[发明专利]一种自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头

说明书

本发明公开了一种自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头；包括第一进液腔、第二进液腔、第一纺丝腔、第二纺丝腔、第三纺丝腔、连通通道、电机和衔接柱；第一叠片和第二叠片间隔设置形成第一纺丝腔；第二叠片和第三叠片间隔设置形成第二纺丝腔；第三叠片和第四叠片间隔设置形成第三纺丝腔；第一纺丝腔和第三纺丝腔设置在第二纺丝腔的上下两侧，连通通道固定在第二叠片和第三叠片上；第一叠片和第二叠片通过衔接柱与第三叠片和第四叠片连接。本发明克服了普通同轴针头静电纺丝工艺影响因素复杂、装置清洗困难、易造成喷孔堵塞等问题，提高了纺丝效率和纺丝的稳定性，有效实现具有皮芯结构的复合纤维材料的大批量制备。

技术领域

本发明涉及皮芯结构纳米纤维材料的制备领域，具体涉及一种自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头装置。

背景技术

近年来，纳米纤维随着纳米技术的发展已取得了很大的进展。通常制备纳米纤维材料的方法有相分离法、自组装法、模板合成法、双组分挤出和静电纺丝技术等。其中，静电纺丝技术是目前唯一能够直接、连续制备聚合物微、纳米纤维的方法，同时由于所制备纳米纤维的尺寸容易控制，可简便实现多级结构超细纤维的制备。此外，也可通过与高分子复合纺丝，制备出复合纳米纤维。目前为止静电纺丝已成功制备出超过100种的聚合物的纳米纤维。

在静电纺丝不断的发展中，研究者的研究焦点大致集中在理论研究、过程控制因素研究、加工方法的研究、聚合物-溶剂体系的研究以及静电纺纤维的应用等几个方面。在静电纺丝成型方法的研究中，通过选择不同的聚合物溶液体系、喷丝和收集装置以及纺丝条件，可得到不同结构形态的静电纺丝纤维。其中，对于喷丝头装置的研究越来越多。静电纺喷丝头通过在纺丝过程中产生微细小液滴，提供射流激发位点，从而实现静电纺丝过程的发生。根据喷丝头的不同，静电纺丝可分为单喷头静电纺丝、复合喷头静电纺丝、多喷头静电纺丝、自由表面静电纺丝、离心静电纺丝等。

自由表面静电纺丝与传统针头式静电纺丝比较，其射流是在没有借助其他工具(如针头等)的情况下，由液体表面自发形成，具有设备简单，成本低，清洗方便，可避免多针头的复杂结构及堵塞问题，同时减少工艺参数的影响等优势，可实现更稳定的大量纺丝。离心纺丝法是聚合物熔体或溶液借助高速旋转的装置在所产生的离心力和剪切力的作用下由细孔或狭缝甩出而成纤的方法。离心静电纺丝是将离心纺丝与静电纺丝相结合的一种纺丝形式，它大大提高了静电纺丝装置的工作效率，并可有效避免传统喷头纺丝时喷孔的堵塞问题。但是现有的自由表面静电纺丝装置和离心静电纺丝装置由于结构的单一设计均得到的是单组分纤维，难以得到含两种以上的复合截面结构的纤维，从而限制了其功能复合型纤维材料的应用。

同轴静电纺丝作为一种制备复合型纤维的常用纺丝方法，由Sun等（Sun Z,Zussman E, Yarin A L, et al. Compound core–shellpolymer nanofibers by co‐electrospinning[J].Advanced Materials, 2003, 15(22): 1929-1932.）在2003年首次提出，随后得到广泛的研究与应用，它与传统静电纺丝最大的区别是针头的设计，普通的同轴静电纺丝的针头是采用复合针头。两个同轴的毛细管通过改进相互嵌套组成的复合针头，为了保证壳层溶液流动顺畅，在内外层的两个毛细管之间会留有一定的空隙，采用不同的储存溶液装置储存芯层和皮层聚合物溶液，在推进器的共同推动下，核壳两层的液体在针头尖端处汇合并形成复合液滴，在高压静电场的作用拉伸下制备出包含两个组分及以上的具有皮芯结构的复合纤维，但由于同轴推进装置的搭建与控制较为麻烦，内外层溶液流速较难控制，存在一定的操作难度，并且同轴纺丝针头在清洗方面比较困难，生产效率低，均增大了同轴静电纺丝进一步发展的难度。

发明内容

本发明的目的是为了改善现有同轴静电纺丝中工艺影响因素复杂、装置清洗困难、易造成喷孔堵塞等问题，提供一种清洗方便，生产效率高，具有更稳定纺丝工艺的自由表面同轴离心静电纺丝喷丝头，利用装置中不同通道中纺丝液的表面张力作用，形成具有皮芯结构的复合纳米纤维。

本发明目的通过如下技术方案实现：