专利名称：一种新型磁力搅拌静电纺丝喷头及其使用方法
技术领域：
本发明涉及静电纺丝装置领域，特别是涉及一种新型磁力搅拌静电纺丝喷头及其使用方法。
背景技术：
近几年来，由于纳米科技研究的迅速升温，使得静电纺丝这种可制备纳米尺寸纤 维的纺丝技术激起了人们对其进行深入研究的浓厚兴趣。目前，静电纺丝已成为制取纳米 纤维最重要、最有效的方法。高压静电纺丝是将聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电，带电液滴在电 场力作用下在泰勒锥顶被加速，当电场力足够大时，聚合物液滴可克服表面张力形成喷射 细流。带电的聚合物射流在电场力、黏滞阻力、表面张力等作用下被拉伸细化，同时带电射 流在电场中由于存在表面电荷而发生弯曲。细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在 接收装置上，形成类似无纺布的纳米纤维毡。在静电纺丝过程中，溶液细流受较大倍数的牵 引拉伸，具有一定的取向结构。高压静电纺丝一直是纳米纤维制备领域的研究热点之一。关于静电纺丝的研究结 果，这几年的相关文献都呈指数增加。传统的静电纺丝喷头喷丝孔直径多处于微米级，即常 见的针头式喷丝头，此种方法采用机械力推动溶液挤出，在静电场中形成泰勒锥，从而抽拔 出一根或较多根喷射流。此种形式喷丝头容易出现喷丝孔堵塞现象，导致生产中断，影响生 产效率，且不易维护。目前研究的有无针头式喷丝头，此种喷丝头多为敞开式，聚合物溶液 直接与空气接触，采用向上喷丝的形式。但此种方法由于溶剂较易挥发而使聚合物溶液表 面固化，造成抽拔困难，同等条件下难以形成稳定射流，影响纺丝过程的顺利进行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型磁力搅拌静电纺丝喷头及其使用方 法，避免了针头式喷丝头容易堵塞、效率较低的弊端，改进了敞开式喷丝头难以形成射流的 缺点。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种新型磁力搅拌静电纺丝喷 头，包括喷丝头、磁力搅拌器、旋转磁子、金属圆网和屏蔽罩，所述的喷丝头内底部配置有所 述的旋转磁子；所述的磁力搅拌器设置在所述的喷丝头下方，用于驱动所述的旋转磁子转 动；所述的屏蔽罩设置在所述的喷丝头和所述的磁力搅拌器之间；在进行静电纺丝时，所 述的金属圆网配置在所述的喷丝头内部，浮动在聚合物溶液的表层，其周边与所述的喷丝 头内壁接触；所述的喷丝头通过电源线与高压静电源相连。所述的新型磁力搅拌静电纺丝喷头的喷丝头的内层为金属薄片，外壳为有机玻璃 外壳。所述的新型磁力搅拌静电纺丝喷头的金属圆网为轻质金属网格，上表面的焊点为 尖端焊点，周边设有柔性触点。
所述的新型磁力搅拌静电纺丝喷头的磁力搅拌器采用直流供电。所述的新型磁力搅拌静电纺丝喷头中的聚合物溶液的液面高于所述的旋转磁子。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是还提供一种新型磁力搅拌静电纺丝喷头的使用方法，包括以下步骤(1)在喷丝头中充满聚合物溶液；(2)开启磁力搅拌器，驱动旋转磁子转动；(3)给喷丝头通上高压静电，在旋转磁子和金属圆网的作用下形成泰勒锥，向上射 出射流；(4)通过收集装置收集射流，形成纳米纤维。有益效果由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效 果本发明用的喷头端，为敞开式无针头式喷丝头，避免了针头堵塞现象的发生，无需频繁 更换和清洗喷丝孔，大大提高了生产效率；采用磁搅拌装置驱动安置在喷丝头端内的旋转 磁子搅动，使溶液处于流动状态，配合浮于聚合物溶液表层的金属网格线，可在同一电压作 用下形成多个泰勒锥，从而更容易形成多股射流，提高了喷丝头纺丝的稳定性，改进了现有 装置的可靠性，可实现纳米纤维的连续和规模化生产。
图1是本发明的喷丝头装置结构示意图；图2是本发明的喷丝头俯视图；图3是本发明的喷丝头横截面图；图4是本发明的金属圆网示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。本发明的实施方式涉及一种新型磁力搅拌静电纺丝喷头，如图1和图2所示，包括 喷丝头1、磁力搅拌器2、旋转磁子3、金属圆网4和屏蔽罩5，所述的喷丝头1内底部配置有 所述的旋转磁子3，喷丝头1与旋转磁子3配合形成磁性喷丝头；所述的磁力搅拌器2设置 在所述的喷丝头1下方，相当于设置在由喷丝头1与旋转磁子3配合形成磁性喷丝头下方， 通过磁力作用，驱动位于喷丝头1内部的旋转磁子3转动，其中，磁力搅拌器2采用直流电 平供电，对纺丝静电场没有干扰；所述的屏蔽罩5设置在所述的喷丝头1和所述的磁力搅拌 器2之间，以此屏蔽电场对磁场的干扰；在进行静电纺丝时，在喷丝头1中装入聚合物溶液， 一般聚合物溶液的液面高于旋转磁子3，所述的金属圆网4配置在所述的喷丝头1内部，浮 动在聚合物溶液的表层，其周边与所述的喷丝头1内壁接触；所述的喷丝头1通过电源线与 高压静电源相连。如图3所示，所述的喷丝头1采用内壁为金属薄片la，外壳为有机玻璃Ib的结构，采用有机玻璃Ib作为外壳可以屏蔽外界电场的干扰，使得静电场更为稳定。图4所示的是 金属圆网4，该金属圆网4为轻质金属网格，便于浮在聚合物溶液表层，金属圆网4上的焊点 采用尖端焊点，周边设有柔性触点。在静电纺丝时，磁力搅拌器2通过磁力作用，驱动旋转 磁子3进行转动，搅拌在喷丝头1内的聚合物溶液，金属圆网4随着聚合物溶液上下浮动， 并有一定的旋转，通过柔性触点与喷丝头1的金属内壁Ia接触，可使聚合物溶液均勻带电 以促使泰勒锥的形成，并通过网格线上的金属尖端焊点推动形成射流。 本发明的实施方式还涉及一种新型磁力搅拌静电纺丝喷头使用方法，包括以下步 骤(1)在喷丝头中充满聚合物溶液；(2)开启磁力搅拌器，在磁力作用下驱动旋转磁子转 动，从而搅动聚合物溶液流动；(3)给喷丝头通上高压静电，在旋转磁子和金属圆网的作用 下形成泰勒锥，向上射出射流；(4)通过收集装置收集射流，形成纳米纤维。下面以聚乙烯醇作为聚合物溶液进一步说明该使用方法。先将聚乙烯醇溶液通过 自动输液装置注入喷丝头1中，开启设置于喷丝头1下方的磁力搅拌器2，在磁力作用下，驱 动喷丝头1中的旋转磁子3以120rpm的速度旋转，从而搅动聚乙烯醇溶液适度流动，同时， 金属圆网4与聚乙烯醇溶液液面相对运动，并与聚乙烯醇溶液液面相切。将高压静电源的 电压调节到55V，再将喷丝头1连接高压静电源，加上静电场后，喷丝头1在旋转磁子3和金 属圆网4的共同作用下推动形成泰勒锥，向上抽出数十根甚至上百根射流，溶液挥发，通过 收集装置(如基布或纤维收集帘)收集，形成直径约为250nm的纳米纤维毡，重量为1. 5g/ m2。收集时收集装置以一定速度平动，并与静电纺丝喷头的往复运动相配合，接收距离大约 为 20cmo不难发现，本发明用的喷头端，为敞开式无针头式喷丝头，避免了针头堵塞现象的 发生，无需频繁更换和清洗喷丝孔，大大提高了生产效率；采用磁搅拌装置驱动安置在喷丝 头端内的旋转磁子搅动，使溶液处于流动状态，配合浮于聚合物溶液表层的金属网格线，可 在同一电压作用下形成多个泰勒锥，从而更容易形成多股射流，提高了喷丝头纺丝的稳定 性，改进了现有装置的可靠性，可实现纳米纤维的连续和规模化生产。
权利要求
一种新型磁力搅拌静电纺丝喷头，包括喷丝头(1)、磁力搅拌器(2)、旋转磁子(3)、金属圆网(4)和屏蔽罩(5)，其特征在于，所述的喷丝头(1)内底部配置有所述的旋转磁子(3)；所述的磁力搅拌器(2)设置在所述的喷丝头(1)下方，用于驱动所述的旋转磁子(3)转动；所述的屏蔽罩(5)设置在所述的喷丝头(1)和所述的磁力搅拌器(2)之间；在进行静电纺丝时，所述的金属圆网(4)配置在所述的喷丝头(1)内部，浮动在聚合物溶液的表层，其周边与所述的喷丝头(1)内壁接触；所述的喷丝头(1)通过电源线与高压静电源相连。
2.根据权利要求1所述的新型磁力搅拌静电纺丝喷头，其特征在于，所述的喷丝头(1) 的内层为金属薄片(Ia)，外壳为有机玻璃外壳(lb)。
3.根据权利要求1所述的新型磁力搅拌静电纺丝喷头，其特征在于，所述的金属圆网(4)为轻质金属网格，上表面的焊点为尖端焊点，周边设有柔性触点。
4.根据权利要求1所述的新型磁力搅拌静电纺丝喷头，其特征在于，所述的磁力搅拌 器(2)采用直流供电。
5.根据权利要求1所述的新型磁力搅拌静电纺丝喷头，其特征在于，所述的聚合物溶 液的液面高于所述的旋转磁子(3)。
6. 一种使用如权利要求1所述的新型磁力搅拌静电纺丝喷头的方法，其特征在于，包 括以下步骤(1)在喷丝头中充满聚合物溶液；(2)开启磁力搅拌器，驱动旋转磁子转动；(3)给喷丝头通上高压静电，在旋转磁子和金属圆网的作用下形成泰勒锥，向上射出射流；(4)通过收集装置收集射流，形成纳米纤维。
全文摘要
本发明涉及一种新型磁力搅拌静电纺丝喷头及其使用方法，该喷头包括喷丝头、磁力搅拌器、旋转磁子、金属圆网和屏蔽罩。磁力搅拌器设置在喷丝头的下方位置，通过磁力带动放置在喷丝头中的磁子旋转，以此对喷头当中的聚合物溶液进行适度搅拌，金属圆网浮于聚合物溶液表层，通过柔性触点与喷丝头内壁接触，可随聚合物液面上下浮动。喷丝头连接有高压静电，在静电场作用下，此种喷丝头更容易抽拔出多个射流。利用本发明进行纳米纤维的生产，提高了聚合物溶液的利用率，生产效率高，并可对多个喷头进行组装实现纳米纤维的规模化生产。
文档编号D01D5/00GK101818381SQ20101015952
公开日2010年9月1日 申请日期2010年4月27日 优先权日2010年4月27日
发明者窦冠显, 覃小红 申请人:东华大学