[发明专利]一种实心针头静电纺丝装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝装置，特别是一种实心针头静电纺丝装置，属于纳米纤维制备领域。

背景技术

纳米纤维狭义上是指直径在100nm以下的纤维，具有比表面积大、孔隙率高等特点，被广泛应用于高效过滤材料、创伤敷料、组织工程、复合材料、电池电极及微纳米器件等领域。

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。静电纺丝包括溶液静电纺丝和熔融静电纺丝两大类，其中溶液静电纺丝由于其设备及工艺简单而得到快速发展。

溶液静电纺丝装置主要包括高压电源发生器、喷丝头、供液系统和纤维接收装置四部分。溶液静电纺丝装置可以采用单个金属毛细针管作为喷丝头实现纺丝，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。

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 jets in 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，且在产量上有了大幅提高，但是多针头静电纺丝过程中会出现严重的“边缘效应(End effect)”现象，即由于同排多针头之间存在静电排斥，导致两边的针头出来的射流会向两侧严重倾斜，使接收装置只能接收到中间的部分纤维，导致静电纺丝效率和产量大打折扣，同时，由于各针头之间场强的相互干扰，使得场强分布不均匀，导致获取的纤维膜均匀度不好；除此之外，针头堵塞、不便清洗、注射泵容量有限以及针头所带电荷回流易导致电器元件损毁、输液管路易发生爆炸和着火等问题，都在很大程度上阻碍了多针头静电纺丝工业化的进程。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种实心针头静电纺丝装置，解决传统针管式静电纺丝装置针头堵塞、不便清洗以及场强不均匀和存在的“边缘效应”等问题。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种实心针头静电纺丝装置，包括供液系统、实心针头喷丝系统、升降系统、供电系统、接收装置和控制系统。

本发明所设计的核心部件是实心针头喷丝系统，由实心针头、金属丝导线、绝缘导液棒、支撑板、喷丝头储液盒组成；所述实心针头，其针头为圆锥状针尖，其尾部带针眼儿，中间为圆柱针身；所述绝缘导液棒，材料为聚酰胺、聚乙烯、聚四氟乙烯等中的一种，其底部为圆锥状，中间为圆柱状，顶部为圆柱状挡台，轴心有中心孔，孔径与实心针头针身直径相等；所述支撑板，其中间位置开有等间距排列的N行(N为大于等于1的正整数)通孔，孔径与绝缘导液棒中间圆柱直径相等；所述喷丝头储液盒，底部开有等间距排列的N行圆锥沉头通孔，孔径与绝缘导液棒中间圆柱直径相等，顶部开槽，开槽外形尺寸与支撑板外形尺寸相同，深度大于绝缘导液棒底部圆锥的高度，储液部分外形尺寸比顶部开槽的外形尺寸小，从而在储液池中间位置形成了一个挡台；所述实心针头插入绝缘导液棒中心孔中，针尖刚好露出绝缘导液棒底部，针眼儿刚好露出绝缘导液棒顶部；所述绝缘导液棒插入支撑板中，绝缘导液棒挡台底面与支撑板顶面相接触；所述支撑板置于喷丝头储液盒开槽中，其底面与喷丝头储液盒中间挡台接触，绝缘导液棒底部圆锥穿过喷丝头储液盒底部圆锥沉头通孔，并紧密接触；所述金属丝导线穿过各实心针头针眼儿中，均与实心针头接触。

与现有多针头静电纺丝装置相比，本发明所设计的实心针头静电纺丝装置利用绝缘导液棒包裹实心针头，明显减弱了针头间的静电排斥作用；绝缘导液棒与喷丝头储液盒底部圆锥沉头通孔紧密接触，绝缘导液棒在升降系统的带动下往上运动，在圆锥沉头部分两者之间的间隙变大，从而有液滴沿着绝缘导液棒底部圆锥流出，在实心针头针尖处被电场激发而产生泰勒锥，由于绝缘导液棒可以上下运动，可有效解决毛细管针式静电纺丝堵塞现象；同时，通过调整绝缘导液棒的高度使每个实心针头与接收电极处于合适的距离，可实现各实心针头针尖处场强均匀，从而达到均匀纺丝的效果。

附图说明

图1为本发明实心针头静电纺丝装置一种实施例的整体结构示意图；