一种具有多孔喷头的静电纺丝装置的制作方法

本发明涉及一种静电纺丝装置，具体涉及一种具有多孔喷头的静电纺丝装置。

背景技术：

纳米纤维具有超高的比表面积、极大长径比、优越的机械性能等特点，在环境工程、组织工程、药物释放、能源贮存、传感器等不同领域都具有十分广阔的应用前景。目前，可有效制备纳米纤维最直接的方法是静电纺丝方法。随着市场对纳米纤维日益增长的量的需求，目前实验室或工业上可较高批量制备纳米纤维的、采用最广泛的静电纺丝方法是多针式静电纺丝装置和无针式静电纺丝装置。

其中，在无针式静电纺丝技术中，利用静电促使纺丝液的表面形成众多纺丝泰勒锥而进行纺丝，用于贮存纺丝液的贮液池的形式很多都为敞开式，易造成溶剂的快速挥发，而使得纺丝液不仅会受到一定的污染，还会对纺丝液浓度、粘度等产生影响，进而对纺丝过程的连续性、纳米纤维的直径和形貌等的影响较大。在多针式静电纺丝技术中，设置多根竖起的纺丝针，通过对纺丝液施加一定的压力使得纺丝液填充在纺丝针中，并在纺丝针的末端开口处形成凸起，在高压静电压作用下每个纺丝针处喷出纺丝；采用多针式静电纺丝技术以解决纺丝液被污染的问题，但是其仍然存在以下不足：1、针头直径较小，易造成针头堵塞；2、射流之间会产生一定的排斥现象，使得制备的纳米纤维膜分布不均匀。

技术实现要素：

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有多孔喷头的静电纺丝装置，该静电纺丝装置不但可以有效解决纺丝液的污染问题以及纺丝液的溶剂挥发问题，而且能够确保纺丝孔不易被堵塞，喷射的射流之间会不会出现排斥现象，使得制备的纳米纤维膜分布均匀。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种具有多孔喷头的静电纺丝装置，包括用于接收纳米纤维的纺丝接收板、用于喷出纳米纤维的多孔喷头喷丝器、用于贮存纺丝液的纺丝液贮液器、用于将纺丝液输送至多孔喷头喷丝器的压力泵以及用于为多孔喷头喷丝器提供高压静电的高压发生器；其特征在于，所述多孔喷头喷丝器包括由绝缘材料制成的喷丝容器，喷丝容器的顶部设有多个与喷丝容器的内腔连通的喷丝孔，每个喷丝孔内设有金属喷头，所有的金属喷头相互连通并与高压发生器连接；所述压力泵的两端通过纺丝液输送管分别与纺丝液贮液器以及喷丝容器的内腔连接。

上述具有多孔喷头的静电纺丝装置的工作原理是：压力泵将纺丝液贮液器中的纺丝液输送至喷丝容器的内腔中，并保持一定的压力，使得纺丝液在每个金属喷头处形成液滴凸起，在高压发生器提供的高压静电作用下，金属喷头产生射流，形成纺丝。

本发明的一个优选方案，其中，所述喷丝容器的底部设有温度控制单元，该温度控制单元由电加热元件和温控器构成。通过设置温度控制单元，可以有效的控制喷丝容器内的纺丝液温度，使得纺丝过程中溶液可纺的稳定性。

本发明的一个优选方案，其中，所述喷丝容器的内腔的顶部设有金属网格，该金属网格将所有的金属喷头连通，并与高压发生器连接。通过设置在喷丝容器的内腔的顶部的金属网格将所有的金属喷头连通，不但便于将所有的金属喷头与高压发生器连接，而且由于金属网格位于喷丝容器的内腔内，从而可以尽可能减少纺丝射流之间产生的排斥现象。

本发明的一个优选方案，其中，所述喷丝容器上设有纺丝液缓冲器，该纺丝液缓冲器一端通过纺丝液输送管与压力泵连接，另一端与喷丝容器的内腔连接。设置纺丝液缓冲器的目的在于，对压力泵输送过来的纺丝液进行缓冲后再进入到喷丝容器中，使得进入到喷丝容器中的纺丝液各处的压力相等，提高纺丝质量。

优选地，所述纺丝液缓冲器由管体以及设置在管体内的球体构成。进入到管体内的纺丝液受到球体的阻挡后，由射流变成缓流，从而保证进入到喷丝容器的内腔中的纺丝液压力均匀。

本发明的一个优选方案，其中，所述纺丝接收板的上方设有负压通风装置。由于纺丝液中含有大量的有机溶剂，这些有机溶剂挥发在空气中会带来以下的问题，一方面，挥发在空气中的有机溶剂会影响空气的湿度和浓度，使得纺丝不连续；另一方面，高浓度的挥发有机溶剂残留在空气中，被人体吸入后会影响人体健康，因此通过负压通风装置及时将纺丝液中挥发出来的挥发溶剂排出，能够克服上述问题。

本发明的一个优选方案，其中，所述纺丝接收板上设有纤维收集单元。通过设置纤维收集单元，将形成的纳米纤维及时收集起来。

优选地，所述纤维收集单元为固定的收集板或循环式收集机构或单向传送收集机构，其中，所述循环式收集机构由一个或两个传动辊以及环绕在传动辊上的循环收集带构成；所述单向传送收集机构由传动辊以及在纺丝接收板下方单向传送的单向收集带构成。

本发明的一个优选方案，其中，所述喷丝容器为方形或圆柱形容器。

本发明的一个优选方案，其中，所述纺丝接收板的基材为金属，在使用过程中可以采用铝箔、无纺布等不同的载体进行接收；所述金属喷头的材质包括但不仅限于采用铜、铝、不锈钢等任一金属；所述喷丝容器的材质包括但不仅限于PVC、PP、PE等；所述喷丝孔可以为镂空的形式或设置于凸起的柱体内，具体形状可以根据具体的需求进行变化调整，包括但不仅限于圆形、三角形、梯形等几何形式。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、由于纺丝液位于喷丝容器的内腔中，因此纺丝液不易受到污染，也不容易挥发。

2、由于金属喷头嵌入在绝缘的喷丝容器的喷丝孔中，金属喷头之间的同极静电不会发生相互排斥效应，使得纺丝射流之间不会产生排斥现象，使得制备的纳米纤维膜分布均匀。

3、由于所有的金属喷头均连通于喷丝容器的内腔中，纺丝液在各个金属喷头的压力均衡，各个金属喷头中凸起的液滴形成的泰勒锥形态一致，使得纺丝大小均匀。

附图说明

图1为本发明所述的具有多孔喷头的静电纺丝装置的第一个具体实施方式的结构示意图。

图2为图1中多孔喷头喷丝器的结构示意图。

图3为图1中纺丝液缓冲器的结构示意图。

图4为图1中喷丝容器的立体结构示意图。

图5为本发明所述的具有多孔喷头的静电纺丝装置的第二个具体实施方式的结构示意图。

图6为图5中喷丝容器的立体结构示意图。

图7为本发明所述的具有多孔喷头的静电纺丝装置的第三个具体实施方式的结构示意图。

图8为图7中喷丝容器的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例1

参照图1-图4，本实施方式的具有多孔喷头的静电纺丝装置包括用于接收纳米纤维的纺丝接收板2、用于喷出纳米纤维的多孔喷头喷丝器、用于贮存纺丝液的纺丝液贮液器7、用于将纺丝液输送至多孔喷头喷丝器的压力泵5以及用于为多孔喷头喷丝器提供高压静电的高压发生器8。所述多孔喷头喷丝器包括由绝缘材料制成的喷丝容器10，喷丝容器10的顶部设有多个与喷丝容器10的内腔10-3连通的喷丝孔，每个喷丝孔内设有金属喷头10-1，所有的金属喷头10-1相互连通并与高压发生器8连接；所述压力泵5的两端通过纺丝液输送管6分别与纺丝液贮液器7以及喷丝容器10的内腔10-3连接。

参见图1和图2，所述喷丝容器10的底部设有温度控制单元9，该温度控制单元9由电加热元件和温控器构成。通过设置温度控制单元9，可以有效的控制喷丝容器10内的纺丝液温度，使得纺丝过程中溶液可纺的稳定性。

参见图2，所述喷丝容器10的内腔10-3的顶部设有金属网格10-4，该金属网格10-4将所有的金属喷头10-1连通，并通过电极片10-2与高压发生器8连接。通过设置在喷丝容器10的内腔10-3的顶部的金属网格10-4将所有的金属喷头10-1连通，不但便于将所有的金属喷头10-1与高压发生器8连接，而且由于金属网格10-4位于喷丝容器10的内腔10-3内，从而可以尽可能减少纺丝射流之间产生的排斥现象。

参见图1-图3，所述喷丝容器10上设有纺丝液缓冲器4，该纺丝液缓冲器4一端通过纺丝液输送管6与压力泵5连接，另一端与喷丝容器10的内腔10-3连接。设置纺丝液缓冲器4的目的在于，对压力泵5输送过来的纺丝液进行缓冲后再进入到喷丝容器10中，使得进入到喷丝容器10中的纺丝液各处的压力相等，提高纺丝质量。

参见图3，所述纺丝液缓冲器4由管体4-1以及设置管体4-1内的球体4-2构成。进入到管体4-1内的纺丝液受到球体4-2的阻挡后，由射流变成缓流，从而保证进入到喷丝容器10的内腔10-3中的纺丝液压力均匀。

参见图1，所述纺丝接收板2的上方设有负压通风装置1。由于纺丝液中含有大量的有机溶剂，这些有机溶剂挥发在空气中会带来以下的问题，一方面，挥发在空气中的有机溶剂会影响空气的湿度和浓度，使得纺丝不连续；另一方面，高浓度的挥发有机溶剂残留在空气中，被人体吸入后会影响人体健康，因此通过负压通风装置1及时将纺丝液中挥发出来的挥发溶剂排出，能够克服上述问题。

参见图1，所述纺丝接收板2上设有纤维收集单元，通过该设置纤维收集单元，将形成的纳米纤维及时收集起来。所述纤维收集单元为设置在纺丝接收板2底面上的固定的收集板。所述纺丝接收板2的基材为金属，在使用过程中所述固定的收集板可以采用铝箔、无纺布等不同的载体制作。

参见图4，所述喷丝容器10为圆柱形容器；所述金属喷头的材质包括但不仅限于采用铜、铝、不锈钢等任一金属；所述喷丝容器10的材质包括但不仅限于PVC、PP、PE等；所述喷丝孔为镂空的形式，该喷丝孔为圆形孔。

下面结合附图对本实施方式的具有多孔喷头的静电纺丝装置的工作原理作进一步的描述：

参见图1-图4，压力泵5将纺丝液贮液器7中的纺丝液输送至纺丝液缓冲器4中，随后进入到喷丝容器10的内腔10-3中，并保持一定的压力，使得纺丝液在每个金属喷头10-1处形成液滴凸起，该液滴凸起构成泰勒锥；温度控制单元9将喷丝容器10中的纺丝液的温度控制在一定的范围；负压通风装置1启动，将挥发的有机溶剂排走；在高压发生器8提供的高压静电作用下，金属喷头10-1产生射流，形成纳米纤维，并由纤维收集单元收集。

实施例2

参见图5-图6，本实施例与实施例1相比的不同之处在于，本实施例中，所述纤维收集单元为循环式收集机构，该循环式收集机构由两个传动辊3以及环绕在传动辊3上的循环收集带11构成。

所述喷丝容器10为圆柱形容器。

实施例3

参见图7和图8，本实施例与实施例1相比的不同之处在于，本实施例中，所述纤维收集单元为单向传送收集机构，该单向传送收集机构由传动辊3以及在纺丝接收板2下方单向传送的单向收集带12构成。

所述喷丝容器10为方形容器，所述喷丝孔为三角形孔。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。