[发明专利]一种基于微分矩形叶片的放射状电纺喷嘴

说明书

本发明涉及一种基于微分矩形叶片的放射状电纺喷嘴，属于纳米纤维制备技术领域，由圆柱管和顶部具有微分矩形叶片的放射状喷丝口构成。放射状喷丝口由沿圆周均匀分布的多个结构相同的放射状叶片组合而成，每个放射状叶片的顶部等间距排布多个微分矩形叶片，放射状喷丝口位于圆柱管的上部或下部，连接处内径相等且连接紧密、顺畅，可实现电纺流体的无障碍输运。本发明涉及的基于微分矩形叶片的放射状电纺喷嘴内径大，有利于避免堵塞问题，可对高浓度纺丝溶液进行电纺；放射状喷丝口有稳定液滴的作用，可产生多个纺丝射流，纺丝产量大；其管式结构可实现密闭可控供液，溶剂不易挥发；微分矩形叶片具有尖端能够产生更高场强，可降低能耗。

技术领域

本发明涉及一种电纺喷嘴，特别是一种基于微分矩形叶片的放射状电纺喷嘴，属于纳米纤维制备技术领域。

背景技术

静电纺丝是通过高压直流电源产生的电场力拉伸聚合物溶液或熔体来制备纳米纤维的方法，是目前制备纳米纤维的最有效技术之一。溶液静电纺丝装置可以采用单个金属毛细针管作为纺丝头实现纺丝，如专利200420020596.3、200410025622.6等所公开的技术。但是，由于传统单个金属毛细针管静电纺丝产率较低，无法满足工业化需求，成为制约其发展的瓶颈问题，因此，Theron等将多个金属毛细针管按照直线排列或矩形排列的方式组成多针头静电纺丝装置[S.A.THERON，A.L.YARIN，E.ZUSSMAN，E.KROLL.Multiple jetsin electrospinning：experiment and modeling.Polymer，2005，46(9)：2889-2899.]，国内及国际上也出现了很多类似专利，如200420107832.5、201510278266.7、WO2007035011等所公开的技术。多针头静电纺丝技术喷丝位置可控、喂液量可控、喷丝过程稳定，在产量上相比于单针头静电纺丝有了大幅提高，但是由于各针头之间存在库仑斥力，造成中间场强小、两端场强大并且两侧针头的纺丝射流向外侧偏移的End effect(边缘效应)现象，导致纤维网从中间到两边厚度不匀等问题，另外，传统金属毛细针管内径小，针头易堵塞，且不方便清洗，这从根本上阻碍了多针头静电纺丝工业化的进程。

随后，研究人员提出了大量无针头静电纺丝的技术与设备，比如：WO2005024101公开的第一代“纳米蜘蛛”、Lin Tong等人的螺旋线圈静电纺丝装置[WANG X,NIU H,WANG X,LIN T.Needleless electrospinning of uniform nanofibers using spiral coilspinnerets[J].Journal of Nanomaterials,2012,2012(10):3-9.]、何吉欢等人的气泡静电纺丝技术[HE J H，LIU Y，XU L，et al.Biomimic fabrication of electrospunnanofibers with high-throughput[J].Chaos，Solitons and Fractals，2008，37：643-651.]等。与多针头静电纺丝技术相比，上述无针头静电纺丝技术具有无堵塞、易清理且生产效率大幅提高等优势。但是，该类无针头静电纺丝方法仍存在众多共性问题：纺丝发射极大多为无尖端型面，且加压面积大，要激发泰勒锥需要更高的电压，从而导致能耗高；其次，由于是液体表面自由重组形成喷射流，所以泰勒锥产生的位置和状态不可控，所得纤维粗细不匀、产品质量难以控制；另外，无针头静电纺丝的发射极大都浸没在开放式的纺丝液容器中(第二代纳米蜘蛛除外，但其供液器的橫动影响正常纺丝)，溶剂易挥发，溶液浓度发生改变，从而导致纺丝质量不稳定。针对无针头静电纺丝能耗高的问题，有研究人员提出了基于实心针[ZL201220297190.4]、尖端式[ZL201310186515.0]、锯齿式[ZL201210347514.5]等静电纺丝技术，此类纺丝头具有尖端，纺丝临界电压以及生产能耗得到大幅度降低，但是仍然存在开放式供液造成的纤维质量难以控制的问题。

发明内容