[发明专利]气流辅助内锥面分流式静电纺丝喷嘴

说明书

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝装置，属于静电纺丝领域。 

背景技术

静电纺丝过程就是在喷头和接收装置间施加高压静电场，使带电或被极化的流体在电场力的作用下克服表面张力和粘滞阻力，形成射流，在接收板上获得超细纤维的过程。

随着纳米技术的升温，利用静电纺丝制备纳米纤维成为当今实验研究和工业化应用的热点之一。目前关于静电纺丝的研究大多集中在溶液静电纺丝方面，在产业化方面也形成了多个单针头的集成和无喷头溶液静电纺丝两种路线，目前国内外都正在产业化试水，但是单个针头存在喷头易堵塞以及纺丝纤维均一性差的缺陷，后者捷克无喷头工业化纺丝设备的产量仍然有限。溶液静电纺丝虽然可以纺出小至几十纳米的纤维，但溶剂的使用使它出现了一系列的问题，如溶剂的回收问题、应用于生物医药领域的安全问题、聚合物和溶剂的搭配问题、溶剂蒸发引起纤维表面缺陷、使用溶剂的昂贵成本和产量低等问题。而熔体静电纺丝由于对加热装置、静电隔离装置、熔体均分装置的要求相对较高，纺制的纤维相对较粗，因而对于它的研究相对较少，但与溶液静电纺丝法相比，熔体静电纺丝是一种比溶液静电纺丝更加经济、环保、高效、安全的制备超细纤维的方法，因而熔体静电纺丝更有希望使静电纺丝技术走向本质安全的工业化道路。

目前关于熔体静电纺丝要解决的关键问题就是使微米级的纤维直径进一步减小至百纳米级（亚微米级），并且进一步提高其生产效率使其工业化。

日本的Naoki SHIMADA等人通过定制的线激光光源将薄膜加热到极低粘度，制备出一排纤维，在原有点光源基础上提高了纤维的产量，但是其高成本和相对的低产量仍然难以用于批量化生产。

捷克的利贝雷茨科技大学利用狭缝式设备，实现了无喷头多根纤维的制备，但是其稳定性仍需要继续探索，并且单排纤维的产量很低。

美国专利US6616435中提到了实现静电纺丝法工业化生产非织造超细纤维的装置。但是，在该专利中还存在一些不足。该专利中描述的主要是溶液静电纺丝法，对熔体静电纺丝法只是粗略提及，并没有给出熔体静电纺丝法生产非织造材料的具体方案和装置。

美国专利US20090121379A1提出了电辅助熔喷和热风辅助的电纺丝提出将热空气的高速拉伸和电场力的不稳定细化作用结合起来，通过热风吹拉的作用提高了单根丝的射流速度，再附加电场力的作用，使得纤维细度达到了200nm左右，但是该专利中使用的喷头仍然是单喷头，对单股射流的改进，而且实施例只针对了溶液纺丝，熔体纺丝只提出了方法，对于工业化应用仍有其局限性。

中国发明专利CN201010556163.X中提到了伞形喷头，利用锥形结构很好地将单股流均匀的分散成多股流，解决了批量化难题，但是熔体射流的平均速度仍然小于2m/s，远远小于熔喷纤维每秒上百米的射流平均速度，限制了熔体静电纺丝的产量。

发明内容

本发明提出了气流辅助内锥面分流式静电纺丝喷嘴，通过此喷嘴内锥面的分流可以实现单个喷嘴产生多根纤维的功能，减少了单喷针加工难度，实现了喷嘴温度的精确稳定控制；同时中心发散式气流喷射的辅助作用，实现了对内锥面上纺丝介质的剪薄、在射流路径上对射流的加速拉伸以及对射流路径温度的间接控制，有效实现了纤维的细化，提高了单个喷嘴静电纺丝的效率。