一种溶液熔体共纺多喷头静电纺丝集成装置的制作方法

本实用新型属于静电纺丝设备技术领域，具体涉及一种溶液熔体共纺多喷头静电纺丝集成装置，将溶液静电纺丝与溶体静电纺丝结合，以制备性能优异的复合纤维膜。

背景技术：
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静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝，所制纤维具有高比表面积和高孔隙率等特点，广泛应用于超滤、生物医药、组织工程等领域；根据纺丝介质的不同，静电纺丝分为溶液静电纺丝和熔体静电纺丝。

溶液静电纺丝所制纤维直径较细，强度较低，多采用纺丝针头接高压电极，接收装置接地的接线方式，例如，中国专利201710607631.3公开的一种带有纺丝溶液温度控制部件的静电纺丝设备，包括纺丝溶液温度控制部件，所述纺丝溶液温度控制部件包括纺丝溶液腔体和纺丝溶液温度控制系统，所述纺丝溶液腔体为圆柱形金属腔体，所述金属腔体上部通过固定螺丝固定在悬挂臂上并悬挂在静电纺丝设备内部，所述金属腔体内盛装纺丝溶液的腔体壁中均匀安装4～8根电阻加热棒和1个电热偶，电阻加热棒和热电偶与纺丝溶液温度控制系统相连接，所述电阻加热棒用于对金属腔体和纺丝溶液进行加热，所述热电偶用于反馈金属腔体的温度，所述纺丝溶液温度控制系统用于控制加热温度，所述金属腔体内设有推进活塞，所述推进活塞与金属腔体内壁配合实现对纺丝溶液的封装，所述推进活塞与推进杆连接，所述推进杆与步进电机输出端连接，步进电机输入端与静电纺丝控制系统连接，所述金属腔体底部设有喷头连接口，所述喷头连接口通过溶液导出管与喷头连通；中国专利201320206585.1公开的一种聚合物溶液静电纺丝组件和装置，所述纺丝组件包括，第一电极、与所述第一电极相对放置的第二电极以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的喷涂机构，其中，所述第一电极为平板电极，所述喷涂机构用于向所述第一电极表面喷涂溶液，所述喷涂机构带有平板和刮刀；中国专利200710000533.X公开的高分子溶液静电纺丝制备纳米纤维膜的装置，组成特征是具有由双层结构圆筒喷头组成的喷头组。每个喷头由一个外层圆筒和一个内层小圆筒组成，电纺液经过内层到外层在夹层进行静电纺丝制膜；中国专利201310148008.8公开的一种聚合物溶液静电纺丝组件，包括第一电极、与所述第一电极相对放置的第二电极以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的喷涂机构，其中，所述第一电极为平板电极，所述喷涂机构用于向所述第一电极表面喷涂溶液；所述喷涂机构包括位于靠近所述第一电极侧的平行设置的喷管和平板，其中，所述喷管的长度方向平行于第一电极所在的平面，所述喷管的管壁上具有用于向所述第一电极喷涂溶液的开口，所述平板和所述第一电极表面之间存在间隙。

熔体静电纺丝需要加热装置保持熔体温度，设备较复杂，所制纤维较粗，强度较高，为了避免高压静电对加热装置的干扰，多采用纺丝喷头接地，接收装置接高压电极的接线方式，使纺丝喷头感应带电纺丝，例如，中国专利201811144808.1公开的一种自动给料式熔体静电纺丝装置，包括储料装置、送料装置、热融纺丝装置；所述送料装置上方设置有进料口，所述储料装置设置于所述进料口上方，所述储料装置用于存放聚合物线材原料；所述进料口的下方设置有齿轮和滚轮，所述聚合物线材原料夹在所述齿轮和滚轮的啮合面之间，所述齿轮能够驱动所述聚合物线材原料向下移动；所述热融纺丝装置设置于所述齿轮和滚轮的啮合面的正下方，所述热融纺丝装置包括加热器、高压电源和收集盘，所述加热器的上部设有进料斗，所述加热器的下部设有锥形喷头，所述进料斗和所述锥形喷头连通所述收集盘设置于所述锥形喷头下方；所述聚合物线材原料能够通过所述进料斗进入所述加热器，并由所述锥形喷头射出；所述锥形喷头和所述收集盘均为金属材质，所述高压电源的正极与所述收集盘电连接，所述高压电源的负极与所述锥形喷头电连接并接地；中国专利201810775664.3公开的一种熔体静电纺丝装置，包括供料单元、静电纺丝单元、气氛调节单元和控制单元；供料单元包括送料辊、与送料辊连接的送料步进电机、与送料辊平行设置的压料辊、向送料辊和压料辊之间的空隙供料的纺丝材料辊、纺丝材料加热器；静电纺丝单元包括接地的喷头、可调式高压静电发生模块、与可调式高压静电发生模块的正极连接的电纺纤维收集板；气氛调节单元包括气流加热器；控制单元包括气体流量传感器、温度传感器、控制面板、变压器和控制器；中国专利201810775663.9公开的一种离心熔体静电纺丝装置，包括供料单元、纺丝单元和控制单元；供料单元包括两个供料压辊、供料步进电机、纺丝材料辊和加热管；纺丝单元包括高压静电发生器、纺丝盘、与纺丝盘下表面中心位置连接的纺丝电机、与高压静电发生器的正极导电连接的收集圈，收集圈外侧固定设置有内部带螺纹孔的丝母连接部，丝母连接部连接丝杆和高度调节步进电机；控制单元包括变压器、与变压器导电连接的控制器和与控制器连接的控制面板，高压静电发生器、供料步进电机、纺丝电机、高度调节步进电机、加热管、纺丝盘供电弹片均通过导线与控制器相连；中国专利201710933372.3公开的一种熔体静电纺丝装置，包括上喷头体和下喷头体，上喷头体上开设有上喷嘴内筒，下喷头体上开设有下喷嘴内筒，上喷嘴内筒和下喷嘴内筒相对应设置且轴线重合；上喷头体顶部设置有插孔，芯液管道通过插孔插入贯穿上喷头体和下喷头体，芯液管道位于上喷嘴内筒和下喷嘴内筒中且三者轴线重合；芯液管道内部具有芯液腔，芯液管道的外壁与上喷嘴内筒和下喷嘴内筒的内壁密闭构成皮液腔，下喷头体上部设置有连接皮液腔的斜道，上喷头体上设置有皮液进液管道，该皮液进液管道与斜道相连；芯液管道和下喷嘴内筒的下方设置有喷嘴体；在上喷嘴内筒、下喷嘴内筒、芯液管道、皮液进液管道以及斜道的与聚合物熔体相接触的表面上均设置有凹凸防粘连机构；该凹凸防粘连结构为均匀分布的凹陷和凸起。

将溶液静电纺丝与溶体静电纺丝所制纤维结合，能够制备出既具有高孔隙率、高比表面积，又具有高强度的复合纤维膜，在空气过滤、水过滤和组织工程支架等领域有着广泛的应用前景。

技术实现要素：
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本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺陷，研发一种溶液熔体共纺多喷头静电纺丝集成装置，将溶液静电纺丝与溶体静电纺丝所制纤维结合，以制备既具有高孔隙率、高比表面积，又具有高强度的复合纤维膜。

为了实现上述目的，本实用新型涉及的溶液熔体共纺多喷头静电纺丝集成装置主体结构包括熔体套筒、通孔、熔体入口、熔体出口、分锥、第一环形流道、紧定螺钉、接地电极、加热圈、气流内套筒、气流外套筒、螺丝、气流入口、第二环形流道、气流出口、溶液针头座、环形储液腔、溶液入口、针头和静电发生器；上部呈圆盘状，下部呈圆柱状结构的熔体套筒的中心开设有圆形结构的通孔，通孔的顶端为熔体入口，通孔的底端为熔体出口，通孔的内部设置有上部呈尖头状，下部呈圆柱状结构的分锥，通孔与分锥之间的空隙形成第一环形流道，分锥通过紧定螺钉与熔体套筒连接，熔体套筒上部圆盘部分与接地电极连接，熔体套筒下部圆柱部分的外壁嵌设有圆环形结构的加热圈，熔体套筒上部圆盘部分的底面、下部圆柱部分的外壁和加热圈的外侧敷设有气流内套筒，气流内套筒的外部设置有气流外套筒，气流外套筒卡住气流内套筒后通过螺丝与熔体套筒上部圆盘部分的底面连接，气流外套筒的上部开设有圆形结构的气流入口，气流内套筒与气流外套筒之间的空隙形成第二环形流道，第二环形流道的底端为气流出口，气流外套筒的外壁套设有圆环形结构的溶液针头座，溶液针头座的内部设置有环形储液腔，溶液针头座的顶端均匀间隔式设置有两个溶液入口，溶液针头座的底端均匀间隔式设置有20-30个针头，溶液针头座与静电发生器连接。

本实用新型与现有技术相比，将熔体静电纺丝和溶液静电纺丝相结合，一次性制备出既具有高孔隙率、高比表面积，又具有高强度的复合纤维膜，解除了对接收装置的限制，能够实现任意表面的纤维沉积，并且根据实际需要，调节溶液和熔体所纺纤维的数量，控制复合纤维膜中粗细纤维比例，以适用于不同应用场合；其结构简单，操作简便，原理科学可靠，使用环境友好。

附图说明：

图1为本实用新型的主体结构原理示意图。

图2为本实用新型涉及的溶液针头座的主体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1：

本实施例涉及的溶液熔体共纺多喷头静电纺丝集成装置的主体结构包括熔体套筒1、通孔2、熔体入口3、熔体出口4、分锥5、第一环形流道6、紧定螺钉7、接地电极8、加热圈9、气流内套筒10、气流外套筒11、螺丝12、气流入口13、第二环形流道14、气流出口15、溶液针头座16、环形储液腔17、溶液入口18、针头19和静电发生器20；上部呈圆盘状，下部呈圆柱状结构的熔体套筒1的中心开设有圆形结构的通孔2，通孔2的顶端为熔体入口3，通孔2的底端为熔体出口4，通孔2的内部设置有上部呈尖头状，下部呈圆柱状结构的分锥5，通孔2与分锥5之间的空隙形成第一环形流道6，分锥5通过紧定螺钉7与熔体套筒1连接，熔体套筒1上部圆盘部分与接地电极8连接，熔体套筒1下部圆柱部分的外壁嵌设有圆环形结构的加热圈9，熔体套筒1上部圆盘部分的底面、下部圆柱部分的外壁和加热圈9的外侧敷设有气流内套筒10，气流内套筒10的外部设置有气流外套筒11，气流外套筒11卡住气流内套筒10后通过螺丝12与熔体套筒1上部圆盘部分的底面连接，气流外套筒11的上部开设有圆形结构的气流入口13，气流内套筒10与气流外套筒11之间的空隙形成第二环形流道14，第二环形流道14的底端为气流出口15，气流外套筒11的外壁套设有圆环形结构的溶液针头座16，溶液针头座16的内部设置有环形储液腔17，溶液针头座16的顶端均匀间隔式设置有两个溶液入口18，溶液针头座16的底端均匀间隔式设置有20-30个针头19，溶液针头座16与静电发生器20连接。

本实施例涉及的熔体套筒1的底端由内向外延伸形成锥面尖端；通孔2的直径大于分锥5的直径，使得通孔2与分锥5之间的形成空隙并构成第一环形流道6；熔体入口3和熔体出口4分别作为熔体进出熔体套筒1的通道口；第一环形流道6的大小通过紧定螺钉7旋入分锥5的深度调整；接地电极8为保护接地电极；加热圈9为不锈钢云母电热圈，加热圈9用以保持熔体的温度以维持其流动性；气流内套筒10和气流外套筒11的材质为耐高温绝缘材料；螺丝12为尼龙螺丝；气流入口13和气流出口15分别为高温高速气流进出第二环形流道14的通道口；环形储液腔17为溶液存储腔室；溶液入口18为溶液进入环形储液腔17的通道口；针头19的上部成圆柱状，下部呈尖头状。

本实施例涉及的溶液熔体共纺多喷头静电纺丝集成装置使用时，溶液和熔体同时进给，溶液由微量泵驱动经由溶液入口18进入环形储液腔17中并在压力作用下从针头19流出，熔体由熔体入口3进入熔体套筒1内，熔体在分锥5的分流作用下环形均匀分布，经过第一环形流道6的减薄后在熔体套筒1的锥面尖端处进一步减薄并呈环形均匀分布，待流出的溶液和熔体分布均匀且流出稳定后，将高温高速气流由气流入口13通入第二环形流道14，然后打开静电发生器20，将电压调节为5-30kV，针头19通过传导带电，针头19尖端处的溶液形成射流，射流下落过程中，溶剂挥发形成纳米纤维，熔体套筒1的锥面尖端感应带电，熔体在强感应电场作用下被激发形成射流，并在下落过程中冷却形成直径微米级纤维，高温高速气流经过第二环形流道14后呈环形均匀分布并由气流出口15喷出，将溶液和熔体所纺纤维隔离，防止溶液所纺纤维由于静电吸附效应飞向熔体套筒1的锥面尖端而干扰熔体所纺纤维，同时，高温高速气流对溶液和熔体所纺纤维进一步拉伸，加剧纤维鞭动，有助于降低纤维平均直径，两种纤维在下落过程中，相互缠绕，形成溶液熔体复合纤维膜；将溶液针头座16的部分针头19以堵头21替代，通过控制出丝针头19的数量调节溶液熔体所纺纤维的比例，以满足不同使用场合的需求；通过调节静电发生器20的电压调节熔体套筒1的锥面尖端感应电场强度的大小，控制熔体所纺纤维的数量和直径；通过调整高温高速气流的温度和速度调节溶液和熔体所纺纤维的直径以及溶液和熔体所纺纤维的纠结缠绕程度。

本实施例涉及的气流内套筒10、气流外套筒11和螺丝12均由绝缘材料制成，使得静电发生器20施加在溶液针头座16的高压静电不会和和熔体套筒1导通，避免了高压静电击穿加热圈9对其造成损坏，从而保证溶液熔体共纺多喷头静电纺丝集成装置稳定运行，同时，静电发生器20和接地电极8同时作用于溶液熔体共纺多喷头静电纺丝集成装置，使得纤维接收装置不接电极就能实现纤维的产生和收集，从而解除对接收方式的限制，能够实现在任意物体表面的纤维喷涂。