一种偏心套管并列纺丝头及其应用制造技术

本发明专利技术公开一种偏心套管并列纺丝头及应用，所述偏心套管并列纺丝头包括中空的L型管（1）和直管（2），直管（2）从中空的L型管的一侧直管(11)的内部紧贴管壁直插并穿出中空的L型管的另一侧直管(12)的管壁；直管(2)露出在中空的L型管的一侧直管(11)外的长度为1mm，直管(2)露出在中空的L型管的另一侧直管（12）的管壁外的长度为20mm,并通过焊接固定形成牢固的偏心套管结构，中空的L型管（1）的内径为2mm，直管（2）内径为0.5mm。在高压电场下，利用带有该偏心套管并列纺丝头的并列电纺装置进行并列电纺，可以单步简单地获得具有结构完整、尺寸均匀的乔纳斯纳米纤维。

【技术实现步骤摘要】
一种偏心套管并列纺丝头及其应用
本专利技术属于纳米材料制备领域，特别是涉及一种偏心套管并列纺丝头、一种带有偏心套管并列纺丝头的并列电纺装置和利用该带有偏心套管并列纺丝头的并列电纺装置进行乔纳斯纳米纤维制备的方法。
技术介绍
高压静电纺丝技术是一种自上而下(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。在通过纺丝头的设计制备具有微观结构特征的纳米纤维方面，最常见的是使用同轴套毛细金属管为纺丝头，制备芯鞘结构纳米纤维（MogheAKandGuptaBS.Co-axialelectrospinningfornanofiberstructures:Preparationandapplications.PolymRev2008;48:353-377.）。对于两种组分来说，其空间结构关系只有两种，即内外关系的芯鞘结构和左右关系并列的乔纳斯（乔纳斯，罗马神话中的两面神）结构（WaltherAandMüllerAHE.Janusparticles:synthesis,self-assembly,physicalproperties,andapplications.Chem.Rev.2013;113:5194-5261.）。目前应用同轴纺丝投制备芯鞘结构纳米纤维的报道有几千篇，而应用并列纺丝头制备乔纳斯纳米纤维的文献仅十余篇。而实际在先进功能材料的开发应用上，乔纳斯纳米纤维由于两种组分都与环境接触，因此比芯鞘纤维在设计制备多功能材料上更具有优势。造成这种现象的根本原因在于传统的做法是使用普通的并列两根金属毛细管为并列纺丝头（LiuZ,etal.AnEfficientBicomponentTiO2/SnO2NanofiberPhotocatalystFabricatedbyElectrospinningwithaSide-by-SidedualSpinneretMethod.NanoLett.2007;7:1081-1085.），很难得到结构完整的乔纳斯纳米纤维。而深层次的原因是传统纺丝头的设计并没有遵循高压电场下物质的行为和基本的自然规律。本专利技术在多次试验的基础上，摸索出一种复合高压电场下流体自然行为的并列纺丝头，应用该纺丝头，可以单步有效地制备出结构完整、尺寸均一的乔纳斯纳米纤维，为大规模生产和应用提供可能。
技术实现思路
本专利技术的目的为了解决现有技术难以制备出具有并列结构特征的纳米纤维的技术问题是提供一种偏心套管并列纺丝头，利用带有该偏心套管并列纺丝头的并列电纺装置即可制备出具有并列结构特征的纳米纤维。本专利技术的技术方案一种偏心套管并列纺丝头，包括中空的L型管1和直管2；所述的直管2从中空的L型管的一侧直管11的内部紧贴管壁直插并穿出中空的L型管的另一侧直管12的管壁；穿入在中空的L型管的一侧直管11中的直管2的一端，其露出在中空的L型管的一侧直管11外的长度为1mm；穿出在中空的L型管1的另一侧直管12的管壁外的直管2的一端，其露出长度为20mm,并通过焊接固定在中空的L型管1的另一侧直管12的外壁上从而形成牢固的偏心套管结构;所述的中空的L型管1的内径为2mm，所述直管2内径为0.5mm；所述的中空的L型管1的一侧直管11的长度为15mm，另一侧直管12的长度为15mm；所述的中空的L型管1通过不锈钢坯铸造而成，所述直管2为不锈钢毛细管。一种带有上述的偏心套管并列纺丝头的并列电纺装置，包括第一轴流注射泵、第二轴流注射泵，第一注射器、第二注射器、硅胶管、纤维接收板、高压发生器和接地装置，还包括偏心套管并列纺丝头；偏心套管并列纺丝头中，直管2穿出在中空的L型管1的另一侧直管12的管壁外的一端，即直管2的穿出端，其与第二注射器直接连接，中空的L型管1的另一侧直管12的管口端通过硅胶管与第一注射器连接；第一注射器安装在第一轴流注射泵上，第二注射器安装在第二轴流注射泵上，第一轴流注射泵，第二轴流注射泵分别调控第一注射器和第二注射器的推进速率，高压发生器与偏心套管并列纺丝头通过导线直接连接以提供高压静电；偏心套管并列纺丝头中，中空的L型管1的一侧直管11的管口端与纤维接收板的中心相对，距离为20cm，高压发生器与纤维接收板共同通过接地装置接地；所述的高压发生器提供电压为0～60kV；所述的第一注射器和第二注射器均为市售医用商品。所述的硅胶管内径为2mm，壁厚1mm。利用上述的带有偏心套管并列纺丝头的并列电纺装置对两股流体进行电纺制备乔纳斯纳米纤维的方法，具体步骤如下：在第一注射器内加入第一种纺丝液体，第二注射器内加入第二种纺丝液体，通过电场作用，即可进行乔纳斯纳米纤维的制备；制备过程中针对不同的纺丝液体，采用相应的流量和电压，即可制备不同的结构完整的乔纳斯纳米纤维。本专利技术的有益效果现有的并列电纺技术都采用平行的并列金属毛细管为纺丝头，由于采用这种纺丝头进行并列电纺时候，两股平行的流体在出口只有一个点进行接触，但是两股流体带有相同的电荷，因此彼此容易因为相互排斥而分离，不能获得完整的并列结构。而本专利技术的偏心套管并列纺丝头有一个面供流体相接触，因此能够确保两股流体的相互粘合，克服彼此之间的静电斥力，通过电纺过程、获得并列结构完整的纳米纤维。同时，传统的并列金属毛细管纺丝头中流体的充电呈不规则的形状，不利于泰勒锥形成；而本专利技术的偏心套管并列纺丝头为统一的圆形形状并且截面积更小，有利于乔纳斯泰勒锥的形成。这些优势来源于本专利技术的偏心套管并列纺丝头更符合高压电场下流体充电与运行规律。综上所述，本专利技术的偏心套管并列纺丝头应用简单、操作方便、易于控制，在高压电场下可以单步制备出具有并列结构特征的纳米纤维，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、偏心套管并列纺丝头整体外形示意图图2、图1中的偏心套管并列纺丝头的剖视图；图3、带有实施例1所述偏心套管并列纺丝头的并列电纺装置的结构示意图；图4、实施例1的偏心套管并列纺丝头和现有技术中的并列纺丝头在高压电场下流体充电与运行规律说明图，其中1为传统并列纺丝头，2为实施例1的偏心套管并列纺丝头；图5、应用实施例1所得PVP/EudragitL-100乔纳斯纳米纤维的透射电镜图；图6、应用对照实施例1所得PVP/EudragitL-100乔纳斯纳米纤维的透射电镜图。具体实施方式下面通过具体实施例并结合附图对本专利技术进一步阐述，但并不限制本专利技术。本专利技术应用实施例中所用的场发射透射电镜为日本东京JEOL公司产品，型号为2100F；场发射电子扫描电镜为进口荷兰FEI公司产品，Quanta450型。实施例1一种偏心套管并列纺丝头，其结构示意图如图1、图2所示，包括中空的L型管1和直管2，所述的中空的L型管1的一直管边11，其长度为15mm，另一直管边12,其长度为15mm；所述的直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏心套管并列纺丝头，其特征在于所述的偏心套管并列纺丝头包括中空的L型管（1）和直管（2）；所述的直管（2）从中空的L型管的一侧直管(11)的内部紧贴管壁直插并穿出中空的L型管的另一侧直管(12)的管壁；穿入在中空的L型管的一侧直管（11）中的直管(2)的一端，其露出在中空的L型管的一侧直管(11)外的长度为1mm；穿出在中空的L型管的另一侧直管（12）的管壁外的直管（2）的一端，其露出长度为20mm,并通过焊接固定在中空的L型管的另一侧直管（12）的外壁上从而形成牢固的偏心套管结构;所述的中空的L型管（1）的内径为2mm，所述直管（2）内径为0.5mm。

【技术特征摘要】
1.一种偏心套管并列纺丝头，其特征在于所述的偏心套管并列纺丝头包括中空的L型管（1）和直管（2）；所述的直管（2）从中空的L型管的一侧直管(11)的内部紧贴管壁直插并穿出中空的L型管的另一侧直管(12)的管壁；穿入在中空的L型管的一侧直管（11）中的直管(2)的一端，其露出在中空的L型管的一侧直管(11)外的长度为1mm；穿出在中空的L型管的另一侧直管（12）的管壁外的直管（2）的一端，其露出长度为20mm,并通过焊接固定在中空的L型管的另一侧直管（12）的外壁上从而形成牢固的偏心套管结构;所述的中空的L型管（1）的内径为2mm，所述直管（2）内径为0.5mm。2.如权利要求1所述的一种偏心套管并列纺丝头，其特征在于所述的中空的L型管的一侧直管（11）的长度为15mm，另一侧直管（12）的长度为15mm；所述的中空的L型管（1）通过不锈钢坯铸造而成，所述直管（2）为不锈钢毛细管。3.一种带有如权利要求1或2所述的偏心套管并列纺丝头的并列电纺装置，包括第一轴流注射泵、第二轴流注射泵，第一注射器、第二注射器、硅胶管、纤维接收板、高压发生器和接地装置，其特征在于还包括偏心套管并列纺丝头；偏心套管并列纺丝头中，直管（2）穿出在中空的L型管的另一侧直管（12）的管壁外的一端与第二注射器直接连接，中空的L型管的另一侧直管（12）的管口端通过硅胶管与第一注射器连接；第一注射器安装在第一轴流注射泵上，第二注射器安装在第二轴流注射泵上，第一轴流注射泵，第二轴流注射泵分别调控第一注射器和第二注射器的推进速率，高压发生器与偏心套管并列纺丝头通过导线直接连接以提供高压静电；偏心套管并列纺丝头中，中空的L型管的一侧直管（11）的管口端与纤维接收板的中心相对，距离为20cm，高压发生器与纤维接收板共同通过接地装置接地；所述的高压发生器提供电压为0～60kV；所述的第一注射器和第二注射器均为市售医用商品；所述的硅胶管内径为2mm，壁厚1mm。4.如权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：余灯广，王霞，李晓燕，徐影，杨晨，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31