一种一鞘双芯微流体控制喷头、纺丝装置及纺丝方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种一鞘双芯微流体控制喷头，包括一个总毛细管、第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管；第一弯曲毛细管设置在总毛细管中，第一弯曲毛细管的弯曲的一端从总毛细管的进口端的侧壁上穿出，第一弯曲毛细管的另外一端从总毛细管的出口端的中心穿出；第二弯曲毛细管的直线段设置在第一弯曲毛细管中，第二弯曲毛细管的弯曲部从总毛细管的进口端的侧壁上穿出。还提供了一种高压静电纺丝装置，包括第一注射泵、第二注射泵、第三注射泵、硅胶软管、纤维接收板、高压发生器和上述的鞘双芯微流体控制喷头。本发明专利技术还提供了应用上述的装置制备一鞘双芯结构纳米纤维的实施方法，在高压静电场下，可以单步有效地制备出一鞘双芯结构纳米纤维。

A sheath double core micro fluidic control nozzle, spinning device and spinning method

The present invention provides a dual core and a sheath fluid control micro nozzle, including a total capillary, first and second bend bending capillary capillary; the first bending capillary set in general capillary, end of the first bending bending capillary penetrates from the inlet end of the capillary wall, the other end of the first bending from the capillary out of the total center of the outlet end of the capillary tube; line segment second is arranged on the first bending bending capillary capillary, bending part second bending capillary penetrates from the inlet end of the capillary wall. A high voltage electrostatic spinning device is also provided, comprising a first injection pump, a second injection pump, a third injection pump, a silicone hose, a fiber receiving plate, a high-pressure generator, and a sheath dual core microfluidic control nozzle. The invention also provides a method for preparing a sheath double core structure nanometer fiber by using the device, and a sheath double core structure nanometer fiber can be effectively prepared by single step under the high voltage electrostatic field.

【技术实现步骤摘要】
一种一鞘双芯微流体控制喷头、纺丝装置及纺丝方法
本专利技术属于纳米材料学领域，涉及一种纺丝装置，具体来说是一种一鞘双芯微流体控制喷头、一种带有一鞘双芯微流体控制喷头的多流体电纺装置，和利用该装置进行电纺单步制备一鞘双芯结构纳米纤维的方法。
技术介绍
高压静电纺丝技术简称电纺是一种自上而下(top-down)的纳米制造技术，通过外加电场力克服喷头尖端液滴的液体表面张力和粘弹力而形成射流，在静电斥力、库仑力和表面张力共同作用下，被雾化后的液体射流被高频弯曲、拉延、分裂，在几十毫秒内被牵伸千万倍，经溶剂挥发或熔体冷却在接收端得到纳米级纤维。该技术工艺过程简单、操控方便、选择材料范围广泛、可控性强、并且可以通过喷头设计制备具有微观结构特征的纳米纤维，被认为是最有可能实现连续纳米纤维工业化生产的一种方法，应用该技术制备功能纳米纤维具有良好的前景预期。电纺的最大优势是可以通过纺丝头结构的设计和变换，单步有效地制备出相应结构特征的聚合物微纳米纤维，这是其它各种“bottom-up”的化学合成方法不可能实现的。最常见的是使用同轴毛细金属套管为纺丝头制备芯鞘结构纳米纤维(MogheAKandGuptaBS.Co-axialelectrospinningfornanofiberstructures:Preparationandapplications.Polym.Rev.2008;48:353-377.)和应用左右关系结构纺丝头制备并列纳米纤维(WaltherAandMüllerAHE.Janusparticles:synthesis,self-assembly,physicalproperties,andapplications.Chem.Rev.2013;113:5194-5261.)。但是基于这个概念，还有更多具有复杂结构特征的纳米结构产品有待开发。纳米科技发展到今天，单纯地减小产品的微纳米尺寸以获得相应纳米效用的概念已经逐渐偏出主流。目前更多的注意力都集中在纳米器件、复杂微纳米结构与相应纳米层次的构效关系上。如何有效地制备出结构完整的、具有复杂结构特征的微纳米纤维，并且通过纤维的结构特征去设计它们的功能既是纳米科技的研究热点、也是微制造领域和新型微纳米产品生产所需解决的关键内容。
技术实现思路
针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供了一种一鞘双芯微流体控制喷头、纺丝装置及纺丝方法，所述的这种一鞘双芯微流体控制喷头、纺丝装置及纺丝方法要解决现有技术中制备一鞘双芯复杂结构特征的纳米纤维的工艺复杂的技术问题。本专利技术提供了一种一鞘双芯微流体控制喷头，包括一个总毛细管、第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管；所述的第一弯曲毛细管的外径小于所述的总毛细管的内径，所述的第二弯曲毛细管的外径小于所述的第一弯曲毛细管的内径，所述的第一弯曲毛细管设置在所述的总毛细管中，所述的第一弯曲毛细管的弯曲的一端从所述的总毛细管的进口端的侧壁上穿出，所述的第一弯曲毛细管的另外一端从所述的总毛细管的出口端的中心穿出；所述的第二弯曲毛细管的直线段设置在所述的第一弯曲毛细管中，所述的第二弯曲毛细管的一端穿出所述的第一弯曲毛细管，所述的第二弯曲毛细管的弯曲部从所述的总毛细管的进口端的侧壁上穿出，所述的第二弯曲毛细管的另外一端从所述的第一弯曲毛细管的出口端的穿出；所述的第二弯曲毛细管在所述的第一弯曲毛细管中部分的外侧壁紧贴所述的第一弯曲毛细管的内侧壁。进一步的，所述的第一弯曲毛细管的另外一端穿出所述的总毛细管的出口端0.2mm；所述的第二弯曲毛细管的另外一端穿出所述的第一毛细管的出口端0.2mm。进一步的，所述的总毛细管的进口端设置有一个接口，所述的接口的外侧壁上设置有螺旋形的加强筋，所述的第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管的弯曲部的外侧壁上均设置有环形的凸起。进一步的，所述的总毛细管的长度为70mm；第一弯曲毛细管的长度为75mm；第二弯曲毛细管的长度为80mm；所述的总毛细管、第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管之间采用环氧树脂胶粘一起并密封。本专利技术还提供了一种高压静电纺丝装置，包括第一注射泵、第一注射器、第二注射泵、第二注射器、第三注射泵、第三注射器、第一硅胶软管、纤维接收板、高压发生器、第二硅胶软管，权利要求1所述的一种一鞘双芯微流体控制喷头，所述的第一注射器安装在所述的第一注射泵内，所述的第一注射器和所述的一鞘双芯微流体控制喷头连接，所述的第二注射器安装在所述的第二注射泵内，所述的第二注射器通过所述的第一硅胶软管和所述的一鞘双芯微流体控制喷头连接，所述的第三注射器安装在所述的第三注射泵内，所述的第三注射器通过所述的第二硅胶软管和所述的一鞘双芯微流体控制喷头连接，所述的高压发生器和所述的一鞘双芯微流体控制喷头连接，在所述的一鞘双芯微流体控制喷头的下端设置有纤维接收板。本专利技术还提供了利用上述的电纺丝装置制备一鞘双芯结构纳米纤维的方法，在第一注射器内加入第一种外鞘纺丝液体，第二注射器内加入第二种的内芯纺丝液体，第三注射器内加入第三种的内芯纺丝液体，通过高压静电场作用，即可制备出一鞘双芯结构纳米纤维。进一步的，上述的制备一鞘双芯结构纳米纤维的方法，于包括如下步骤：1)一个配制纺丝液的步骤：i.第一纺丝液为质量百分比浓度为8%的聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液；ii.第二纺丝液为质量百分比浓度为13%的EudragitE100的乙醇溶液；iii.第三纺丝液为质量百分比浓度为13%的EudragitL100的乙醇溶液；2)将步骤1所得的第一、第二和第三纺丝液分别加入到相应注射器中，然后开启第一注射泵、第二注射泵和第三注射泵；3)控制第一注射器的鞘液流量为2ml/h，控制第二和第三注射器的芯液流量均为0.2ml/h，开启高压发生器，调整纤维板接受距离为15cm，将电压升为15kV进行电纺，即得聚乙烯吡咯烷酮包裹EudragitE100、EudragitL100的一鞘双芯结构纳米纤维。本专利技术在多次试验的基础上，遵循高压电场下流体的行为特征和基本的自然规律，摸索出一种一鞘双芯微流体控制喷头，应用该喷头组装电纺装置、实施电纺工艺，可以单步有效地制备出结构完整、尺寸均一的一鞘双芯纳米纤维，为新型结构纳米功能材料的设计、制备以及大规模生产和应用提供可能。本专利技术的纺丝原理是：微流体喷头的一鞘双芯结构为制备相应结构纳米材料提供一个宏观模版，在高压静电场下，完整的圆形外鞘总毛细管，有利于外鞘流体的均匀充电和全部流体在外鞘流体带领下的均匀拉伸。另一方面，喷头双芯结构的设置有利于内芯两股流体在电场内的拉伸过程中保持大面积的接触，有效防止两股流体的分裂。上述原理共同作用，确保高压静电场下，从宏观模版到微观结构纳米纤维的准确“复制”。本专利技术和已有技术相比，其技术进步是显著的。本专利技术的纺丝方法应用简单、操作方便、易于控制，在高压电场下可以单步有效地制备出一鞘双芯结构纳米纤维，并且可以通过增多纺丝头数量进行大规模放大生产。附图说明图1是本专利技术的一种一鞘双芯微流体控制喷头的整体外形示意图，1-总毛细管、2-弯曲毛细管、3-弯曲毛细管、4-接口、5-环氧树脂、6-环形凸起。图2是本专利技术的一种一鞘双芯微流体控制喷头的出口拍摄图。图3是本专利技术的带有一鞘双芯微流体电喷头的多射流电纺装置的结构示意图，7-高压发生器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一鞘双芯微流体控制喷头，其特征在于：包括一个总毛细管、第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管；所述的第一弯曲毛细管的外径小于所述的总毛细管的内径，所述的第二弯曲毛细管的外径小于所述的第一弯曲毛细管的内径，所述的第一弯曲毛细管设置在所述的总毛细管中，所述的第一弯曲毛细管的弯曲的一端从所述的总毛细管的进口端的侧壁上穿出，所述的第一弯曲毛细管的另外一端从所述的总毛细管的出口端的中心穿出；所述的第二弯曲毛细管的直线段设置在所述的第一弯曲毛细管中，所述的第二弯曲毛细管的一端穿出所述的第一弯曲毛细管，所述的第二弯曲毛细管的弯曲部从所述的总毛细管的进口端的侧壁上穿出，所述的第二弯曲毛细管的另外一端从所述的第一弯曲毛细管的出口端的穿出；所述的第二弯曲毛细管在所述的第一弯曲毛细管中部分的外侧壁紧贴所述的第一弯曲毛细管的内侧壁。

【技术特征摘要】
1.一种一鞘双芯微流体控制喷头，其特征在于：包括一个总毛细管、第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管；所述的第一弯曲毛细管的外径小于所述的总毛细管的内径，所述的第二弯曲毛细管的外径小于所述的第一弯曲毛细管的内径，所述的第一弯曲毛细管设置在所述的总毛细管中，所述的第一弯曲毛细管的弯曲的一端从所述的总毛细管的进口端的侧壁上穿出，所述的第一弯曲毛细管的另外一端从所述的总毛细管的出口端的中心穿出；所述的第二弯曲毛细管的直线段设置在所述的第一弯曲毛细管中，所述的第二弯曲毛细管的一端穿出所述的第一弯曲毛细管，所述的第二弯曲毛细管的弯曲部从所述的总毛细管的进口端的侧壁上穿出，所述的第二弯曲毛细管的另外一端从所述的第一弯曲毛细管的出口端的穿出；所述的第二弯曲毛细管在所述的第一弯曲毛细管中部分的外侧壁紧贴所述的第一弯曲毛细管的内侧壁。2.根据权利要求1所述的一种一鞘双芯微流体控制喷头，其特征在于：所述的第一弯曲毛细管的另外一端穿出所述的总毛细管的出口端0.2mm；所述的第二弯曲毛细管的另外一端穿出所述的第一毛细管的出口端0.2mm。3.根据权利要求1所述的一种一鞘双芯微流体控制喷头，其特征在于：所述的总毛细管的进口端设置有一个接口，所述的接口的外侧壁上设置有螺旋形的加强筋，所述的第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管的弯曲部的外侧壁上均设置有环形的凸起。4.根据权利要求1所述的一种一鞘双芯微流体控制喷头，其特征在于：所述的总毛细管的长度为70mm；第一弯曲毛细管的长度为75mm；第二弯曲毛细管的长度为80mm；所述的总毛细管、第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管之间采用环氧树脂胶粘一起并密封。5.一种高压静电纺丝装置，其特征在于：包括第一注射泵、第一注射器、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：余灯广，李郝林，郑招斌，张曼，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31