一种喷口大小可调静电纺丝装置的制作方法

本发明涉及一种喷口大小可调静电纺丝装置，属于静电纺丝和纺织机械技术领域。

背景技术：

静电纺丝技术始于20世纪30年代，是一种直接生产纳米纤维的常用方法。该方法工艺流程短，操作简单，其产品多用于高效的过滤材料、生物医学材料、化学传感器等高科技领域。

当将聚合物纤维直径从微米尺度降至亚微米尺度或纳米尺度时，就会出现一系列惊奇的特性。如非常大的体积比表面积，纳米纤维的体积比表面积基本是微米纤维的1000倍；可以灵活地进行表面功能化；与其他已知材料形式相比所表现出优越的效应和机械性能，如表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和量子隧道效应及刚度、抗张强度等。这些杰出的性能使得纳米纤维成为许多重要应用的首选材料，在高效过滤、生物医用、智能传感等领域极具发展潜力。综合考虑操作可行性、稳定可控性(包括纤维直径及其分布）、加工材料范围、加工耗时等，静电纺丝加工技术就成为目前唯种可以制造连续的聚合物纳米纤维的方法。

静电纺丝是制备纳米纤维材料的最有效方式之一，相比于拉伸法、模板合成法、自组装等纳米材料的制备技术，静电纺丝具有操作简单、制备流程短、材料选择广泛等优点。而与传统纺织纤维材料相比，纳米纤维材料由于极小的尺度，拥有许多在大尺度下难以展现的特性，比如明显的表面与界面效应，特有的小尺寸效应，极大的比表面积和极高的孔隙率等。因此纳米纤维材料拥有更广泛的应用领域，比如在空气过滤，油水分离，医用辅料，组织工程支架等方向，纳米纤维材料都发挥着令整个行业为之瞩目的作用，使其拥有非常光明的应用前景。

传统的静电纺丝装置以单针头或多针头为主，但是该两种装置都存在产量低的缺陷，难以满足产业所需的生产量。近年来，设计改造静电纺丝装置，提高其纳米纤维的产量已经成为静电纺丝技术领域的一大研究热点。在全世界范围内，批量化生产静电纺纳米纤维的装置和方法也井喷式地不断涌现。中国专利zl201310032194.9公开了一种伞状静电纺丝喷头及静电纺丝方法，这是一种自由液面式纺丝，可以实现静电纺纳米纤维的批量化制备，但其最大的不足是液面与空气环境接触面积过大，使得溶剂极易挥发，从而影响纺丝的稳定性；中国专利zl201510278266.7公开了一种喷气辅助多针头静电纺丝装置，该装置可以提高纳米纤维单位时间内的产量，但容易发生针头堵塞的问题，并且密集的针头之间容易发生电场的干扰。

因此，发明一种装置简单，清理方便，能稳定产生多根射流的，并且能够调节喷头开口大小的静电纺丝喷头是尤为必要的。

技术实现要素：

本发明所要解决的第一个技术问题是目前无针式静电纺丝喷头装置复杂，生产过程不稳定，溶液利用不充分，溶剂易挥发等。

本发明所要解决的第二个技术问题是目前无针式静电纺丝喷头装置复杂，生产过程不稳定，喷头开口大小能不调节，限制了静电纺丝工艺中材料，纤维直径和纺丝效率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:提供一种喷口可调状静电纺丝装置，其特征在于，包括喷口大小可调喷丝头，高压发生器，软管，注射器和数控微量注射泵等组成。喷口大小可调喷丝头的顶部设有喷口，底部通过软管与供液装置连接，喷口大小可调喷丝头的外壳与高压发生器的正电极连；可以根据材料，纺丝纤维直径，纺丝效率的需要，对喷口大小进行调节。

优选地，所述供液装置包括相互连接的注射器与数控微量注射泵。

优选地，所述喷口大小可调喷丝头由鸭嘴板2-1，侧板2-4，底板2-6，调节螺钉2-3，拉紧弹簧2-2和连接销钉2-5等组成。

优选地，所述喷口大小可调喷丝头的两个拉紧弹簧保证两个鸭嘴板上端可靠接触。

优选地，通过调节螺钉头，可以改变喷口大小可调喷丝的开口大小，顶部喷口的宽度调节范围为0.1-10mm。

优选地，所述喷口大小可调喷丝头的材质为黄铜。

本发明还提供了一种静电纺丝方法，其特征在于，采用上述喷口大小可调静电纺丝装置，可以根据材料，纺丝纤维直径，纺丝效率的需要，对喷口大小进行调节缝隙狭窄，打开供液装置向喷口大小可调喷丝头内注入溶液，待溶液液面上升至喷口大小可调喷丝头的喷口时，打开高压发生器，增加电压，当电压超过临界值时，从喷口中产生多根射流，开始静电纺丝过程，通过收集装置接收，形成纳米纤维。

本发明采用的可以调剂开口大小的喷丝头，是无针式缝隙铜制喷头，喷头结构简单不易发生堵塞的现象；可以根据材料，纺丝纤维直径，纺丝效率的需要，对喷口大小进行调节缝隙狭窄；溶液裸露面积小，溶液利用率高，溶剂挥发量少；溶液处于相对的静止状态，纺丝过程稳定，在一条缝隙中将产生多根纺丝射流，提升了纺丝效率，提高了产量，实现静电纺纳米纤维稳定连续的批量化制备。本发明可以有效地解决喷头开口大小无法调节，溶液利用率低等问题，克服无针式喷头装置复杂，纺丝过程不稳定等缺陷。

本发明装置进行静电纺丝，根据材料，纺丝纤维直径，纺丝效率的需要，对喷口大小进行调节，扩大了静电纺丝的应用范围。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

（1）可以根据材料，纺丝纤维直径，纺丝效率的需要，对喷口大小进行调节，扩到了静电纺丝的应用范围和制备效率。

(2)本发明的喷头装置简单，不易堵塞，容易清洗，稳定性好；

(3)本发明的静电纺丝方法溶液利用率高，溶剂挥发量少，提高了生产效率和静电纺丝产量。

附图说明

图1为喷口大小可调静电纺丝装置的结构示意图；

图2为喷口大小可调喷丝头的俯视图；

图3为喷口大小可调喷丝头的侧视图；

图4为喷口大小可调喷丝头剖面图。

图中：1纳米纤维，2喷口大小可调喷丝头，3高压发生器，4软管，5注射器，6数控微量注射泵，2-1鸭嘴板，2-2拉紧弹簧，2-3调节螺钉，2-4侧板，2-5连接销钉，2-6底板。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例

如图1-3所示，为本实施例提供的喷口大小可调静电纺丝装置的结构示意图，其包括喷口大小可调喷丝头2，喷口大小可调喷丝头2的顶部设有喷口，底部通过软管4与供液装置连接，喷口大小可调喷丝头2的外壳与高压发生器3的正电极连接。供液装置包括相互连接的注射器5与数控微量注射泵6。喷口大小可调喷丝头由鸭嘴板2-1，侧板2-4，底板2-6，调节螺钉2-3，拉紧弹簧2-2和连接销钉2-5等组成。通过旋转调节螺钉2-3，喷口大小可调喷丝头2顶部喷口的宽度可在0.1-10mm范围内调节。喷口大小可调喷丝头2中的鸭嘴板2-1的材质为黄铜，其他材料为不锈钢。

一种静电纺丝方法：

溶液选用质量浓度为10%的聚丙烯腈(pan)的n，二甲基甲酰胺(dmf)溶液。

根据材料，纺丝纤维直径，纺丝效率的需要，旋转调节螺钉对喷口大小进行调节，设置开口大小2mm。

将配置好的聚合物溶液装入注射器5中，打开数控微量注射泵6，高聚物溶液经过软管4注入到喷口大小可调喷丝头2中，待溶液液面上升至喷口大小可调喷丝头2的喷口时，打开高压发生器3，缓慢调节电压至50-55kv，当电压超过临界值时，从喷口中产生多根射流1，开始静电纺丝过程，利用距离喷丝头2顶部20cm的接收装置进行接收，获得静电纺纳米纤维。