一种高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种同轴静电纺丝装置，尤其是涉及高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置，属于静电纺丝的技术领域。本实用新型专利技术一种高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置，包括合式喷丝头、供液装置、储液腔，接收板以及高压静电发生装置，所述供液装置包括核层供液装置和壳层供液装置；所述的储液腔包括核层储液腔和壳层储液腔，所述核层储液腔置于壳层储液腔内部；所述核层供液装置通过管道于核层储液腔连接，所述壳层供液装置通过管道于壳层储液腔连接，所述合式喷丝头包括针管，所述针管位于核层储液腔上方，所述壳层储液腔上设有狭槽，所述针管内均设有金属丝，所述狭槽上方设有接收板，所述接收板接地，所述高压静电发生装置与金属丝连接。

【技术实现步骤摘要】
一种高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置
本技术涉及一种同轴静电纺丝装置，尤其是涉及高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置，属于静电纺丝的

技术介绍
通过静电纺丝技术制备的纳米纤维材料由于其具有超高的比表面积、高孔隙率和优异的机械性能等特性，目前已经在生物医学、过滤、催化、能源等众多领域显示出非常重要的应用价值。同轴结构纳米纤维与传统的单一结构纳米纤维相比在可控药物缓释、组织工程、纳米传感器、催化等众多领域具有更大的性能优势，其商用价值和市场潜力巨大，受到了学术界和工业界的广泛关注。传统的嵌套式同轴静电纺丝技术是由同轴配置的两个毛细管相互嵌套而成。在同轴静电纺丝时，将壳层和核层纺丝溶液分别由两个不同的注射泵进行供液，在高压静电场作用下，能够制备具有功能化的核壳结构纳米纤维。然而采用该技术时制备核壳结构纳米纤维的产量较低，无法实现核壳结构纳米纤维的批量化生产，阻碍了核壳结构纳米纤维材料的商业化应用。目前对于同轴静电纺丝批量化制备核壳结构纳米纤维的研究已经取得了一定的突破，但仍存在着一定的问题。如覃小红等（专利号：ZL201310586614.8）利用一种阶梯状无针式喷丝头实现了核壳结构纳米纤维的批量制备，然而其纺丝液面为完全敞开式，存在静电纺丝过程中纺丝液面溶剂易挥发等问题；吴会会等（专利号：ZL201410037884.8）采用一种朝上纺丝的平板自由液面同轴静电纺丝方法，通过芯针数目的增加及芯液的变换可批量化制备结构更加均匀的多功能复合纤维，然而其芯针数量的增加会产生电场干扰的问题，且同样存在纺丝过程中纺丝液面溶剂易挥发的问题。
技术实现思路
本技术的目的在于解决现有同轴静电纺丝技术制备同轴结构纳米纤维效率低下的问题，提供一种高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置，通过该装置中的组合式喷丝头同时形成大量同轴结构射流，可以大幅提高静电纺丝技术制备同轴结构纳米纤维的效率。为达到上述目的，本技术是通过以下技术方案实现的：一种高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置，包括合式喷丝头、供液装置、储液腔，接收板以及高压静电发生装置，所述供液装置包括核层供液装置和壳层供液装置；所述的储液腔包括核层储液腔和壳层储液腔，所述核层储液腔置于壳层储液腔内部；所述核层供液装置通过管道于核层储液腔连接，所述壳层供液装置通过管道于壳层储液腔连接，所述合式喷丝头包括针管，所述针管位于核层储液腔上方，所述壳层储液腔上设有狭槽，所述针管内均设有金属丝，所述狭槽上方设有接收板，所述接收板接地，所述高压静电发生装置与金属丝连接。所述狭槽的轴向形状为直线状或曲线状，所述狭槽的宽度为2-10mm。所述针管等间距等高均匀分布，所述针管顶端高于狭槽顶端2-4mm，所述针管直径为1-5mm，所述相邻针管的中心间距为4-20mm。所述金属丝顶端位置高于针管顶端2mm-5mm，所述金属丝直径为0.1mm-2mm。所述核层供液装置与核层储液腔相通，且核层储液腔与针管相连通。所述金属丝为铜质金属丝；所述的针管、核层储液腔、壳层储液腔均为绝缘材料；所述接收板为金属材料。所述核层供液装置和核层储液腔内的溶液采用质量分数为14％的聚丙烯腈溶液，所述壳层供液装置和壳层储液腔内的溶液采用质量分数为12％的聚氨酯溶液。所述聚丙烯腈溶液的质量分数为14%，所述聚氨酯溶液溶液的质量分数为12%。本技术高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置具有如下有益效果：与现有技术相比，本技术通过狭槽式自由液面与针管式结合，由针管内的实心金属丝产生高压静电场，绝缘材质的针管使金属丝之间的电场干扰程度大幅降低。针管内核层纺丝溶液在电场力作用下向上突起形成Taylor锥后产生射流，然后当狭槽内壳层纺丝溶液液面高于针管顶端后，针管内核层纺丝溶液带动壳层纺丝溶液一起突起形成同轴结构Taylor锥，最后形成同轴结构射流，避免了传统嵌套式针头制备同轴结构纳米纤维效率低下的缺陷，并且避免了大多数无针式同轴静电纺丝技术中纺丝溶液易挥发的缺点，该装置操作简便，可控性强，生产效率高，可实现同轴结构纳米纤维的批量化生产。本技术将无针技术与有针技术结合实现同轴结构纳米纤维的高效制备。附图说明图1为本技术一种高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置的结构示意图；图2为本技术一种高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置中壳层供液装置及壳层储液腔结构示意图；图3为本技术一种高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置中核层供液装置及核层储液腔结构示意图；图4为本技术一种高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置中金属丝及高压静电发生装置结构示意图；图5为本技术一种高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置中狭槽为曲线状狭缝时的结构示意图；图6为本技术一种高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置制备得到的同轴结构纳米纤维的透射电镜图。其中，1.壳层供液装置；2.核层供液装置；3.核层储液腔；4.壳层储液腔；5.狭槽；6.针管；7.金属丝；8.高压静电发生装置；9.接收板。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本技术。应理解，这些实施例仅用于说明本技术而不用于限制本技术的范围。此外应理解，在阅读了本技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1采用图1所示的一种高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置进行同轴静电纺丝，核层（核层供液装置2和核层储液腔3内）溶液采用质量分数为14％的聚丙烯腈(PAN)溶液，壳层（壳层供液装置1和壳层储液腔4内）溶液采用质量分数为12％的聚氨酯(PU)溶液。设置核层供液装置2向核层储液腔3进行供液，使针管6顶端有聚丙烯腈(PAN)溶液出现，将高压静电发生器8的电压调到20kV形成大量稳定的单轴结构射流；然后设置壳层供液装置1向壳层储液腔4进行供液，使狭缝5顶端有聚氨酯(PU)溶液出现并逐渐覆盖在针管6顶端的聚丙烯腈(PAN)溶液上，此时逐渐提高高压发生器的电压至45kV，使组合式喷丝头产生大量同轴射流。采用此方法制备的同轴结构纳米纤维的透射电镜图如图6所示。图1所示的一种高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置，包括合式喷丝头、供液装置、储液腔，接收板9以及高压静电发生装置8，供液装置包括核层供液装置2和壳层供液装置1；储液腔包括核层储液腔3和壳层储液腔4，核层储液腔3置于壳层储液腔4内部；核层供液装置2通过管道于核层储液腔3连接，壳层供液装置1通过管道于壳层储液腔4连接，合式喷丝头包括针管6，针管6位于核层储液腔3上方，壳层储液腔4上设有狭槽5，针管6内均设有金属丝7（金属丝7为实体金属丝），狭槽5上方设有接收板9，接收板9接地，高压静电发生装置8与金属丝7连接。狭槽5的轴向形状为直线状，狭槽5的宽度为2-10mm。针管6等间距等高均匀分布，针管6顶端高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于：包括合式喷丝头、供液装置、储液腔，接收板以及高压静电发生装置，所述供液装置包括核层供液装置和壳层供液装置；所述的储液腔包括核层储液腔和壳层储液腔，所述核层储液腔置于壳层储液腔内部；所述核层供液装置通过管道于核层储液腔连接，所述壳层供液装置通过管道于壳层储液腔连接，所述合式喷丝头包括针管，所述针管位于核层储液腔上方，所述壳层储液腔上设有狭槽，所述针管内均设有金属丝，所述狭槽上方设有接收板，所述接收板接地，所述高压静电发生装置与金属丝连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于：包括合式喷丝头、供液装置、储液腔，接收板以及高压静电发生装置，所述供液装置包括核层供液装置和壳层供液装置；所述的储液腔包括核层储液腔和壳层储液腔，所述核层储液腔置于壳层储液腔内部；所述核层供液装置通过管道于核层储液腔连接，所述壳层供液装置通过管道于壳层储液腔连接，所述合式喷丝头包括针管，所述针管位于核层储液腔上方，所述壳层储液腔上设有狭槽，所述针管内均设有金属丝，所述狭槽上方设有接收板，所述接收板接地，所述高压静电发生装置与金属丝连接。


2.如权利要求1所述的一种高效制备同轴结构纳米纤维的静电纺丝装置，其特征在于：所述狭槽的轴向形状为...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋国军，叶翔宇，薛立新，张军瑞，孙珂，彭宇滢，程闯，涂滢方，贾雨欣，华浙毅，潘世龙，
申请(专利权)人：浙江工业大学之江学院，
类型：新型
国别省市：浙江;33