[发明专利]用于静电纺纳米纤维的喷丝头和喷丝单元

说明书

本发明涉及一种用于静电纺纳米纤维的喷丝头，其特征在于，所述喷丝头包括毛细管和中空管座及外部衬套，所述中空管座的顶端设置有毛细管固定头，所述毛细管通过所述毛细管固定头与所述中空管座连接，其中所述毛细管远离所述中空管座的端面与所述毛细管的中轴线形成60°‑85°的夹角。本发明还涉及一种用于量产静电纺纳米纤维的喷丝单元。

技术领域

本发明涉及静电纺丝领域。具体而言，本发明涉及一种用于静电纺纳米纤维的喷丝头。本发明还涉及一种包含该喷丝头的喷丝单元。

背景技术

静电纺丝技术在构筑一维纳米结构材料领域发挥着非常重要的作用，应用静电纺丝技术已经成功制备出了结构多样的纳米纤维材料。

1934年，Formhals发明了用静电力制备聚合物纤维的实验装置并申请了专利，其专利公布了聚合物溶液如何在电极间形成射流，这是首次详细描述利用高压静电来制备纤维装置的专利，被公认为是静电纺丝技术制备纤维的开端。Formhals使用了类似于注射器针头的中空管型喷丝头。

随着静电纺丝技术的发展，人们希望提高静电纺丝效率从而满足日益增长的工业化规模化生产需求，多喷头静电纺丝组件应运而生。在多喷头设备中，多个喷丝头以一定距离排布在同一个喷丝单元中，在电场的作用下同时进行纺丝。然而，在多喷头设备中，喷丝头与喷丝头之间的电场会相互干扰，这就限制了喷丝头排布的最小距离或喷丝头分布的最大密度，造成了多喷头静电纺丝技术发展的瓶颈。电场的相互干扰会导致喷丝头顶端的球形液滴表面的电荷密度减少，不能有效形成泰勒锥，高分子流体不能被拉伸成纤维并在喷丝头喷嘴处堆积，最终会飞溅或被吸附至纳米纤维收集装置上，造成纳米纤维膜二次溶解并被破坏而产生疵点。此外，高分子流体在喷丝头喷嘴处的堆积要求经常对喷丝组件进行清洁，从而影响了静电纺丝设备的长时间连续操作的能力，而且对多个喷丝头的清洁也是相当费时费力的。

因此，需要一种能够提高纳米纤维工业化生产质量和/或效率的静电纺丝设备。更具体地，需要一种能够有效减少高分子流体在喷丝头喷嘴处堆积的静电纺丝设备。该静电纺丝设备使得所生产的纳米纤维疵点更少，从而进一步扩大工业化纳米纤维的应用范围。更有利地，还需要一种能够有效减小静电纺丝喷丝头之间电场相互干扰的静电纺丝设备。该静电纺丝设备能够以更加密集的排列方式采用更多的喷丝头同时进行高效的静电纺丝。甚至更有利地，还需要一种能够减少停机清洁时间的静电纺丝设备。该静电纺丝设备具有更长时间的连续生产能力，从而进一步提高工业化生产效率。

发明内容

在第一个方面，本发明涉及一种用于静电纺纳米纤维的喷丝头，其特征在于，所述喷丝头包括毛细管和中空管座，所述中空管座的顶端设置有毛细管固定头，所述毛细管通过所述毛细管固定头与所述中空管座连接，其中所述毛细管远离所述中空管座的端面与所述毛细管的中轴线形成60°-85°的夹角。

在第二个方面，本发明涉及一种用于静电纺纳米纤维的喷丝单元，其特征在于，所述喷丝单元包括如上所述的喷丝头。

本发明对于毛细管端面的角度设计使得毛细管端面形成一个电荷特别密集的锐利尖端，不仅可以有效地形成泰勒锥，还能使得在多喷头静电纺丝过程中由于电场干扰而不能有效形成泰勒锥的高分子流体及时沿毛细管的外壁(又称“外表面”)流下，从而减少高分子流体在毛细管端面的堆积。因此，采用本发明的喷丝头和喷丝单元，可以有效减少高分子流体在喷丝头喷嘴处的堆积，不仅减少所生产纳米纤维的疵点率，提高生产效率和质量，而且能够有效减少喷丝头喷嘴的堵塞，大大降低设备清洗成本。

附图说明

通过以下具体实施方式和附图对本发明进行详细的解释说明，以期本领域技术人员能够更好地理解本发明，但是不能理解为以任何方式限制本发明的范围。

图1示出根据本发明一个实施方案的喷丝头的结构示意图。

图2示出图1中喷丝头的毛细管顶部的局部放大示意图。

图3示出根据本发明另一个实施方案的喷丝头的结构示意图。