CN109023561A - 一种批量制备核壳结构纤维的静电纺丝装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及静电纺丝领域，尤其是一种批量制备核壳结构纤维的静电纺丝装置。包括分流块、喷头和电极板，分流块设置在喷头的上方，电极板位于喷头的下方；所述喷头包括第一套筒、第二套筒、第三套筒、芯轴，第二套筒设置在第一套筒内，第二套筒的上部与第一套筒的上部固定连接，第二套筒的中下部与第一套筒的中下部之间设有环形流道Ⅰ，第三套筒设置在第二套筒内，第三套筒的上部与第二套筒的上部固定连接，第三套筒的中下部与第二套筒的中下部之间设有环形流道Ⅱ，芯轴设置在第三套筒内，芯轴的上部与第三套筒固定连接，芯轴的中下部与第三套筒的中下部之间设有环形流道Ⅲ。该装置实现了核壳结构纤维或者中空纤维的批量化生产。

Description

一种批量制备核壳结构纤维的静电纺丝装置
技术领域
本发明涉及静电纺丝领域，尤其是一种批量制备核壳结构纤维的静电纺丝装置。
背景技术
静电纺丝技术是一种利用高压静电将聚合物熔体或者溶液制成超细纤维的方法，具有装置简单、成本低廉、工艺可控、材料适用性广、可连续化生产等特点，受到了广泛的关注。传统的静电纺丝设备都是使用普通毛细管针头，只能制备实心且表面光滑的单一组分的纳米纤维。
随着静电纺丝和纳米材料技术的不断发展，对纳米纤维的功能化应用提出了新的要求。核壳结构纤维由一种材料包覆另一种材料，具有双层结构，在医用敷料、药物缓释、电介质材料、相变材料等方面有着广泛的应用潜力。因此，在传统静电纺丝技术的基础上，发展出了同轴静电纺丝，其是将核层和壳层材料分别装在两个注射器中，纺丝喷头由两个同轴不同内径的毛细管组成，内外层材料在毛细管尖端汇合并在高压静电场作用下拉伸变形固化成同轴复合纤维，若将核层材料通过加热或溶解去掉，留下壳层材料，即得到中空纤维。同轴静电纺丝法能方便制备核壳结构纤维，但是一次只能纺出一根纤维，效率低下，限制了其应用领域，所以需要开发一种批量制备核壳结构纤维的静电纺丝喷头。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种批量制备核壳结构纤维的静电纺丝装置，实现了核壳结构纤维或者中空纤维的批量化生产。
本发明的技术方案是：一种批量制备核壳结构纤维的静电纺丝装置，其中，包括分流块、喷头和电极板，分流块设置在喷头的上方，电极板位于喷头的下方；
所述喷头包括第一套筒、第二套筒、第三套筒、芯轴，第二套筒设置在第一套筒内，第二套筒的上部与第一套筒的上部固定连接，第二套筒的中下部与第一套筒的中下部之间设有环形流道Ⅰ，第三套筒设置在第二套筒内，第三套筒的上部与第二套筒的上部固定连接，第三套筒的中下部与第二套筒的中下部之间设有环形流道Ⅱ，芯轴设置在第三套筒内，芯轴的上部与第三套筒固定连接，芯轴的中下部与第三套筒的中下部之间设有环形流道Ⅲ；
所述第一套筒内设有呈倾斜设置的直流道Ⅰ和直流道Ⅱ，芯轴内设有竖直方向的直流道Ⅳ，分流块的底部与喷头的上表面接触，分流块的顶部设有壳层材料入口，分流块内设有两个分流道，壳层材料入口与两分流道连通，两分流道分别与直流道Ⅰ和直流道Ⅳ连通，直流道Ⅰ的顶端与分流块内的分流道连通，直流道Ⅰ的底端与环形流道Ⅰ连通，直流道Ⅳ的顶端与分流块内的分流道连通，直流道Ⅳ的底端与环形流道Ⅲ连通；
所述直流道Ⅱ的顶端与核层材料入口连通，第二套筒内设有直流道Ⅲ，直流道Ⅲ的顶端与直流道Ⅱ的底端连通，直流道Ⅲ的底端与环形流道Ⅱ连通；
所述第二套筒和第三套筒的底部均设有尖端，且第二套筒和第三套通的底端形状呈对称设置；
所述第二套筒和第三套筒底部尖端的下方设有电极板，电极板与高压静电发生器连接。
本发明中，所述壳层材料通过入口进入分料块后，沿着分流道被均匀分流为两部分，分别流入直流道Ⅰ和直流道Ⅳ内，分流块内设有加热棒。加热棒实现对壳层材料的温度控制，保证壳层材料在分料块内的流动性。
所述第一套筒的外侧包裹有加热圈。通过设置加热圈，可以保证第一套筒内壳层材料的温度，保证壳层材料的流动性。
所述电极板与尖端之间的距离为70-150mm，优选80mm。
本发明的有益效果：该装置结构简单，使用方便，并且实现了核壳结构纤维或者中空纤维的批量生产。
附图说明
图1是本发明的剖视图。
图中：1壳层材料入口；2分流块；3加热棒；4第一套筒；401直流道Ⅰ；402环形流道Ⅰ；403直流道Ⅱ；5加热圈；6第二套筒；601直流道Ⅲ；602环形流道Ⅱ；7第三套筒；701环形流道Ⅲ；8芯轴；801直流道Ⅳ；9核壳结构纤维；10电极板；11接地电极；12核层材料入口；13高压静电发生器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明所述的一种批量制备核壳结构纤维的静电纺丝装置包括分流块2、喷头和电极板10，分流块2设置在喷头的上方，电极板10位于喷头的下方。喷头包括第一套筒4、第二套筒6、第三套筒7、芯轴8，第二套筒6设置在第一套筒4内，第二套筒6的上部与第一套筒4的上部固定连接，第二套筒6的中下部与第一套筒4的中下部之间设有环形流道Ⅰ402。第三套筒7设置在第二套筒6内，第三套筒7的上部与第二套筒6的上部固定连接，第三套筒7的中下部与第二套筒6的中下部之间设有环形流道Ⅱ602。芯轴8设置在第三套筒7内，芯轴8的上部与第三套筒7固定连接，芯轴8的中下部与第三套筒7的中下部之间设有环形流道Ⅲ701。
如图所示，第一套筒4内设有呈倾斜设置的直流道Ⅰ401和直流道Ⅱ403，芯轴8内设有竖直方向的直流道Ⅳ801。分流块2的底部与喷头的上表面接触，分流块2的顶部设有壳层材料入口1，分流块2内设有两个分流道，壳层材料入口1与两分流道连通，两分流道分别与直流道Ⅰ401和直流道Ⅳ801连通，壳层材料通过入口1进入分料块2后，沿着分流道被均匀分流为两部分，分别流入直流道Ⅰ401和直流道Ⅳ801内，分流块2内设有加热棒3，加热棒3实现对壳层材料的温度控制，保证壳层材料在分料块2内的流动性。直流道Ⅰ401的顶端与分流块内的分流道连通，直流道Ⅰ401的底端与环形流道Ⅰ402连通。直流道Ⅳ801的顶端与分流块内的分流道连通，直流道Ⅳ801的底端与环形流道Ⅲ701连通。第一套筒4的外侧包裹有加热圈5，通过设置加热圈5，可以保持喷头内熔体的温度，保证核层和壳层材料的流动性。
直流道Ⅱ403的顶端与核层材料入口12连通，第二套筒6内设有直流道Ⅲ601，直流道Ⅲ601的顶端与直流道Ⅱ403的底端连通，直流道Ⅲ601的底端与环形流道Ⅱ602连通，核层材料由入口12进入后，通过直流道Ⅱ403和直流道Ⅲ601进入环形流道Ⅱ602内。
第二套筒6和第三套筒7的底部均设有尖端，且第二套筒6和第三套通7的底端形状呈对称设置。因此，壳层材料分别沿着环形流道Ⅰ402和环形流道Ⅲ701流动至底部、核层材料沿着环形流道Ⅱ602流动底部时，在底部的尖端处汇集，由于环形流道Ⅱ602位于环形流道Ⅰ402和环形流道Ⅲ701之间，因此内、外层壳层材料对核层材料形成环形包覆。
第二套筒6和第三套筒7底部尖端的下方设有电极板10，电极板10与高压静电发生器13连接，电极板10与尖端之间的距离为70-150mm，优选80mm。打开高压静电发生器13后，尖端处的壳层材料和核层材料在高压静电场作用下感应带电，自组织形成均匀分布的多个泰勒锥，进而形成多射流，射流下落过程中冷却固化形成核壳结构超细纤维。
本发明中，壳层材料可以采用聚合物熔体或者溶液；核层材料可以是聚合物熔体或者溶液，也可以是油、水、气等流体。
本发明的工作过程如下所述：壳层材料以一定的流速进入分流块2，通过分流块2被均匀分成两部分，分别进入第一套筒4的直流道Ⅰ401和芯轴8的直流道Ⅳ801内，然后再分别沿着环形流道Ⅰ402和环形流道Ⅲ701形成周向均匀分布后，经尖端锥面分布成均匀薄膜后汇集，形成纤维的壳层部分，同时，核层材料以一定的配比流速通过核层材料入口12进入直流道Ⅱ403和直流道Ⅲ601，经过环形流道Ⅱ602到达尖端中心，并被内、外侧的壳层材料环形包覆，在高压静电场作用下，尖端流体感应带电，自组织形成间隔均匀的多射流，溶剂挥发或熔体冷却固化形成核壳结构超细纤维，进一步采取加热或溶解等方法去除核层材料，即可得到中空纤维。

Claims (4)

1.一种批量制备核壳结构纤维的静电纺丝装置，其特征在于：包括分流块(2)、喷头和电极板(10)，分流块(2)设置在喷头的上方，电极板(10)位于喷头的下方；
所述喷头包括第一套筒(4)、第二套筒(6)、第三套筒(7)、芯轴(8)，第二套筒(6)设置在第一套筒(4)内，第二套筒(6)的上部与第一套筒(4)的上部固定连接，第二套筒(6)的中下部与第一套筒(4)的中下部之间设有环形流道Ⅰ(402)，第三套筒(7)设置在第二套筒(6)内，第三套筒(7)的上部与第二套筒(6)的上部固定连接，第三套筒(7)的中下部与第二套筒(6)的中下部之间设有环形流道Ⅱ(602)，芯轴(8)设置在第三套筒(7)内，芯轴(8)的上部与第三套筒(7)固定连接，芯轴(8)的中下部与第三套筒(7)的中下部之间设有环形流道Ⅲ(701)；
所述第一套筒(4)内设有呈倾斜设置的直流道Ⅰ(401)和直流道Ⅱ(403)，芯轴(8)内设有竖直方向的直流道Ⅳ(801)，分流块(2)的底部与喷头的上表面接触，分流块(2)的顶部设有壳层材料入口(1)，分流块(2)内设有两个分流道，壳层材料入口(1)与两分流道连通，两分流道分别与直流道Ⅰ(401)和直流道Ⅱ(403)连通，直流道Ⅰ(401)的顶端与分流块内的分流道连通，直流道Ⅰ(401)的底端与环形流道Ⅰ(402)连通，直流道Ⅳ(801)的顶端与分流块内的分流道连通，直流道Ⅳ(801)的底端与环形流道Ⅲ(701)连通；
所述直流道Ⅱ(403)的顶端与核层材料入口(12)连通，第二套筒(6)内设有直流道Ⅲ(601)，直流道Ⅲ(601)的顶端与直流道Ⅱ(403)的底端连通，直流道Ⅲ(601)的底端与环形流道Ⅱ(602)连通；
所述第二套筒(6)和第三套筒(7)的底部均设有尖端，且第二套筒(6)和第三套通(7)的底端形状呈对称设置；
所述第二套筒(6)和第三套筒(7)底部尖端的下方设有电极板(10)，电极板(10)与高压静电发生器(13)连接。
2.根据权利要求1所述的一种批量制备核壳结构纤维的静电纺丝装置，其特征在于：所述壳层材料通过入口(1)进入分料块(2)后，沿着分流道被均匀分流为两部分，分别流入直流道Ⅰ(401)和直流道Ⅳ(801)内，分流块(2)内设有加热棒(3)。
3.根据权利要求1所述的一种批量制备核壳结构纤维的静电纺丝装置，其特征在于：所述第一套筒(4)的外侧包裹有加热圈(5)。
4.根据权利要求1所述的一种批量制备核壳结构纤维的静电纺丝装置，其特征在于：所述电极板(10)与尖端之间的距离为70-150mm。
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