[發明專利]一種氣泡霧化靜電紡絲噴頭、靜電紡絲裝置及其應用

有效

• 申請號: 202010035571.4
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111172600B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 何建新;元蘋平;孫曉艷;周玉嫚;于文;祁琳雅;陳元昆;岳萬里;劉春暉;廖熙;張一敏
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 冉珊敏

本發明屬于紡織機械領域，特別是指一種氣泡霧化靜電紡絲噴頭、靜電紡絲裝置及其應用。基于氣泡霧化噴射成形的靜電紡絲過程，可分為氣泡霧化噴射和微液滴（射流）牽伸兩個階段通過氣泡霧化技術，首先將聚合物稀溶液霧化成超多數量的微液滴，之后這些微液滴受電場力和氣流力的耦合作用直接牽伸形成納米纖維。不同于現有泰勒錐靜電紡絲的原理，本發明將氣泡霧化技術引入靜電紡絲中，通過氣液混合產生的氣泡流霧化噴射成大量微液滴，牽伸形成納米纖維，最終達到氣泡霧化靜電紡絲方法的規模化生產納米纖維。

技術領域

本發明屬于紡織機械領域，特別是指一種氣泡霧化靜電紡絲噴頭、靜電紡絲裝置及其應用。

背景技術

隨著科學的進步，納米纖維由于有特殊的性能，因此納米材料會表現出很多不同于常規材料的特殊性能：量子尺寸效應、表面效應、體積效應、宏觀量子隧道效應、介電限域效應等。這些效應拓寬了納米材料的應用范圍，使納米材料獲得了很多優異的性能，如電磁性能、非線性光學效應、高化學活性等，可說，納米材料是常規材料的升級版和強化版。目前，制備納米纖維的主要方法有：拉伸法、模板法、自組裝法、靜電紡絲法和溶液噴射法等。在紡絲拉伸技術中，聚合物溶液或熔體從噴絲孔擠出，應用機械力、高速氣流、靜電力等對擠出的液滴或細流進行拉伸。利用機械力拉伸技術進行紡絲，只能制備常規細度的纖維，目前研究的熱點集中在熔噴技術和靜電紡絲技術。但目前的納米纖維的制備技術在推廣上存在一定技術問題，目前靜電紡絲機的產量很低，大規模應用的難度較大；熔噴技術達到的納米纖維取向度較差，且直徑較粗。因此，可以實現微納米纖維的規模化制備，已發展成為納米纖維的一大關鍵技術。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出一種氣泡霧化靜電紡絲噴頭、靜電紡絲裝置及其應用。其原理是通過氣泡霧化技術，將聚合物稀溶液霧化成超多數量的微液滴，這些微液滴進一步受電場力和氣流力耦合牽伸作用批量化形成納米纖維

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種氣泡霧化靜電紡絲噴頭，包括內管，內管外配合套設有外管，外管的底部與氣泡霧化噴頭螺紋連接，外管的上部一側設有進氣接口管；氣泡霧化噴頭為錐型螺紋頭，錐型螺紋頭內設有凹臺，凹臺下方貫穿依次設有下游混合室和噴孔出口，氣泡霧化噴嘴的噴孔出口連接射流內外環境，是氣液壓力的釋放端口。

所述內管頂部設有液體入口管、中部為上游混合室，內管罐體上設有復數個充氣口，充氣口貫穿內管管壁，充氣口呈360°分布于內管的四周，充氣口的個數為16-20個，充氣口的直徑為0.8mm，是氣體進入氣泡霧化噴嘴混合室的入口，對氣體充入混合室的速度和流量以及混合室內的氣液混合過程具有重要的影響。通過充氣口的數量可以對充氣孔與噴孔的面積比進行調整，充氣口至噴孔出口截面間的距離是影響整個氣泡霧化噴嘴尺寸及噴嘴霧化效果的的重要參數。

所述進氣接口管穿過外管的管壁與外管的內壁相齊，進氣接口管的端口與外管的管壁之間設有密封圈。

所述液體入口管、上游混合室、下游混合室和噴孔出口緊密聯通。

所述充氣口距離噴孔出口的距離為72mm，上游混合室和下游混合室的總長度為50.5mm，上游混合室的區域橫截面直徑為8mm，下游混合室的位于噴頭內的區域橫截面直徑為6mm，噴孔出口的直徑為0.8mm。充氣孔布置位置的涉及，它們距噴孔出口截面的距離為57mm。混合室是氣泡霧化噴嘴內部氣液相互作用的主要空間區域；混合室的長度和橫截面積對噴嘴內部的氣液流型具有重要的影響。

安裝有上述的氣泡霧化靜電紡絲噴頭的靜電紡絲裝置。

一種利用上述的靜電紡絲裝置制備的微納米纖維。

所述靜電紡絲裝置的工藝參數為：靜電紡絲電壓為40-60 kV，紡絲溶液總流量為50-60 mL/h，紡絲氣壓為0.1-0.2 MPa，氣體流速為0.1L/min-6 L/min，噴頭與接收板的距離為50-100 cm。

本發明具有以下有益效果：