一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，包括溶液注入管、噴絲板和電極，所述噴絲板為空心的多級的圓臺上疊加小圓臺的階梯形噴絲板，每級的圓臺的上底面上布有噴絲孔；所述電極與所述噴絲板的空心內(nèi)腔形狀一致，且與所述噴絲板的空心內(nèi)腔保持間隙形成溶液腔；所述噴絲板的材質(zhì)為絕緣疏水材料。本發(fā)明的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，用絕緣疏水材料上打孔代替了傳統(tǒng)的金屬針頭，消除了針頭間電場排斥，使得從噴絲板板噴出的射流排斥作用減弱，有利于納米纖維的收集；并且，利用臺階形的電極和與之相配的噴絲板有效的增加了中間孔位置的電場，使中間位置孔能形成穩(wěn)定的射流，并且得到細(xì)度均勻的納米纖維。
【專利說明】一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，特別是涉及一種無針頭多射流靜電紡絲的電場均布的噴頭。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電紡絲技術(shù)是一種能利用高壓靜電場控制纖維的形態(tài)和規(guī)格制造納米纖維網(wǎng)或者取向排列的連續(xù)纖維的工藝。該技術(shù)是將聚合物溶液或熔體在幾千伏至幾萬伏的高壓靜電場下克服表面張力而產(chǎn)生帶電噴射流，溶液或熔體在噴射過程中干燥、固化，最終落在接收裝置上形成纖維氈或其它形狀的纖維集合體。靜電紡絲技術(shù)的核心是使帶電流體在靜電場中流動與變形，最終得到纖維狀物質(zhì)。隨著近年來納米科技的發(fā)展，這一技術(shù)因能制備具有納米直徑的超細(xì)纖維而引起人們的極大關(guān)注，對它的研究也進(jìn)入了高速發(fā)展期。迄今為止，已經(jīng)在紡絲機(jī)理、纖維的收集方法、同軸靜電紡及靜電紡納米纖維的應(yīng)用等方面取得很大進(jìn)展。
[0003]另外，靜電紡絲技術(shù)除了其制備的納米纖維具有很高比表面積和能夠形成獨特的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和高孔隙等獨特結(jié)構(gòu)和優(yōu)越性能外，與其它方法相比生產(chǎn)效率相對較高，生產(chǎn)工藝和設(shè)備相對簡單，成本低廉也是其獲得研究人員青睞的主要優(yōu)勢之一。而且?guī)缀醅F(xiàn)在已知的具有一定分子量的且可溶(熔)的高聚物如天然聚合物化合聚合物、納米顆?；蜉d藥聚合物以及陶瓷等均可以利用靜電紡絲技術(shù)制成納米纖維。另外，靜電紡絲技術(shù)產(chǎn)品除納米纖維外，還有諸如納米顆粒、珠狀物、帶狀物、杯狀物、納米孔纖維以及芯皮結(jié)構(gòu)納米纖維、負(fù)載藥物納米纖維等，因而具有其它方法無可比擬的優(yōu)點。
[0004]傳統(tǒng)的單針頭靜電紡絲機(jī)由于設(shè)備簡單、成本較低、容易操作，易于改造，而且基本可以滿足實驗室對納米纖維的需求，因而受到研究人員的廣泛青睞。但隨著靜電紡絲技術(shù)的發(fā)展和納米纖維應(yīng)用范圍的日益擴(kuò)大，人們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)靜電紡絲機(jī)產(chǎn)率低的問題已經(jīng)成為制約納米纖維應(yīng)用的瓶頸問題，只有0.0g-lg/h，這就限制了靜電紡絲的工業(yè)應(yīng)用。
[0005]多針頭多射流靜電紡絲裝置是一種最直接提高靜電紡絲納米纖維產(chǎn)量的方法。多針頭多射流法是將一定數(shù)量了的針頭按照相應(yīng)陣列排布以達(dá)到批量化制造納米纖維的目的。這種設(shè)計是提高靜電紡纖維產(chǎn)率的有效方法，其中針頭的排布、數(shù)量以及所占的空間是影響纖維膜產(chǎn)率和品質(zhì)的三個關(guān)鍵因素。但是由于針頭與針頭之間的電場分布不均勻，使邊緣針頭電場強(qiáng)，中間針頭電場弱，易使纖維質(zhì)量不穩(wěn)定；同時，由于針頭施加的相同極性的電壓使得針頭之間相互排斥從而引起射流的排斥，使膜纖維不均勻的且收集困難；多針頭靜電紡絲技術(shù)還存在易堵塞的現(xiàn)象，難以清洗。
[0006]無針頭多射流靜電紡絲技術(shù)的出現(xiàn)，在一定程度上避免了上述問題，它摒棄了通過針頭形成射流這一基本思路，而是通過不同方式使溶液在某一區(qū)域內(nèi)從其液面上盡可能多地形成射流，從而達(dá)到增加纖維產(chǎn)率的目的。這種方法是使射流從自由液面在高壓電場的作用下噴射而出到達(dá)接收板，與多針頭多射流技術(shù)相比，無針頭多射流方法的每根射流的噴射的流量是不可控的，因此該方法生產(chǎn)的納米纖維不勻率較高，且溶液形成疵點。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，特別是提供一種無針頭多射流靜電紡絲的電場均布的噴頭。本發(fā)明是一種能夠有效提高內(nèi)部射流位置電場，使每層射流形成處與接收板之間形成均勻電場的多射流靜電紡絲噴頭，有效的解決了多針頭紡絲技術(shù)中內(nèi)層電場強(qiáng)度不足而形成的射流疵點；用聚四氟乙烯噴絲板取代金屬針頭從而消除了針頭間電場相互排斥作用，能夠有效的控制射流的排斥易于收集，且能夠控制每根射流噴射的流量使得生產(chǎn)的納米纖維細(xì)度均勻，并且能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)納米纖維膜，操作簡單方便。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了 一種能有效提高內(nèi)部射流處電場強(qiáng)度，使得多層射流具有均勻的電場強(qiáng)度從而能夠生產(chǎn)細(xì)度均勻的納米纖維，并且能夠有效的控制多射流之間的排斥作用。其特征在于:利用一個臺階形的金屬電極和一個與之相吻合的多孔的聚四氟乙烯多臺階板組合而成的多射流靜電紡絲噴頭，臺階形的電極能夠有效的提高中間位置的電場，從而使得整體電場均勻。電極的中心插入一個空心管用來導(dǎo)入高聚物紡絲溶液，然后溶液進(jìn)入電極與噴絲板之間形成的一個溶液腔里，溶液在微量注射泵的作用下通過噴絲板上的小孔在板的表面形成液滴。由于聚四氟乙烯的拒水性，高聚物溶液能在噴絲板上形成穩(wěn)定的液滴，該液滴能在高壓靜電的作用下形成穩(wěn)定的射流。
[0009]本發(fā)明的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，包括溶液注入管、噴絲板和電極，所述噴絲板為空心的多級的圓臺上疊加小圓臺的階梯形噴絲板，每級的圓臺的上底面上布有噴絲孔；所述電極與所述噴絲板的空心內(nèi)腔形狀一致，且與所述噴絲板的空心內(nèi)腔保持間隙形成溶液腔；所述噴絲板的材質(zhì)為絕緣疏水材料。
[0010]作為優(yōu)選的技術(shù)方案:
[0011 ] 如上所述的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，所述多級為2?4級，且圓臺的半徑從底層到頂層依次減小。本技術(shù)方案通過增加圓臺的級數(shù)來增加噴頭上噴絲孔的數(shù)目，從而達(dá)到提高產(chǎn)量的目的。
[0012]如上所述的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，所述圓臺或小圓臺的母線與其下底面的夾角為60?90°。當(dāng)圓臺的級數(shù)增多時，高度足夠小，該多級圓臺形噴絲頭可以拓展成半球體。
[0013]如上所述的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，所述噴絲孔位于所在圓臺上底面的邊緣，所述噴絲孔與所在圓臺上底面的中心線距離比所在圓臺上底面的半徑小2?5mm。噴絲孔位于圓臺邊緣是為了利用在電場中邊緣位置電場強(qiáng)度較大來提高噴絲孔位置的電場強(qiáng)度。
[0014]如上所述的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，當(dāng)最上一級圓臺的上底面只布一個噴絲孔時，該噴絲孔位于該上底面的中心；下級圓臺上的噴絲孔在每級圓臺上以噴絲板中心為圓心呈圓形分布。在相同面積內(nèi)，相同孔距情況下，圓形分布時能容納更多數(shù)目的噴絲孔；與線性分布相比，當(dāng)噴絲孔呈圓形分布時，射流之間的影響會更小。
[0015]如上所述的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，所述電極與所述噴絲板所形成的溶液腔的高度為I?3mm。溶液腔高度較低時，腔內(nèi)的溶液較少，溶液被極化的程度較高，更容易形成射流。[0016]如上所述的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，所述電極與所述噴絲板所形成的溶液腔的高度均一。電極與噴絲板間的溶液腔的高度均一可保證溶液腔內(nèi)的溶液帶電程度均一，且與接收板之間形成的電場較為均勻。
[0017]如上所述的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，所述噴絲板的材質(zhì)為聚四氟乙烯。聚四氟乙烯具有優(yōu)良的拒水性，有利于噴絲板表面形成穩(wěn)定的聚合物液滴，從而更容易形成穩(wěn)定射流。
[0018]如上所述的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，所述電極的材質(zhì)為導(dǎo)電性良好的金屬，為鋁、鐵或鋅，或其合金，有利于溶液帶電而形成射流。
[0019]理論基礎(chǔ):
[0020]1.均勻的電場能形成細(xì)度均勻的納米纖維，在非均勻電場中，電場強(qiáng)度較弱處射流收到的電場力較小，聚合物射流所受的電場力拉伸較小，使得所紡纖維的細(xì)度不勻或者更容易形成溶液疵點；
[0021]2.當(dāng)射流為一維線性排布情況下，兩端射流對中間位置射流有一定的影響，兩端射流更位穩(wěn)定；當(dāng)射流為二維nXn方陣排列或者多層同心圓排布情況下，外圍射流會對中間射流形成一個屏蔽作用，使得內(nèi)部的射流處的電場強(qiáng)度變?nèi)?，形成穩(wěn)定的射流較為困難，外部射流更加穩(wěn)定。
[0022]有益效果
[0023]1.與多針頭多射流靜電紡絲設(shè)備相比，本發(fā)明用絕緣拒水材料上打孔代替了傳統(tǒng)的金屬針頭，消除了針頭間電場排斥，使得從噴絲孔噴出的射流排斥作用減弱，有利于納米纖維的收集。
[0024]2.利用臺階形的電極和與之相配的噴絲板有效的增加了中間孔位置的電場，使中間位置孔能形成穩(wěn)定的射流，并且得到細(xì)度均勻的納米纖維。
[0025]3.本發(fā)明的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，可以通過增加噴頭的臺階的數(shù)目來增加噴絲板上的孔的數(shù)目，方便的提高多射流靜電紡絲的產(chǎn)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為電場均布多射流紡絲噴頭示意圖
[0027]圖2為噴絲板剖面示意圖
[0028]圖3為噴絲板俯視示意圖
[0029]圖4是電極與中空管的裝配示意圖
[0030]圖5是電極與中空管的俯視裝配示意圖
[0031]圖6為噴絲板上孔位置的分布示意圖
[0032]圖7為電場均布噴頭與平面噴頭各個孔位置電場強(qiáng)度對比示意圖
[0033]其中I是溶液注入管2是電極3是噴絲板4是溶液腔
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合【具體實施方式】，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0035]本發(fā)明的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，如圖1所示，包括溶液注入管1、電極2和噴絲板3，所述噴絲板3為空心的多級的圓臺上疊加小圓臺的階梯形噴絲板，見圖2和圖3，每級的圓臺的上底面上布有噴絲孔；所述電極2與所述噴絲板3的空心內(nèi)腔形狀一致，見圖4和圖5，且與所述噴絲板3的空心內(nèi)腔保持間隙形成溶液腔4 ;所述噴絲板3的材質(zhì)為絕緣疏水材料。
[0036]所述多級為2?4級；所述圓臺或小圓臺的母線與其下底面的夾角為60?90°。
[0037]所述噴絲孔位于所在圓臺上底面的邊緣，所述噴絲孔與所在圓臺上底面的中心線距離比所在圓臺上底面的半徑小2?5mm。
[0038]如上所述的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，當(dāng)最上一級圓臺的上底面只布一個噴絲孔時，該噴絲孔位于該上底面的中心；下級圓臺上的噴絲孔在每級圓臺上以噴絲板中心為圓心呈圓形分布,所圖6所示。
[0039]所述電極2與所述噴絲板3所形成的溶液腔的高度為I?3mm。
[0040]所述電極2與所述噴絲板3所形成的溶液腔的高度均一。
[0041]所述噴絲板3的材質(zhì)為聚四氟乙烯。
[0042]所述電極2的材質(zhì)為導(dǎo)電性良好的金屬，為鋁、鐵或鋅，或其合金。
[0043]圖7為電場均布噴頭與平面噴頭各個孔位置電場強(qiáng)度對比示意圖，從圖中可以看出，利用臺階形的電極和與之相配的噴絲板有效的增加了中間孔位置的電場，使中間位置孔能形成穩(wěn)定的射流，能夠得到細(xì)度均勻的納米纖維。
【權(quán)利要求】
1.一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，包括溶液注入管、噴絲板和電極，其特征是:所述噴絲板為空心的多級的圓臺上疊加小圓臺的階梯形噴絲板，每級的圓臺的上底面上布有噴絲孔；所述電極與所述噴絲板的空心內(nèi)腔形狀一致，且與所述噴絲板的空心內(nèi)腔保持間隙形成溶液腔；所述噴絲板的材質(zhì)為絕緣疏水材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，其特征在于，所述多級為2?4級。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，其特征在于，所述圓臺或小圓臺的母線與其下底面的夾角為60?90°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，其特征在于，所述噴絲孔位于所在圓臺上底面的邊緣，所述噴絲孔與所在圓臺上底面的中心線距離比所在圓臺上底面的半徑小2?5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，其特征在于，當(dāng)最上一級圓臺的上底面只布一個噴絲孔時，該噴絲孔位于該上底面的中心；下級圓臺上的噴絲孔在每級圓臺上以噴絲板中心為圓心呈圓形分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，其特征在于，所述電極與所述噴絲板所形成的溶液腔的高度為I?3mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，其特征在于，所述電極與所述噴絲板所形成的溶液腔的高度均一。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，其特征在于，所述噴絲板的材質(zhì)為聚四氟乙烯。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電場均布的多射流靜電紡絲噴頭，其特征在于，所述電極的材質(zhì)為導(dǎo)電性良好的金屬，為鋁、鐵或鋅，或其合金。
【文檔編號】D01D4/02GK103668482SQ201310475959
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】鄭元生, 曾泳春 申請人:東華大學(xué)