复合包芯静电纺丝喷头的制作方法

本实用新型涉及一种静电纺丝喷头，从使用上讲，是一种基于静电纺丝法得到复合包芯纤维用的静电纺丝喷头。

背景技术：

同轴静电纺丝法是在静电纺丝的基础上改进装置发展而来的一种工艺，可用来制备特殊功能结构的纤维材料，它的出现弥补了普通静电纺丝法在制备非常规结构纤维时所存在的缺陷。但是，由于同轴静电纺丝的喷头，以及操作工艺及其严格，不容易控制生成双层或复合的纤维，特别是内针头管道伸出外针头管道的距离是影响同轴喷射流形成的关键性因素：距离太小时，内管道溶液容易被外层管道的溶液堵住，内针头溶液没办法顺利流出，此时在电场力作用下内层溶液得不到拉伸，仅有外层溶液形成射流。距离太大时，溶液沿内管壁的外表面流出，无法将内针头伸出部分完全包覆，进而导致许多溶液从针头四周射出，无法得到稳定的同轴喷射流。

因此，解决上述问题，需要设计一种精准、易操作的同轴静电纺丝喷头，能够制备核-芯结构、中空结构及多级结构的纤维材料提供技术的支撑，进而拓宽纳米纤维的应用领域。

技术实现要素：

本实用新型的技术方案为：一种复合包芯静电纺丝喷头，由内管和外管组成，其特征在于：内管的端头封闭，管头呈H₄高的尖锥形，在距离封闭的管头底边H₃尺寸的地方，加工有一个反相均液环，在距离反相均液环H₂尺寸的地方，加工有一个小均液环，在距离小均液环H₁尺寸的地方，加工有一个大均液环。均液环的设计在于将上述出口的溶液很好地均匀涂覆在内管圆周壁上，避免出现线流而导致各种溶液混合不均匀。在距离大均液环上方h尺寸的地方，加工有垂直内管轴向，横向贯通内管内径的2个对称的上贯通口；在距离大均液环下方h尺寸的地方，加工有垂直内管轴向，横向贯通内管内径的，横向贯通内管内径的，方向与上贯通口相互十字对称排布的2个对称的下贯通口。相互十字对称排布的贯通口设计，避免溶液在一个方向上堆积，易于溶液铺展。内管的横向贯通口的设计，改变了原同轴喷头内外管开口都一致，容易导致各个组分来不及相互混匀或内外包覆不好的问题。设计在于避免了原同轴静电纺丝喷头的内外喷头针管，在纺丝过程中，由于内外针头管间距、长度等参数设置不好，而造成的其内管与外管不同组分溶液的混合不均的难题。从上贯通口上部平齐线开始的内管表面，一直到管头的表面，均加工有与内管溶液相浸润的管体处理表面；大均液环和小均液环的表面，都加工有与内管里流动的溶液相浸润的大均液环处理表面和小均液环处理表面，并具有向下引流作用微纳米结构；反相均液环的表面，加工有与外管里流动的溶液相浸润的、与内管里流动的溶液不相浸润的反相均液环处理表面，并只具有溶液涂覆的微纳米表面结构，没有向下引流的结构。这是本实用新型其中一个创新点，目的在于将内管流出的溶液快速地铺满内管表面，为外管的另外一种溶液下一步均匀包覆内管流出的溶液，或均匀混合内管出口流出的溶液做准备。同时，在反相均液环处，因外管溶液容易涂覆，所以能够更好地被外管的溶液包覆或混合。

上述技术方案中，所述上贯通口的开口直径ϕ_上与下贯通口的开口直径ϕ_下，之间尺寸关系是ϕ_上= 1.5ϕ_下 。设计目的是为了保证内管的上贯通口与下贯通口的溶液，在计算的合理管径和流速下，上下两层出口的溶液，能够迅速汇合，均匀铺展在内管表面。所述上贯通口的下边到大均液环的距离h=3ϕ_上，下贯通口的上下边到大均液环和小均液环的距离h=3 ϕ_上。所述反相均液环、小均液环和大均液环的厚度h₁一致，h₁= ϕ_上。设计目的同样是为了保证内管的上贯通口与下贯通口的溶液，能够均匀铺展在内管表面，同时与被辅助管流出的溶液均匀包覆；或者，与辅助管流出的溶液均匀混合做准备。

上述技术方案中，所述大均液环与小均液环之间的距离H₁ ≥2ϕ_上 ，小均液环与反相均液环之间的距离H₂ ≥5（ϕ_上+ ϕ_下），反相均液环到管头底边的距离H₃ =2（H₁+ H₂），管头的尖角角度α= 60°~ 90°。距离和角度的限定了实验最优参数的选择，目的是保证外管流出的溶液和内管流出的另外一种溶液，有足够的流程混合或包覆。在高压静电拉伸时，保证已经是一体的。

上述技术方案中，所述外管（12）的内径半径与内管（1）的外壁半径只差L₀ ≥5ϕ_上；反相均液环（2）半径与内管（1）的外壁半径之差L₃ =0.5 ϕ_上~ 4ϕ_上；小均液环（3）外沿半径与内管（1）的外壁半径之差L₂ = 0.5 ϕ_下~ 2ϕ_下；大均液环（2）外沿半径与内管（1）的外壁半径之差L₁ =0.5 ϕ_上~ 2ϕ_上；所述内管（1）伸出外管（12）的平口端的距离h₀ = 2L₀。此设计，使得外管和内管的溶液能够均匀混合，在相同参数设置下其流速与内管的溶液的流速基本相同，简化了操作的参数设定，统一设置参数即可。

上述技术条件设计，是本实用新型能够依据不同的实验，制备不同的复合静电纺丝纤维。如果，外管的溶液和内管的溶液均是一样的亲水或疏水，能够使用本实用新型。两者溶液挥发速率相似，能够容易形成混合复合纤维，如两者溶液挥发速率有差别，能够容易形成核-壳层状结构的复合纤维。如果外管的溶液是亲水，另一个内管的溶液是疏水，本实用新型也能够用。或者，内管的溶液是亲水，外管的溶液是疏水，本实用新型也能够用。也能够容易形成核-壳层状结构的复合纤维。

本实用新型设计的同轴静电纺丝喷头与现有的常规同轴静电纺丝相比，本实用新型有下列有益效果。

（1）因为在高压静电纺丝前几种原料溶液已经混合为一体，在操作参数的设定过程中，能够依照单针管喷头进行操作，只需在本实用新型喷头的封闭尖头处形成复合泰勒锥，继而从泰勒锥体拉伸出由壳层包覆核层的同轴壳-芯复合结构的纤维。操作工艺简单。

（2）同时，能够实现两种以上不同组分的溶液的混合静电纺丝，为加工核-壳结构、中空结构、多孔结构的功能化纤维材料提供很大的便利。

（3）本实用新型能够广泛应用于药物缓释、组织工程以及药物载体等领域。

附图说明

图1为本实用新型的内管结构主视示意图。

图2为本实用新型的内管结构尺寸标注示意图。

图3为本实用新型的装配结构主视示意图。

图4为本实用新型的装配结构仰视示意图。

其中：1.内管；2.反相均液环；3.小均液环；4.大均液环；5.上贯通口；6.管体处理表面；7.大均液环处理表面；8.下贯通口；9.小均液环处理表面；10.反相均液环处理表面；11.管头；12.外管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步对本实用新型加以说明。

具体实施例一

本实用新型的一种复合包芯静电纺丝喷头，由内管1和外管12组成。大均液环4和小均液环3的表面的大均液环处理表面7和小均液环处理表面9，具有向下引流作用的微纳米结构，与内管里流动的溶液相浸润。反相均液环2的表面的反相均液环处理表面10与外管12里流动的溶液相浸润的、与内管里流动的溶液不相浸润，没有向下引流的结构。内管1内径2mm，上贯通口5的开口直径ϕ_上=0.75mm，下贯通口8的开口直径ϕ_下= 0.5mm。上贯通口5的下边到大均液环4的距离h=2.25mm，下贯通口8的上下边到大均液环4和小均液环3的距离h=2.25mm。反相均液环2、小均液环3和大均液环4的厚度h₁一致，h₁=0.75mm。

大均液环4与小均液环3之间的距离H₁ =5mm，小均液环3与反相均液环2之间的距离H₂=7.5mm，反相均液环2到管头11底边的距离H₃ =25mm，管头的尖角角度α=90°。

外管12的内径半径与内管1的外壁半径只差L₀ =3.75mm；反相均液环2半径与内管1的外壁半径之差L₃ =1.5mm；小均液环3外沿半径与内管1的外壁半径之差L₂ = 1mm；大均液环2外沿半径与内管1的外壁半径之差L₁ =1.5mm；内管1伸出外管12的平口端的距离h₀ = 7.5mm。

具体实施例二

本实用新型的一种复合包芯静电纺丝喷头，由内管1和外管12组成。大均液环4和小均液环3的表面的大均液环处理表面7和小均液环处理表面9，具有向下引流作用的微纳米结构，与内管里流动的溶液相浸润。反相均液环2的表面的反相均液环处理表面10与外管12里流动的溶液相浸润的、与内管里流动的溶液不相浸润，没有向下引流的结构。内管1内径1.25mm，上贯通口5的开口直径ϕ_上=0.6mm，下贯通口8的开口直径ϕ_下= 0.4mm。上贯通口5的下边到大均液环4的距离h=1.8mm，下贯通口8的上下边到大均液环4和小均液环3的距离h=1.8mm。反相均液环2、小均液环3和大均液环4的厚度h₁一致，h₁= 0.6mm。

大均液环4与小均液环3之间的距离H₁=4.0mm，小均液环3与反相均液环2之间的距离H₂=5mm，反相均液环2到管头11底边的距离H₃ = 18.0mm，管头11的尖角角度α= 60°。

外管12的内径半径与内管1的外壁半径之差L₀ =3mm；反相均液环2半径与内管1的外壁半径之差L₃ =1.2mm；小均液环3外沿半径与内管1的外壁半径之差L₂ = 0.6mm；大均液环2外沿半径与内管1的外壁半径之差L₁ =1.2mm；内管1伸出外管12的平口端的距离h₀ = 6mm。