[發(fā)明專利]一種制備核殼空心結(jié)構(gòu)的同軸裝置及方法

有效

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• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113046852B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳逢軍;杜曉港
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: D01D5/34
• 分類號: D01D5/34;D01D5/24;D01D5/00
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1.一種制備核殼空心結(jié)構(gòu)的同軸裝置，其特征在于，包括加熱棒，導(dǎo)熱筒、隔熱筒、內(nèi)液管、外液管、內(nèi)噴嘴、外噴嘴和同軸固定塊；

所述內(nèi)噴嘴和內(nèi)液管連接形成內(nèi)液通道，內(nèi)液管外部套有隔熱筒；所述隔熱筒與外液管形成外液通道，外液管和外噴嘴連接且軸向有一螺紋孔固定連接不銹鋼軟管；所述外液管套有導(dǎo)熱筒，導(dǎo)熱筒內(nèi)放置有加熱棒；所述內(nèi)噴嘴和外噴嘴之間采用同軸固定塊保持高同軸度，同軸固定塊的圓周方向上需要開設(shè)有四個過液口，且這四個過液口在同軸固定塊上均勻分布；

2.根據(jù)權(quán)利1要求所述的一種制備核殼空心結(jié)構(gòu)的同軸裝置，其特征在于，所述內(nèi)、外噴嘴和內(nèi)、外液管通過螺紋緊密連接，方便拆卸清潔，并且可以調(diào)節(jié)噴嘴伸出長度。

3.根據(jù)權(quán)利1要求所述的一種制備核殼空心結(jié)構(gòu)的同軸裝置，其特征在于，所述內(nèi)噴嘴需要采用絕熱玻璃或絕熱陶瓷制成，以防止熱量傳到高分子內(nèi)液使其溶劑揮發(fā)造成噴嘴堵塞。

4.根據(jù)權(quán)利1要求所述的一種制備核殼空心結(jié)構(gòu)的同軸裝置，其特征在于，所述導(dǎo)熱筒圓周方向上有三個加熱孔放置加熱棒，在軸向有軟管通道和凸槽，凸槽便于軟管通道和外液管上的螺紋口定位。

5.一種熔融外液輔助溶劑揮發(fā)制備核殼空心結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、組裝好同軸噴嘴，同軸固定塊與噴嘴之間過渡配合，外噴嘴通過正極導(dǎo)線與高壓靜電發(fā)生器正極相連，收集板通過接地導(dǎo)線與高壓靜電發(fā)生器負極相連；

步驟二、高分子內(nèi)液置于儲液罐中，儲液罐通過液體導(dǎo)管連接在蠕動泵上，蠕動泵另一端連接內(nèi)液管；將熔融外液放進儲液筒中，打開加熱座開關(guān)加熱，加熱棒開始加熱，儲液筒通過不銹鋼軟管和外液管連接；

步驟三、啟動蠕動泵驅(qū)動高分子內(nèi)液，儲液筒中的活塞在外力作用下擠出熔融外液，高壓靜電發(fā)生器開始供電；

步驟四、調(diào)節(jié)高壓靜電發(fā)生器電壓參數(shù)、活塞擠出速度、蠕動泵流量和收集板距離使熔融外液與高分子內(nèi)液在噴嘴處形成復(fù)合泰勒錐；

步驟五、熔融外液形成的復(fù)合泰勒錐在高壓電場的作用下開始射流，在復(fù)合泰勒錐內(nèi)部靠近熔融外液的高分子內(nèi)液溶劑揮發(fā)，靠近熔融外液的高分子溶液濃度增大，高分子顆粒向熔融外液運動并吸附；靠近熔融外液的高分子內(nèi)液濃度增高，粘度增大，熔融外液拉動高分子內(nèi)液一起射流；

步驟六、當(dāng)熔融外液和高分子內(nèi)液粘力較大時，電場力和牽引力不足以將熔融外液和高分子內(nèi)液拉斷；在射流的過程中，復(fù)合泰勒錐不斷被拉伸變細，高分子內(nèi)液溶劑進一步揮發(fā)，高分子顆粒在熔融外液表面進一步吸附形成粒子薄膜，該粒子薄膜可以保持纖維結(jié)構(gòu)并阻止氣體逸散出纖維外部，使氣體釋放的速率大于氣體逸散出纖維表面的速率，此時高分子顆粒向熔融外液運動，氣體向纖維中心運動聚集，在收集板上得到核殼結(jié)構(gòu)的空心纖維；

當(dāng)熔融外液和高分子內(nèi)液粘力不夠大時，電場力大于熔融外液的粘力，熔融外液被拉斷形成顆粒，射流過程中熔融外液對高分子內(nèi)液的牽引力大于其本身的粘力，高分子內(nèi)液被拉斷，并被熔融外液包裹，高分子內(nèi)液溶劑的揮發(fā)使高分子顆粒向熔融外液移動吸附，形成粒子薄膜阻擋氣體逸散出顆粒表面，隨著熔融外液冷卻固化和高分子內(nèi)液溶劑揮發(fā)固化，在收集板上可以得到核殼結(jié)構(gòu)的空心顆粒。

6.根據(jù)權(quán)利5要求所述的一種制備核殼空心結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述熔融外液為高分子聚合物，包括聚甲醛、聚乳酸和聚己內(nèi)酯，熔融溫度在50～300℃，熔融狀態(tài)下導(dǎo)電性較差，導(dǎo)致內(nèi)噴嘴和高分子內(nèi)液不帶電；高分子內(nèi)液溶劑的沸點低于熔融材料的溫度，且對高分子顆粒有較高的溶解性。

7.根據(jù)權(quán)利5要求所述的一種制備核殼空心結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述外噴嘴正極電壓調(diào)節(jié)范圍為0～10kV，接收板距離為0～50mm，熔融外液的擠入速率為0～60ml/h，高分子內(nèi)液的流量范圍為0～50ml/h，熔融外液的擠入速率大于高分子內(nèi)液流量，以便于內(nèi)液顆粒完全被熔融外液包裹。

8.根據(jù)權(quán)利5要求所述的一種制備核殼空心結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述熔融外液和高分子內(nèi)液粘力不同時，得到的最終產(chǎn)物不同；熔融外液和高分子內(nèi)液粘力大于電場力和牽引力時，會在收集板上得到核殼空心纖維，熔融外液和高分子內(nèi)液粘力小于電場力和牽引力時，在收集板上得到核殼空心顆粒。