[发明专利]一种装卸式可调长梭型溶液喷射纺丝喷嘴及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳米纺丝技术领域，尤其涉及一种微纳米纤维的溶液喷射纺丝模头。

背景技术

亚微米至纳米级的超细纤维具有尺寸小、比表面积高、纤维膜孔径小、孔隙率高等特性，其制成的材料，可广泛应用于医用材料、精细过滤材料、吸油材料、保暖材料、电池隔板以及空气净化等各个领域。由于微纳米纤维制成的材料具有良好而广阔的应用前景，其制备技术成为国内外的研究热点。

目前，大多数微纳米纤维是通过静电纺丝及熔喷纺丝等技术制备的。早在1934年，美国发明专利（US1975504）指出电场力进行纺丝，其核心是在电场力的高速拉伸作用下进行。静电纺丝工艺工程中大多采用单针头或多针头设备，通常每一个针头产生一个泰勒锥，喷射一股射流，导致微纳米纤维产量低，从而成为制约静电纺丝的瓶颈。虽然美国专利（US6616435B2, US6713011B2）设计了多喷头连续静电纺丝装置，其喷嘴的排列型式有单排直线式，也有多排矩阵式。但是在多喷头静电纺丝系统中，周边喷头喷射出的射流因受到相邻喷头带有同种电荷射流的静电排斥，导致周边喷头喷出的纳米纤维飞散，使电场纺丝过程变得难以控制。

熔喷法是目前已商业化制备微纳米纤维技术方法，其相关技术文献主要包括美国专利（US3959421，US5075068），该方法是将聚合物熔体经喷丝板挤出后，经两股高速高温的热空气进行牵伸而细化成超细纤维。在该纺丝过程中需要熔融的聚合物流体，对其流动性能要求较高，而所需的高速高温的热空气，其耗能较大，且纺出的纤维直径在1μm以上。基于静电纺丝和熔喷技术，聚合物溶液喷射纺丝（液喷）新技术逐渐发展起来。液喷纺丝工艺是将聚合物溶解在一种溶剂中制成纺丝溶液，再经挤出装置输送到喷丝板，使纺丝溶液从喷丝板的喷丝孔中挤出，形成喷丝溶液细流；然后再有高速喷射气流拉伸细化，使纺丝溶液中的溶剂挥发，从而形成微纳米纤维。中国专利ZL201110041792.3指出该方法是利用多股收敛的高速气流对成纤聚合物溶液射流进行超细拉伸并使之脱溶剂化生成纳米纤维。中国专利ZL201410150476.3采用多级气流腔进行气流分配，以期获得规模化生产的液喷纺丝模头。该模头设计复杂，模头固定，工艺参数调节困难，同时由于该模头为每个溶液挤出细流提供单独的环形牵伸气流，气流与喷丝孔平行排列，如果气流之间发生了干扰，难以改进参数工艺或调节各个气流喷嘴，从而造成纺丝不均匀或并丝现象。液喷喷嘴的研究文献较少，已有的文献报道主要《Solution blow spinning: A new method to produce micro- and nanofibers from polymer solutions》（Medeiros E S, Glenn G M, Klamczynski A P, et al， Journal of Applied Polymer Science[J]. 2009, 113(4): 2322-2330.）和《Nanofibers from Scalable Gas Jet Process》（Benavides R E, Jana S C, Reneker D H，ACS Macro Letters[J]，2012, 1(8): 1032-1036.）等有所涉及。这些已有的文献研究表明液喷纺丝中气流场与针头探出距离和喷嘴形状密切相关，但报道的溶液喷丝喷嘴主要是环形喷嘴、圆盘形喷嘴等，普遍采用固定式喷嘴，其喷嘴结构参数不易调节。不利于改善纤维牵伸的气流场及相关的纺丝工艺参数，弱化了纤维拉伸细化所受到的牵伸力，最终影响纤维的制备。

发明内容

一种基于以上技术的不足，本发明专利提出了一种装卸式可调长梭型溶液喷射纺丝喷嘴，该装置不仅可以调节液喷纺丝中气流场的变化和相关工艺参数，而且能方便装卸，利于改善纤维所处的牵伸气流场，从而可方便获取微纳米纤维。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种装卸式可调长梭型液喷喷嘴，包括气流入口支管A、气流入口支管B、橡胶塞套、针头、长梭型气流管道和喷嘴出口调节装置，其特征在于，所述橡胶塞套同轴固定在长梭型气流管道的入口端上，所述的气流入口支管A和气流入口支管B均与长梭型气流管道相贯通，且分布在橡胶塞套两侧，所述的气流入口支管A和气流入口支管B的长径比可根据针头的长径比改变，所述针头插入橡胶塞套，橡胶塞套可插入不同直径的针头并可调节针头在出口处的位置，所述的长梭型气流管道出口端设置喷嘴出口调节装置。