CN110079877B - 四组分电纺多级复合同轴纺丝头装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种四种电纺多级复合同轴的纺丝头装置，具有四种多级复合同轴微流体控制的纺丝头，多级复合同轴微流体控制的纺丝头包括绝缘聚合物管、两根芯液导引金属毛细管、鞘液注射针，两根芯液导引金属毛细管的前端采用轴对称的方式置于绝缘聚合物管内，后端与绝缘聚合物管采用可拆卸式连接，所述鞘液注射针的一端与绝缘聚合物管相连，所述绝缘聚合物管内部设有两种组分纳米材料的并列结构。该装置提供了四种多级且复合同轴微流体控制喷头，可用于具有复杂结构电纺丝的制备；喷头在纺后易清洗；纺丝头在电纺过程中可起到节能的作用；操作简单，单步可行，节能高效。

Description

四组分电纺多级复合同轴纺丝头装置
技术领域
本发明涉及一种高压静电纺丝装置，尤其是一种多级复合同轴纺丝头装置。
背景技术
高压静电纺丝技术(简称电纺)是一种自上而下(top-down)的纳米制造技术，通过外加电场力克服喷头尖端液滴的液体表面张力和粘弹力而形成射流，在静电斥力、库仑力和表面张力共同作用下，被雾化后的液体射流被高频弯曲、拉延、***，在几十毫秒内被牵伸千万倍，经溶剂挥发或熔体冷却在接收端得到纳米级纤维。该技术工艺过程简单，可控，尤其可通过控制纺丝头的结构来制备功能各异的纳米纤维。
在通过纺丝头的设计制备具有微观结构的纳米纤维方面，人们广泛研究的纳米纤维结构是同轴结构，对于两种组分来说多为二级同轴，对于并列结构和更为复杂结构的研究少之又少。然而，纳米材料最大的特点是它的表面积极大，与外界环境接触多，在许多实际应用方面也正是利用它的表面积大这一特点。对于两种组分的纳米材料在实际应用中，并列结构(乔纳斯结构)两种组分都与环境接触，因此比同轴结构更具优势。对于多组分纳米材料，往往比单组分纳米材料功能更多，应用前景更广。
传统的同轴纺丝头为两根金属毛细管以同轴方式焊合而成，其清洗困难，且在进行电纺的过程中大部分能量通过空气散失，从而造成了极大的浪费，而传统的并列结构多为两根金属毛细管并列而成，一方面很难得到结构完整的并列纳米纤维，另一方面也存在上述相同的缺点，针对这一现象需要提出一种四组分多级复合同轴的纺丝头装置，很好的解决这些问题。
发明内容
本发明是要提供一种四组分多级复合同轴的纺丝头装置，该装置提供了四组分多级且复合同轴微流体控制喷头，可用于具有复杂结构电纺丝的制备；喷头在纺后易清洗；纺丝头在电纺过程中可起到节能的作用；操作简单，单步可行，节能高效。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种四组分电纺多级复合同轴的纺丝头装置，具有四组分多级复合同轴微流体控制的纺丝头，所述四组分多级复合同轴微流体控制的纺丝头包括绝缘聚合物管、两根芯液导引金属毛细管、鞘液注射针，两根芯液导引金属毛细管的前端采用轴对称的方式置于绝缘聚合物管内，后端与绝缘聚合物管采用可拆卸式连接，所述鞘液注射针的一端与绝缘聚合物管相连，所述绝缘聚合物管内部设有两种组分纳米材料的并列结构。
所述并列结构为绝缘聚合物管内部采用曲面绝缘聚合物隔开而形成的并列结构，其中，两根芯液金属毛细管分别置于绝缘聚合物管隔开的并列结构中，两根芯液金属毛细管一端露出绝缘聚合物管外1mm，另一端伸出绝缘聚合物管侧壁，并通过环氧树脂与绝缘聚合物管可拆卸连接。
所述并列结构为绝缘聚合物管内部采用曲面金属物隔开而形成的并列结构，其中，两根芯液金属毛细管分别置于绝缘聚合物管隔开的并列结构中，两根芯液金属毛细管一端露出绝缘聚合物管外1mm，另一端伸出绝缘聚合物管侧壁，并通过环氧树脂与绝缘聚合物管可拆卸连接。
所述并列结构为***的绝缘聚合物管内紧贴内壁加设一小直径的L形绝缘聚合物管而形成并列结构，所述L形绝缘聚合物管内同轴放置一个直形芯液金属毛细管，并用环氧树脂与L形绝缘聚合物管连接，所述***的绝缘聚合物管内放置一L形芯液金属毛细管，并用环氧树脂与***的绝缘聚合物管连接。
所述并列结构为***的绝缘聚合物管内紧贴内壁加设一小直径的L形金属毛细管而形成并列结构，所述L形金属毛细管内同轴放置一个直形芯液金属毛细管，并用环氧树脂与L形金属毛细管连接，所述***的绝缘聚合物管内放置一L形芯液金属毛细管，并用环氧树脂与***的绝缘聚合物管连接。
本发明的有益效果是：
本发明的四组分多级复合同轴的纺丝头装置，具有如下特点：
1、该装置均为四组分的纺丝头装置，采用了两侧并列，且在并列结构中复合了同轴装置，可制备出具有复杂结构的纳米纤维。
2、该装置使用了绝缘聚合物管，可有效的减少在电纺过程中电能的散失，从而可以极大的节约了能源。
3、该装置采用了可拆卸连接，结构简单，易于在电纺结束后进行清洗，可提高电纺的效率。
4、使用该装置制备纳米纤维单步可行，操作简单，结构可靠。
附图说明
图1为本发明的四组分电纺多级复合同轴纺丝头装置实施例一结构示意图；
图2为图1中沿A-A的剖视图；
图3为本发明的四组分电纺多级复合同轴纺丝头装置实施例二结构示意图；
图4为图3中沿A-A的剖视图.
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，本发明提供的四组分电纺多级复合同轴的纺丝头装置，具有四组分多级复合同轴微流体控制的纺丝头。多级复合同轴微流体控制的纺丝头主要包括绝缘聚合物管、两根L型芯液导引金属毛细管2(第一芯液导引金属毛细管，第二芯液导引金属毛细管)、鞘液注射针3。L型芯液导引金属毛细管2的前端采用轴对称的方式置于绝缘聚合物管1内，绝缘聚合物管1的后端与L型芯液金属毛细管2采用可拆卸式连接，鞘液注射针3的一端与绝缘聚合物管1相连，绝缘聚合物管1内部设有两种组分纳米材料的并列结构，根据两种组分纳米材料的并列结构的不同及使用材料的差异可分为四组分。
结构一：绝缘聚合物管1内部采用曲面绝缘聚合物4隔开，形成并列结构，两根L形芯液金属毛细管2分别置于绝缘聚合物管1的两并列结构中，并露出绝缘聚合物管1外1mm，另一端伸出绝缘聚合物管1并通过环氧树脂5可拆卸连接，伸出部分可与高压发生器相连，端口与注射器凹口通过环氧树脂可拆卸式相连，鞘液注射针3一端与绝缘聚合物管1相连，另一端与连接管相连，如图1，2所示。
结构二：在结构一的基础上改变绝缘聚合物管1的并列结构所使用的材料，即将曲面绝缘聚合物4改为金属曲面，即变成了导体。
小结：通过对上述两种结构的比较分析，可得出上述两种结构均可实现前述优点，但又有所不同。具体体现在结构一采用的曲面绝缘聚合物所形成的的并列结构的两侧可设置不同的电压进行纺丝，可制备出结构更加复杂的纳米纤维。
结构三：此结构在结构一的基础上进行改进，在***的绝缘聚合物管1内紧贴内壁加一直径较小L形绝缘聚合物管6，形成并列结构，并用环氧树脂5可拆卸连接，在此L形绝缘聚合物管6内同轴放置一个芯液金属毛细管7，用环氧树脂5连接，在***的绝缘聚合物管1内放置一L形芯液金属毛细管2，并用环氧树脂5连接，用注射针连接到***的绝缘聚合物管1内，另一端与硅胶管相连，如图3，4所示。
结构四：在结构三的基础上将直径小的L形绝缘聚合物管6换成金属毛细管，即中间的并列结构变为了导体，实际上可直接将小的绝缘聚合物管和其内部同轴放置的芯液金属毛细管换成普通的具有同轴结构的纺丝头。
总结：从前述小节中可看出并列结构若是绝缘体则可在此结构两侧加不同的电压，或可纺出结构更加复杂，功能更多的纳米纤维。此外，对比结构一，二和结构三，四，前两种装置结构较为复杂，但对称性比后两种装置高，纺出的纳米纤维或比使用两种装置更加均匀。
实施方式：具体使用结构一的过程中可将配置的第一纺丝液加入到第一轴流注射泵并与第一芯液导引金属毛细管相连，第二纺丝液加入到第二轴流注射泵并与第二芯液导引金属毛细管相连，第三纺丝液加入到第三轴流注射泵并与绝缘聚合物左侧相连，第四纺丝液加入第四轴流注射泵并与绝缘聚合物右侧相连，高压发生器通过导线与芯液金属毛细管相连，在纺丝头下部15cm出可用铝箔接收器获得所制备的纳米纤维，但这并不限制本发明。
以上所述仅是本发明的具体实例，采用上述四组分装置进行制备纳米纤维均为本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种四组分电纺多级复合同轴的纺丝头装置，具有四组分多级复合同轴微流体控制的纺丝头，其特征在于：所述四组分多级复合同轴微流体控制的纺丝头包括绝缘聚合物管、两根芯液导引金属毛细管、鞘液注射针，两根芯液导引金属毛细管的前端采用轴对称的方式置于绝缘聚合物管内，后端与绝缘聚合物管采用可拆卸式连接，所述鞘液注射针的一端与绝缘聚合物管相连，所述绝缘聚合物管内部设有两种组分纳米材料的并列结构。
2.根据权利要求1所述的四组分电纺多级复合同轴的纺丝头装置，其特征在于：所述并列结构为绝缘聚合物管内部采用曲面绝缘聚合物隔开而形成的并列结构，其中，两根芯液金属毛细管分别置于绝缘聚合物管隔开的并列结构中，两根芯液金属毛细管一端露出绝缘聚合物管外1mm，另一端伸出绝缘聚合物管侧壁，并通过环氧树脂与绝缘聚合物管可拆卸连接。
3.根据权利要求1所述的四组分电纺多级复合同轴的纺丝头装置，其特征在于：所述并列结构为绝缘聚合物管内部采用曲面金属物隔开而形成的并列结构，其中，两根芯液金属毛细管分别置于绝缘聚合物管隔开的并列结构中，两根芯液金属毛细管一端露出绝缘聚合物管外1mm，另一端伸出绝缘聚合物管侧壁，并通过环氧树脂与绝缘聚合物管可拆卸连接。
4.根据权利要求1所述的四组分电纺多级复合同轴的纺丝头装置，其特征在于：所述并列结构为***的绝缘聚合物管内紧贴内壁加设一小直径的L形绝缘聚合物管而形成并列结构，所述L形绝缘聚合物管内同轴放置一个直形芯液金属毛细管，并用环氧树脂与L形绝缘聚合物管连接，所述***的绝缘聚合物管内放置一L形芯液金属毛细管，并用环氧树脂与***的绝缘聚合物管连接。
5.根据权利要求1所述的四组分电纺多级复合同轴的纺丝头装置，其特征在于：所述并列结构为***的绝缘聚合物管内紧贴内壁加设一小直径的L形金属毛细管而形成并列结构，所述L形金属毛细管内同轴放置一个直形芯液金属毛细管，并用环氧树脂与L形金属毛细管连接，所述***的绝缘聚合物管内放置一L形芯液金属毛细管，并用环氧树脂与***的绝缘聚合物管连接。
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