[发明专利]一种气泡雾化静电纺丝喷头、静电纺丝装置及其应用

说明书

本发明属于纺织机械领域，特别是指一种气泡雾化静电纺丝喷头、静电纺丝装置及其应用。基于气泡雾化喷射成形的静电纺丝过程，可分为气泡雾化喷射和微液滴（射流）牵伸两个阶段通过气泡雾化技术，首先将聚合物稀溶液雾化成超多数量的微液滴，之后这些微液滴受电场力和气流力的耦合作用直接牵伸形成纳米纤维。不同于现有泰勒锥静电纺丝的原理，本发明将气泡雾化技术引入静电纺丝中，通过气液混合产生的气泡流雾化喷射成大量微液滴，牵伸形成纳米纤维，最终达到气泡雾化静电纺丝方法的规模化生产纳米纤维。

技术领域

本发明属于纺织机械领域，特别是指一种气泡雾化静电纺丝喷头、静电纺丝装置及其应用。

背景技术

随着科学的进步，纳米纤维由于有特殊的性能，因此纳米材料会表现出很多不同于常规材料的特殊性能：量子尺寸效应、表面效应、体积效应、宏观量子隧道效应、介电限域效应等。这些效应拓宽了纳米材料的应用范围，使纳米材料获得了很多优异的性能，如电磁性能、非线性光学效应、高化学活性等，可说，纳米材料是常规材料的升级版和强化版。目前，制备纳米纤维的主要方法有：拉伸法、模板法、自组装法、静电纺丝法和溶液喷射法等。在纺丝拉伸技术中，聚合物溶液或熔体从喷丝孔挤出，应用机械力、高速气流、静电力等对挤出的液滴或细流进行拉伸。利用机械力拉伸技术进行纺丝，只能制备常规细度的纤维，目前研究的热点集中在熔喷技术和静电纺丝技术。但目前的纳米纤维的制备技术在推广上存在一定技术问题，目前静电纺丝机的产量很低，大规模应用的难度较大；熔喷技术达到的纳米纤维取向度较差，且直径较粗。因此，可以实现微纳米纤维的规模化制备，已发展成为纳米纤维的一大关键技术。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种气泡雾化静电纺丝喷头、静电纺丝装置及其应用。其原理是通过气泡雾化技术，将聚合物稀溶液雾化成超多数量的微液滴，这些微液滴进一步受电场力和气流力耦合牵伸作用批量化形成纳米纤维

本发明的技术方案是这样实现的：

一种气泡雾化静电纺丝喷头，包括内管，内管外配合套设有外管，外管的底部与气泡雾化喷头螺纹连接，外管的上部一侧设有进气接口管；气泡雾化喷头为锥型螺纹头，锥型螺纹头内设有凹台，凹台下方贯穿依次设有下游混合室和喷孔出口，气泡雾化喷嘴的喷孔出口连接射流内外环境，是气液压力的释放端口。

所述内管顶部设有液体入口管、中部为上游混合室，内管罐体上设有复数个充气口，充气口贯穿内管管壁，充气口呈360°分布于内管的四周，充气口的个数为16-20个，充气口的直径为0.8mm，是气体进入气泡雾化喷嘴混合室的入口，对气体充入混合室的速度和流量以及混合室内的气液混合过程具有重要的影响。通过充气口的数量可以对充气孔与喷孔的面积比进行调整，充气口至喷孔出口截面间的距离是影响整个气泡雾化喷嘴尺寸及喷嘴雾化效果的的重要参数。

所述进气接口管穿过外管的管壁与外管的内壁相齐，进气接口管的端口与外管的管壁之间设有密封圈。

所述液体入口管、上游混合室、下游混合室和喷孔出口紧密联通。

所述充气口距离喷孔出口的距离为72mm，上游混合室和下游混合室的总长度为50.5mm，上游混合室的区域横截面直径为8mm，下游混合室的位于喷头内的区域横截面直径为6mm，喷孔出口的直径为0.8mm。充气孔布置位置的涉及，它们距喷孔出口截面的距离为57mm。混合室是气泡雾化喷嘴内部气液相互作用的主要空间区域；混合室的长度和横截面积对喷嘴内部的气液流型具有重要的影响。

安装有上述的气泡雾化静电纺丝喷头的静电纺丝装置。

一种利用上述的静电纺丝装置制备的微纳米纤维。

所述静电纺丝装置的工艺参数为：静电纺丝电压为40-60 kV，纺丝溶液总流量为50-60 mL/h，纺丝气压为0.1-0.2 MPa，气体流速为0.1L/min-6 L/min，喷头与接收板的距离为50-100 cm。

本发明具有以下有益效果：