一种静电纺丝用喷头的制作方法

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纤维用的静电纺丝喷头。

背景技术：

基于静电纺丝法得到的纳米纤维因直径小、比表面积大、制备简单、成本低廉以及工艺可控等优点而成为研究热点。目前来说，如何制备需要的高性能、多功能的复合纳米纤维是所研究的关键。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、易加工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：一种静电纺丝用喷头，由主管和四个辅助管组成，其特征在于：主管的端头由呈尖锥形的封闭尖头封闭，在距离封闭尖头底边H₃尺寸的地方，加工有一个下均液环，在距离下均液环H₂尺寸的地方，加工有一个中均液环，在距离中均液环H₁尺寸的地方，加工有一个上均液环。均液环的设计在于将上述出口的不同溶液很好地均匀涂覆在主管圆周壁上，避免出现线流而导致各种溶液混合不均匀。在距离上均液环h₁尺寸的地方，加工有4个内外径尺寸一致、十字排布的、开口平齐在一条开口线上的辅助管。辅助管通过连接点与主管相连。辅助管的设计在于避免了原同轴静电纺丝喷头的内外喷头针，在纺丝过程中，由于内外针头间距、长度等参数设置不好，而造成的其内针与外针不同组分溶液的混合不均的难题。在下均液环、中均液环和上均液环之间加工有垂直主管轴向，横向贯通主管内径的，相互十字对称排布的贯通口：上贯通出口和下贯通出口。2个上贯通出口和2个下贯通出口共4个出口，与4个辅助管分别一一对应在一条竖直线上。设计便于辅助管流出的液体正对着出口，以利于混合或包覆。主管的横向开口的设计，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。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。在上均液环的表面和到辅助管开口平齐线以上的主管表面，加工成与辅助管内流通的溶液相浸润的辅液处理表面。这是本实用新型其中一个创新点，目的在于将辅助管流出的溶液快速地铺满主管表面，为下一步均匀包覆主管出口流出的另外一种溶液，或均匀混合主管出口流出的另外一种溶液做准备。上均液环以下的主管表面、下均液环和中均液环表面，一直到封闭尖头表面，均加工有与主管内流通的溶液相浸润的主液处理表面。设计的目的在于，将主管流出的溶液快速地铺满主管表面，为下一步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，所述上贯通出口的开口直径ϕ_上与下贯通出口的开口直径ϕ_下，之间尺寸关系是ϕ_上=1.5ϕ_下 。设计目的是为了保证主管的上贯通出口与下贯通出口的溶液，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，均匀铺展在主管表面。所述上贯通出口与上均液环的距离h₂ =3ϕ_上，上贯通出口与中均液环的距离h₃≥2ϕ_上；下贯通出口与中均液环的距离h₂≥2ϕ_下，下贯通出口与下均液环的距离h₃≥3ϕ_下。设计目的同样是为了保证主管的上贯通出口与下贯通出口的溶液，能够均匀铺展在主管表面，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，所述上均液环与中均液环之间的距离H₁≥5ϕ_上 ，中均液环与下均液环之间的距离H₂≥5ϕ_下 ，下均液环到封闭尖头底边的距离H₃ =2/3（H₁+ H₂），封闭尖头的尖角角度α≤60°。距离和角度的限定了实验最优参数的选择，目的是保证辅助管流出的溶液和主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，所述辅助管开口的直径ϕ₀与下贯通出口的开口直径ϕ_下相同，即ϕ₀ = ϕ_下；辅助管开口的平齐线到上均液环的距离h₁ = 5 ϕ₀。此设计，达到4个辅助管的溶液能够均匀混合，在相同参数设置下其流速与主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。所述，辅液处理表面和主液处理表面同是亲水的表面，或同是疏水的表面，或者一个是亲水表面、一个是疏水表面。

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，辅助管的溶液和主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。如果辅助管的溶液是亲水，另一个主管的溶液是疏水，本实用新型也能够用。或者，主管的溶液是亲水，辅助管的溶液是疏水，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。

本实用新型的同轴静电纺丝用喷头与现有的常规同轴静电纺丝喷头相比，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为本实用新型的主视结构示意图。

图2为本实用新型的主视结构尺寸标注示意图。

图3为本实用新型的主视图的仰视示意图。

其中：1.主管；2.下均液环；3.中均液环；4.上均液环；5.辅助管；6.连接点；7.辅液处理表面；8.上贯通出口；9.下贯通出口；10.主液处理表面；11.封闭尖头。

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

本实用新型的一种静电纺丝用喷头，由主管1和四个辅助管5组成。主管1内径2mm，外径ϕ b =4mm，均液环直径ϕ a = 6mm。上贯通出口8的开口直径ϕ_上=0.9mm，下贯通出口9的开口直径ϕ_下= 0.6mm，辅助管5开口的直径ϕ₀ = 0.6mm。上贯通出口8与上均液环4的距离h₂ =2.7mm，上贯通出口8与中均液环3的距离h₃ = 2mm。下贯通出口9与中均液环3的距离h₂ =1.2mm，下贯通出口9与下均液环2的距离h3 =1.8mm。上均液环4与中均液环3之间的距离H₁=5.6mm，中均液环3与下均液环2之间的距离H₂ =3.6mm，下均液环2到封闭尖头11底边的距离H₃ =6.1mm，封闭尖头11的尖角角度α=60°。辅助管5开口的平齐线到上均液环4的距离h₁=3mm。

具体实施例二

本实用新型的一种静电纺丝用喷头，由主管1和四个辅助管5组成。主管1内径0.85mm，主管1外径ϕb =3mm，均液环直径ϕa = 4mm。上贯通出口8的开口直径ϕ_上=0.45mm，下贯通出口9的开口直径ϕ_下= 0.3mm，辅助管5开口的直径ϕ₀ = 0.3mm。上贯通出口8与上均液环4的距离h₂ =1.35mm，上贯通出口8与中均液环3的距离h₃ =2mm。下贯通出口9与中均液环3的距离h₂ =2mm，下贯通出口9与下均液环2的距离h₃ =2mm。上均液环4与中均液环3之间的距离H₁=3.8mm，中均液环3与下均液环2之间的距离H₂ =4.3mm，下均液环2到封闭尖头11底边的距离H₃ =5.4mm，封闭尖头11的尖角角度α=15°。辅助管5开口的平齐线到上均液环4的距离h₁ =1.5mm。