[发明专利]一种内外双环气流辅助静电纺丝喷头装置

说明书

技术领域

本发明属于静电纺丝领域的静电纺丝喷头装置，特别涉及一种内外双环气流辅助静电纺丝喷头装置。

背景技术

静电纺丝技术最早在1930年美国专利US1975504中被提出，是一种利用静电场力制备纳米纤维的纺丝技术，在1993年被正式定义为静电纺丝技术；其工作原理是：将聚合物溶液或熔体通过针头或者喷头挤出并置于高压静电场中，在电场力的拉伸作用下形成泰勒锥，进而产生射流，细流在达到接收装置前产生高度拉伸，溶液中的溶剂蒸发或熔体固化，最后在接收装置上形成超细纤维。由于静电纺丝法具有许多其它纤维制备方法所不具备的独特的优势，近年来与静电纺丝产业化设备的开发和应用吸引了大批的专业人士。

提及产业化，首先就是要提高生产效率，而传统的静电纺丝方法制备纳米纤维的效率不理想，为提高静电纺丝的效率，多喷头静电纺丝装置被发明，如Tomaszewski【1】分别采用直线、椭圆和圆形分布的喷头进行纺丝实验；Theron【2】则试验了单针、七针和9针方型排布的方式。在多针头的方式下，当每个针的输液量大小分布不均导致某些针头的输液量大于纺丝所需的量时，喷头末端的纺丝料液会形成液滴滴下，为了保证纺丝料液以恒定的压力或流量输送到每个喷头上，电子化控制的多泵多喷头静电纺丝机被研制【3】，但设备的可操作性差，成本高。故此，多喷头的方式对喷涂效率有一定的提高，但无法避免喷头间的静电排斥干扰和堵针的问题。近年来，又出现了辊式无针头或者是其它的旋转式静电纺丝方式，但此类设备在电极旋转的过程中敞开式的料液槽导致溶剂的快速挥发，从而纺丝过程中料液的粘度变化对纺丝状态的稳定性和纳米纤维的质量造成了不良影响，或者是由于非连续性的供液方式导致生产被迫中断，不利于产业化的应用。

针对这一问题，本发明提出一种内外双环气流辅助纺丝喷头装置，该装置是由可拆卸的四大组件构成的纺丝喷头，结构简单，可控性强，纺丝的过程中供料系统是密封的，可避免纺丝过程中料液中的溶剂挥发问题，在内外高速环切气流的辅助下使得纤维得到了充分拉伸的同时，提高了纤维中溶剂的挥发速度，可制备出更细的纳米纤维，纺丝效率高，适用于纳米纤维的规模化的连续生产。

发明内容

本发明目的是提出一种内外双环气流辅助静电纺丝喷头装置，通过内、外双环形气流辅助的牵伸作用促使中间环形料液出口的料液在高压静电场中纺丝成纳米纤维，相比单针纺丝的形式，不仅解决了毛细管易堵塞的问题，同时纤维直径及纤维产率上均有很大的提高。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供的内外双环气流纺丝喷头装置，其由喷头主体和正电极15组成；所述喷头主体由4个相互嵌套且可拆卸的由内而外的第一组件、第二组件、第三组件和第四组件组成；

所述第一组件为一上部带有外螺纹的圆柱形螺杆结构，第一组件的中上部设有一横向通孔，上部设有一与所述横向通孔相通的垂向中心孔1；

所述第二组件为一带等直径中心孔和上部外螺纹的圆柱形螺杆结构，等直径中心孔上部带有上部内螺纹，所述第二组件的上部内螺纹与所述第一组件的上部外螺纹相连接，二者之间形成内环气体流道4；所述第二组件的上部圆柱面上对称地设有第一垂向孔和第二垂向孔，所述第一垂向孔内装有正电极15；

所述第三组件为一带中心孔的圆柱形螺杆结构，所述中心孔依次由带内螺纹的上段内螺纹段、等直径中段、变直经下段及等直径最下段组成，所述等直径中段的直径大于等直径最下段的直径；所述第三组件外周依次由带外螺纹的上段外螺纹段、等直径中段、变直径下段及等直径最下段组成；所述第三组件的带内螺纹上段内螺纹段与所述第二组件的上部内螺纹连接，二者之间形成中环料液流道5；所述中环料液流道5的上部流道内装有呈水平态的带有等间距导流孔14的上导流板12与下导流板13，二导流板之间间距不小于1cm，上导流板上的导流孔与下导流板上的导流孔错位分布；所述第三组件的中心孔的最下段与所述第二组件之间的间隙为0.05-2mm；中环料液流道5的下端口为料液出口8，所述第二组件的第二垂向孔为料液入口2；

所述第四组件为一带中心孔的螺帽结构，所述第四组件上段为带内螺纹的上段内螺纹段，所述第四组件的上段内螺纹段与所述第三组件的上部外螺纹相连接，二者之间形成外环气体流道6；所述外环气体流道6依次由等直径上部流道、变直径中部流道和等直径下部流道组成；所述等直径上部流道侧壁上设有与所述外环气体流道6相通的外环进气口3，所述等直径下部流道端部为外环出气口9；

所述正电极15伸入中环料液流道5与料液接触。