一种精密供液的无针喷头静电纺丝设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及静电纺丝技术领域，具体涉及一种精密供液的无针喷头静电纺丝设备。
【背景技术】
[0002]静电纺丝(简称“电纺”)是制备纳米纤维、功能纳米纤维薄膜的重要方法。该技术是利用直流高压电场力在细针管状的喷头尖端使聚合物溶液克服溶液自身的表面张力被拉伸，当电场力强大到某一临界值时溶液被拉成锥状(泰勒锥)并形成鞭动的纳米射流。射流在对面的接收装置上被接收、固化形成纳米纤维或纤维膜。
[0003]静电纺丝技术已有八十年的历史，针式单喷头是其最初的原理设计。电纺发展至今主要有两种形式:针式喷头电纺技术和非针喷头电纺技术。经玮双向静电纺丝技术(ZL200910087706.5，W0 2010/148644，US 8827672B2)是基于针式喷头传统模式发展起来的、具有精密原料计量输送的大规模电纺技术；“纳米蜘蛛”(ZL200780032749.2，W02008/028428)是本世纪发明的以辊筒蘸取原料的非针式喷头电纺技术。后续还有在“纳米蜘蛛”技术上变形的以金属丝或螺管蘸取原料代替喷头的电纺技术。
[0004]在以往的电纺技术中，针式多喷头电纺装置具有突出的优点:在制造过程中给料精确、制膜厚度均匀性好、可调整的参数变量丰富、应用的电压明显低于非针式电纺设备等。非针式喷头电纺装置的优点是大量制备时避免了设计和使用针式喷头组的繁琐、堵塞和滴液等问题，不足之处是需使用较高的电压、不能随意设置制膜宽度、均匀性差、带电压的辊筒在开放的料槽中转移有机溶剂体系物料时具有较高的安全风险。
[0005]例如，一些非针式静电纺丝技术，采用金属滚筒、金属圆盘、螺旋线圈、伞状等结构的喷头，由底部向上进行电纺，存在的一个共同问题是:使用一个敞开或半敞开的料槽蘸料。在使用易燃易爆的有机溶剂时，由于高压电场会有高压放电形成电火花，极易引燃有机溶剂，这种敞开式设计有较高的安全隐患。所以这些专利的实施例多为水性原料体系。同时这种敞开式原料转移设计，溶剂的挥发不可控、原料的输送不精确、粘度或浓度会随时间发生变化。所以说，现有非针式喷头电纺技术的缺点几乎和优点同样突出，需要革新性的设
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[0006]因此，需要提供一种精密供液的无针喷头静电纺丝设备，具有多个非针喷头成组且给每个喷头实现安全地精密给料；降低原料损失率；降低应用的电压；使制膜宽度在一定范围内可调；提高制膜的均匀性；在一定程度上控制所制备纤维的取向。解决现有非针喷头电纺装置存在的关键性不足，提升产品质量、提高生产的安全性。
【发明内容】
[0007]本发明解决的技术问题是提供一种精密供液的无针喷头静电纺丝设备，解决现有技术中原料的输送不能精确计量、原料利用率低、开放的原料蘸取方式在使用有机溶剂体系时存在安全风险的问题，还有一个目的是改变现有无针喷丝头电纺丝设备只能采取自上而下喷丝制造的状况，实现喷丝方向可调。
[0008]为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案:
[0009]—种精密供液的无针喷头静电纺丝设备，包括喷头组集成、喷头组集成运动控制部件、接收装置、计量栗、高压接入端子和高压电源，喷头组集成包括喷丝头组和供料头，供料头包括两片非金属板，两片非金属板通过螺钉固定，一片非金属板的外部中间设有供料头进料口，贴合面上设有水平的导流腔和若干个等间距分布且与导流腔垂直交汇连通的分流腔，导流腔与供料头进料口相连通，分流腔的末端在非金属板的底部形成锥形的供料头出料口，另一片非金属板的贴合面为平面，分流腔直径和导流腔直径满足下述公式:
[0010]dl2>2*N*d22
[0011]其中:dl为导流腔直径，
[0012]d2为分流腔直径，
[0013]N为分流腔数量。
[0014]喷丝头组包括若干个喷丝头，喷丝头的材质为金属，喷丝头通过芯轴中心贯穿而集成，相邻的喷丝头之间设置调整喷丝头间距的定距环，喷丝头之间相互导通，喷丝头为中心对称的碟形，喷丝头的碟形外边缘与供料头出料口一一对正且接近的间距小于1mm ;喷头集成运动控制部件控制喷头组集成水平移动和喷丝头组沿芯轴旋转，喷丝头组旋转过程中料液从供料头出料口转移到喷丝头的碟形外边缘；接收装置设置在喷丝头组下方；计量栗与供料头进料口相连通；高压电源通过高压接入端子端子和高压导线与喷丝头组连接。这种结构的精密供液的无针喷头静电纺丝设备用于制备生物相容性的纳米纤维膜。
[0015]原料溶液由计量栗供向供料头，经导流腔至分流腔，从供料头出料口转移至喷丝头。计量栗可以是注射栗或蠕动栗等可以精确控制输出量的小型设备，可以实现精确定量供料。分流腔中的原料溶液能够分布均匀的原理是:分流腔细小的直径对原料溶液产生的阻力远远大于原料溶液在直径相对大的导流腔中流动是产生的压力损失，各分流腔入口压力近似相等，各流量近似相等。供料头采用两片非金属板的结构，当需要对供料头进行清洗时，可以将螺钉卸下打开两片非金属板，方便清洗。
[0016]优选地，喷丝头的材质为金属，喷丝头的碟形外边缘设有半圆形沟槽。半圆形沟槽的半径R为0-8mm。这种结构的精密供液的无针喷头静电纺丝设备用于制备水溶性原料和/或非水溶性原料的纳米纤维膜。
[0017]优选地，喷丝头的材质为非金属，喷丝头的碟形外边缘设有半圆形沟槽，半圆形沟槽内嵌入金属丝，金属丝相互电子导通。所述半圆形沟槽的半径r为0.2-0.6mmο这种结构的精密供液的无针喷头静电纺丝设备用于制备有取向性的纳米纤维。
[0018]优选地，喷头组集成运动控制部件包括滑轨、电机、同步带轮和框式支架，电机安装在框式支架顶端，电机的输出端与同步带轮的一端固定连接，同步带轮的另一端与芯轴固定连接，芯轴通过轴承固定在框式支架底部，框式支架可在滑轨上水平运动。电机带动同步带轮转动，同步带轮带动芯轴连通喷丝头转动，喷丝头的转动速度可以直接影响电纺成丝的细度和取向。
[0019]优选地，框式支架上固定设置高压接入端子，高压接入端子与丝头组相导通，高压接入端子通过高压导线与高压电源连接。高压电源可以在喷丝头组和接收装置之间产生高压电场，将纺丝头上的原料溶液形成电纺丝射流至接收装置。
[0020]优选地，接收装置包括不锈钢带和不锈钢带轮，不锈钢带环绕不锈钢带轮成闭环，不锈钢带由不锈钢带轮驱动转动，接收装置接地。不锈钢带可以在控制下做匀速或变速的转动，当喷丝头组接入直流高压时，在喷丝头组与接收装置上表面之间形成高压电场。场强的大小为所施加电压/喷丝头组与接收装置上表面距离L2。喷丝头在碟形外边缘形成尖端放电，喷丝头碟形外边缘上所携带的原料溶液在电场力的作用下被拉伸、裂分、形成纳米射流飞向接收装置的上表面。产物可以沉积在不锈钢带表面累积成膜；也可以在接收装置的不锈钢带表面附加由收放卷机构牵引的基膜材料，令电纺的产物在基膜表面成型并被收集。
[0021]优选地，喷头组集成、喷头组集成运动控制部件和接收装置置于封闭罩内，封闭罩内设有温度控制装置、湿度控制装置和换气装置，以保证封闭罩内达到所需的环境条件。
[0022]优选地，电机与喷丝头组的距离L3大于喷丝头组到接收装置上表面的距离L2。这样的设计可以避免接通高压电源的喷丝头组向电机放电，保证只在喷丝头组和接收装置之间形成高压电场。
[0023]优选地，定距环的材质为聚四氟乙烯。定距环的作用是可以设置不同的纺丝头间距L1。
[0024]本发明的有益效果如下:
[0025]本发明的一种精密供液的无针喷头静电纺丝设备，具有多个非针式喷丝头组成喷丝头组，每个喷丝头实现安全精确供料，可以降