的尼龍布作為微孔覆膜2。電紡溶液為10%的聚氧化乙烯水溶液，氣泵推進(jìn)速度為0. ImL/ min，紡絲電壓為20Kv，收集距離為16cm。16個(gè)噴頭，以4X4排成兩兩間隔為Icm的矩陣工作，制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40X40cm，厚度為 150 μ m0 實(shí)施例3
采用金屬材質(zhì)的錐度為1:20的錐狀噴頭體4，柔性多孔濾芯1為軟質(zhì)聚氨基甲酸酯泡沫塑料，孔徑為0. 1毫米的尼龍布作為微孔覆膜2。電紡溶液為10%的聚苯乙烯二氯甲烷溶液，電泵推進(jìn)速度為0. 2mL/min，紡絲電壓為15Kv，收集距離為15cm。單一噴頭工作，制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 X 17cm，厚度為90 μ m。
權(quán)利要求
1.一種可實(shí)現(xiàn)靜電紡絲法量產(chǎn)納米纖維的噴頭，包括柔性多孔濾芯(1)、微孔覆膜 (2)、微孔覆膜壓圈(3)和錐狀噴頭體(4)；其中，錐狀噴頭體(4)為兩端開(kāi)口的空心錐狀結(jié)構(gòu)，在錐狀噴頭體(4)大口端內(nèi)固定有柔性多孔濾芯(1)，在柔性多孔濾芯(1)的外表面以微孔覆膜(2)包覆，微孔覆膜(2)的外邊由微孔覆膜壓圈(3)固定在錐狀噴頭體(4)上；錐狀噴頭體(4)的尖頭端為進(jìn)液口接電紡溶液進(jìn)料管。
2.如權(quán)利要求1所述的一種可實(shí)現(xiàn)靜電紡絲法量產(chǎn)納米纖維的噴頭，其特征在于所述的柔性多孔濾芯(1)采用的是海綿或軟質(zhì)泡沫塑料。
3.如權(quán)利要求1所述的一種可實(shí)現(xiàn)靜電紡絲法量產(chǎn)納米纖維的噴頭，其特征在于所述的微孔覆膜(2)采用采用孔徑在0. 0Γ1. 0毫米的尼龍布。
4.如權(quán)利要求1所述的一種可實(shí)現(xiàn)靜電紡絲法量產(chǎn)納米纖維的噴頭，其特征在于所述的微孔覆膜壓圈(3)的材質(zhì)是耐有機(jī)溶劑橡膠。
5.如權(quán)利要求1所述的一種可實(shí)現(xiàn)靜電紡絲法量產(chǎn)納米纖維的噴頭，其特征在于所述的錐狀噴頭體(4)是塑料或是金屬材質(zhì)的，錐度為1 3 1 20。
全文摘要
一種可實(shí)現(xiàn)靜電紡絲法量產(chǎn)納米纖維的噴頭，包括柔性多孔濾芯、微孔覆膜、微孔覆膜壓圈和錐狀噴頭體。電紡溶液在氣泵或電泵加壓推動(dòng)下經(jīng)過(guò)柔性多孔濾芯，形成多個(gè)出液點(diǎn)，再經(jīng)過(guò)微孔覆膜調(diào)節(jié)液滴大小，形成多個(gè)泰勒錐，在高壓電場(chǎng)作用下進(jìn)行拉伸，并隨著溶劑的揮發(fā)，固化成絲。這種噴頭能連續(xù)、穩(wěn)定地制備納米級(jí)的纖維，單個(gè)噴頭的工作效率較傳統(tǒng)的單一噴針提高10~100倍，采用多個(gè)噴頭陣列的工作方式，可進(jìn)一步大為提高生產(chǎn)效率，滿足納米纖維量產(chǎn)的要求。噴頭既適用于水性溶劑，也適用于非水有機(jī)溶劑配制的電紡溶液，是一種可以靈活應(yīng)用于靜電紡絲技術(shù)的普適型配件，可與常規(guī)電紡裝置配套使用，不需要特殊的設(shè)備，成本低廉。
文檔編號(hào)D01D4/02GK102492999SQ201110430148
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者葉小炯, 許茜, 顧忠澤 申請(qǐng)人:東南大學(xué)