一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头，属于静电纺丝领域，装置包括纤维接收板、外锥面气流导管、机头、螺钉、定位螺母、料筒、料筒固定块、加热圈、温度传感器、接地电极和高压静电发生器等，熔体通过气流导管外壁的流道均匀分配到外锥面的喷头上，在重力和粘附力的作用下，熔体薄膜在形成的过程中自然减薄，在高压静电的作用下，熔体在外锥面的尖端形成泰勒锥，从而形成射流纺丝，由于熔体薄膜减薄，所以可以有效降低纤维的直径，并且在高速气流的作用下纤维得到进一步的拉伸，高速气流形成的内外压力差使纤维束向内聚拢，有效提高纤维的密度排布，此装置还可以排除高速气流对熔体薄膜的干扰，使纤维直径更加均匀。
【专利说明】一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头，属于静电纺丝领域。
【背景技术】
[0002]随着纳米技术的升温，静电纺丝方法由于其可以制备出纳米级的纤维而成为当今的研究热点之一。静电纺丝方法已被公认为是制备纳米纤维最简单最有效的方法，目前已有三十多种聚合物通过此方法成功制得超细纤维，最小的直径达到几十纳米。
[0003]熔体静电纺丝的基本原理是熔体通过喷丝孔后在高压静电场的作用下逐渐发生形变，当电场力大于熔体的表面张力时，喷丝孔末端的熔体就会争脱其表面张力形成高速的熔体喷射流飞向接收板，最终形成超细的纤维。
[0004]目前阻碍熔体静电纺丝工业化的关键问题是纤维的产量、纤维直径的进一步减小和纤维直径的均匀性。
[0005]中国发明专利一种熔体微分静电纺丝喷头(申请号201310159570.0)中采用内锥面喷头加中间热风辅助的结构，该结构提高了静电纺丝的效率，但内锥面上熔体受重力作用，在尖端部位熔体薄膜较厚，直接导致纤维的直径较粗，并且在高速气流的扰动下，使得尖端的熔体薄膜分布不均，导致纤维直径大小分布不均匀，甚至导致纤维中液滴的产生。
【发明内容】
[0006]本发明提出了一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头，由于采用了外锥面型喷头，使得熔体在重力和粘附力的作用下，在锥面流动形成熔体薄膜的过程中自然减薄，从而降低纤维的直径，并且使得熔体在形成薄膜的过程中免受中间高速气流的影响，解决了在尖端部分熔体受气流影响分布不均和纤维扰动的问题，从而解决了纤维直径大小分布不均的问题，在纺丝过程中，高速气流形成的内外压力差可以使纺出的纤维束向内聚拢，达到提高纤维分布密度的目的。
[0007]为了实现上述功能，本发明采用的技术方案如下:一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头，主要包括纤维接收板、外锥面气流导管、机头、螺钉、定位螺母、料筒、料筒固定块、加热圈、温度传感器、接地电极和高压静电发生器等，外锥面气流导管上定位点与机头紧配合连接，上端用定位螺母进行轴向定位，外锥面气流导管外圆柱面和机头内圆柱孔形成间隙，熔体在间隙内流动，使其在周向分布均匀；料筒固定块将料筒通过螺钉固定在机头上；纤维接收板固定在外锥面气流导管正下方一定距离处，并且和高压静电发生器连接，与接地的机头下端形成高压静电场，在电场力的作用下，熔体在外锥面气流导管的锥面尖端部位形成泰勒锥，从而形成射流并沉积在纤维接收板上；外锥面气流导管中心有圆柱通孔通高速气流，对纤维进一步进行拉伸形成纳米纤维；机头上设置加热圈和温度传感器，达到加热和精确控温的目的。
[0008]本发明一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头，机头上端侧面有机头流道，机头流道上端与料筒出口相连，机头上加工有圆柱孔用来和外锥面气流导管配合安装。[0009]本发明一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头，外锥面气流导管上有定位点与机头圆柱孔配合安装，使外锥面气流导管外壁面和机头圆柱孔内壁面形成间隙，使得熔体在间隙内流动，进而在周向分布均匀。
[0010]本发明一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头，外锥面气流导管下端有外锥面表面，该表面可以是光滑的，也可以设置导流槽，熔体在重力和粘附力作用下在外锥面表面分布均匀并且减薄，外锥面端部设置有尖端，有利于电荷聚集，从而增强电场强度形成射流。
[0011]本发明一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头，外锥面气流导管中心圆柱孔通高速气流，纤维在高速气流的拉伸作用下进一步的细化，同时高速气流形成的压力差使纤维束向内聚拢，有利于提高纤维的分布密度。
[0012]本发明一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头，外锥面气流导管下端外锥面锥度可以有多种选择，当纺丝介质为高粘度熔体时，由于其粘附力较大，可选用锥度较小的外锥面；当纺丝介质粘度较低时，为平衡重力，可选用锥度较大的外锥面进行纺丝。
[0013]本发明一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头，外锥面气流导管的尖端可以有多种形式，尖端可以朝向外侧面，也可以朝向下面，使不同粘度的熔体介质在尖端部位的电场强度和高速气流拉伸效果达到最佳匹配值。
[0014]由以上技术方案可知，本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0015]1.外锥面气流导管的外锥面设计，可以使熔体在重力和粘附力的作用下，熔体薄膜在形成的过程中自然减薄，从而有效降低纤维直径。
[0016]2.采用外锥面气流导管的外锥面分布熔体和中心通高速气流的配合方式，使得纤维在高速气流的作用下进一步拉伸的同时，巧妙的避开了高速气流对熔体薄膜和纤维的扰动影响，薄膜在外侧，薄膜的直径增大不受约束，使纤维更加细的同时更加均匀。
[0017]3.外锥面气流导管中心通高速气流，可以使纤维束内外形成压力差，从而使纤维束向内聚拢，提高纤维的密度分布。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头的剖视示意图。
[0019]图2是本发明一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头的外锥面尖端的一种结构形式，外锥面端部设置有尖端。
[0020]图中:1-纤维接收板，2-外锥面气流导管，3-机头，4-螺钉，5-定位螺母，6_料筒，7-料筒固定块，8-机头流道，9-加热圈，10-温度传感器，11-接地电极，12-高压静电发生器。
【具体实施方式】
[0021]本发明提出了一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头，如图1和图2所示，主要包括:纤维接收板1、外锥面气流导管2、机头3、螺钉4、料筒6、料筒固定块7、机头流道8、加热圈9、温度传感器10、接地电极11和高压静电发生器12，纤维接收板I固定在外锥面气流导管2的下方距离12cm处，外锥面气流导管2上的定位点与机头3内圆柱孔采用紧配合连接，料筒6下端装在机头3的机头流道8上，并通过料筒固定块7固定在机头3上，机头3下端与接地电极11连接，纤维接收板I与高压静电发生器12连接，机头3上设置有加热圈9和温度传感器10，起到精确控温作用，加热圈9温度调至240°，面气流导管2的外锥面夹角为30°，中心圆柱孔下端内锥面夹角为60°，在料筒中加入聚丙烯(PP6820)熔体，熔体温度220°，经过3分钟后，熔体在外锥面表面均匀分布一层熔体薄膜，然后调节高压静电发生器12电压示数到45kv，同时在外锥面气流导管2内通入10m/S的高速气流，在电场力和高速气流的双重拉伸作用下，熔体形成大量射流沉积在纤维接收板I上，且纤维束在高速气流形成的压力差作用下向内聚拢，并且纤维之间没有发生干扰，熔体薄膜没有受到高速气流的影响，形成的纤维直径细且均匀，圆盘状纤维沉积膜厚度均匀，边缘齐整。
【权利要求】
1.一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头，其特征在于:主要包括纤维接收板、外锥面气流导管、机头、螺钉、定位螺母、料筒、料筒固定块、加热圈、温度传感器、接地电极和高压静电发生器等，外锥面气流导管上定位点与机头紧配合连接，上端用定位螺母进行轴向定位，外锥面气流导管外圆柱面和机头内圆柱孔形成间隙，熔体在间隙内流动；料筒固定块将料筒通过螺钉固定在机头上；纤维接收板固定在外锥面气流导管正下方一定距离处，并且和高压静电发生器连接，与接地的机头下端形成高压静电场；外锥面气流导管中心有圆柱通孔通高速气流；机头上设置加热圈和温度传感器；机头上端侧面有机头流道，机头流道上端与料筒出口相连，机头上加工有圆柱孔用来和外锥面气流导管配合安装；外锥面气流导管下端有外锥面表面。
2.根据权利要求1所述的一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头，其特征在于:外锥面气流导管上有定位点与机头圆柱孔配合安装，使外锥面气流导管外壁面和机头圆柱孔内壁面形成间隙。
3.根据权利要求1所述的一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头，其特征在于:外锥面气流导管下端的外锥面表面是光滑的，也可以设置导流槽，外锥面端部设置有尖端。
4.根据权利要求1所述的一种气流辅助外锥面型静电纺丝喷头，其特征在于:外锥面气流导管的尖端朝向外侧面，也可以朝向下面。
【文档编号】D01D5/00GK103668486SQ201310651395
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】杨卫民, 陈宏波, 李好义, 钟祥烽, 焦志伟, 丁玉梅 申请人:北京化工大学