[發明專利]一種傘狀靜電紡絲噴頭及靜電紡絲方法

有效

• 申請號: 201310032194.9
• 申請日: 2013-01-28
• 公開（公告）號: CN103088443A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 覃小紅;蔣國軍;王衍書
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;D01D4/02
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達

技術領域

本發明屬于靜電紡絲裝置及其方法領域，特別涉及一種傘狀靜電紡絲噴頭及靜電紡絲方法。

背景技術

靜電紡絲是一種目前比較流行的制造納米纖維的簡單方法，以其設備簡單、操作容易、材料來源廣泛、工藝過程不破壞材料本體等優良特性已經成為當前研究納米纖維制造的熱點。靜電紡絲所制得的納米纖維具有直徑小、比表面積大、孔隙率高等特性，在生物醫學、空氣過濾、防護衣物等領域都有著巨大的應用潛力。

靜電紡絲是將聚合物溶液帶上幾千乃至上萬伏高壓靜電，帶電液滴在電場力作用下形成泰勒錐，當電場力足夠大時，電場力可在泰勒錐錐尖克服溶液表面張力形成噴射細流。帶電的聚合物射流在電場力、粘滯阻力、表面張力等作用下被拉伸細化，同時帶電射流在電場中由于存在表面電荷而發生彎曲。細流在噴射過程中溶劑蒸發，最終落在接受裝置上，形成類似無紡布的納米纖維氈。

靜電紡絲產量低是這種技術從實驗室走向產業化生產及應用的最大的技術障礙。研究人員為了提高靜電紡絲的生產效率，對紡絲噴頭裝置進行了較多的研究，但大多采用單個針頭作為噴絲頭或對其組裝來解決這一技術障礙，因此采用單針頭或多針頭針筒式紡絲裝置，靠機械力推動擠出溶液，在靜電場中形成泰勒錐，從而抽拔出一根或較多根射流紡制納米纖維是很普遍的。然而，針頭式噴絲孔之間的電場存在嚴重的相互干擾，難以獲得大規模的推廣。而且，傳統靜電紡絲工藝中輸液推進速度緩慢，紡絲液流量較小，增加輸送速度的做法因不能保證紡絲的穩定性而無法進行正常生產。另外，受紡絲液粘性和可紡性的影響，噴絲孔直徑多處于微米級，容易因溶劑揮發過快出現堵塞現象，導致生產中斷，進而影響生產效率，且存在不易維護，清洗困難等缺陷。目前部分學者研究的敞開向上式噴絲頭從一定程度上改進了針頭式噴絲頭，但仍存在很多不足，如聚合物溶液因溶劑揮發造成的表面粘滯，同一參數條件下難以形成穩定射流，或者射流的不穩定，影響紡絲過程的順利進行，或者射流根數增加有限，納米纖維的產量提高不明顯等。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種傘狀靜電紡絲噴頭及靜電紡絲方法，該噴頭避免堵塞現象，容易清洗，穩定性好；該靜電紡絲方法提高了生產效率。

本發明的一種傘狀靜電紡絲噴頭，包括傘狀噴絲頭、數控式輸液裝置和溶液收集槽三部分，所述的數控式輸液裝置主要包括溶液推進器和控制器；所述的傘狀噴絲頭中部有一空心處，所述的溶液推進器輸出端置入所述的傘狀噴絲頭的空心處中；所述的控制器控制紡絲溶液的流速和流量，向所述的傘狀噴絲頭頂層持續注入紡絲溶液；所述的傘狀噴絲頭底部放置所述的溶液收集槽；所述的噴絲頭上設有與高壓正電極相連的接線柱。

所述的傘狀噴絲頭為圓盤狀，具有四層結構，從頂層至底層的直徑逐漸增大，每層的高度為6mm，每層高度相同；所述的傘狀噴絲頭每層邊緣處加有高度為1mm的銅質空心圓柱套，外徑大小與每層的直徑（從頂層至底層依次為25mm、35mm、45mm、55mm）相同。

所述的傘狀噴絲頭由銅質材料制成，導電性能好，減少了能量的損失。

所述的空心處為圓柱形，其軸線與所述的傘狀噴絲頭的中軸線重合。

所述的溶液收集槽采用有機玻璃制成，放置于所述的傘狀噴絲頭底部。

所述的靜電紡絲噴頭還包括屏蔽罩；所述的傘狀噴絲頭和所述的溶液收集槽設置在所述屏蔽罩的上部；所述的溶液推進器設置在所述的屏蔽罩內部，由所述的屏蔽罩屏蔽電場干擾。

本發明的一種靜電紡絲方法，該方法采用傘狀靜電紡絲噴頭，具體步驟包括：

將傘狀噴絲頭上的接線柱連接高壓正電極，引入高壓靜電；通過數控式輸液裝置向放置水平的傘狀噴絲頭中持續添加導電聚合物溶液，開始靜電紡絲，通過收集裝置收集，形成納米纖維。

本發明中通過數控式輸液裝置向放置水平的傘狀噴絲頭中持續添加導電聚合物溶液，紡絲溶液便會從傘狀噴絲頭頂層冒出，沿著每層銅板邊緣自由地流入下一層，最終使每層銅板各方向上形成厚度均勻、具有一定弧度的紡絲溶液層；電荷大多聚集在傘狀噴絲頭上每層紡絲溶液的邊緣弧面處，因而此處的電場力最容易克服紡絲溶液自身的表面張力而形成泰勒錐，向上抽出數百根甚至上千根射流，溶劑揮發后，通過收集裝置收集，形成納米纖維。