一种四级同轴高压静电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四级同轴微流体控制喷头，包括总毛细管、第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管和第三弯曲毛细管；第一弯曲毛细管设置在总毛细管中，第一弯曲毛细管的另外一端穿出总毛细管的出口端；第二弯曲毛细管设置在第一弯曲毛细管中，第二弯曲毛细管的出口端从第一弯曲毛细管的出口端中穿出，第二弯曲毛细管的另外一端穿出第一弯曲毛细管；第三弯曲毛细管设置在第二弯曲毛细管中，第三弯曲毛细管的出口端从第二弯曲毛细管的出口端中穿出，第三弯曲毛细管的另外一端穿出第二弯曲毛细管。还提供了一种应用上述喷头的高压静电纺丝装置，应用上述装置制备四级芯鞘结构纳米纤维的方法，可以单步有效地制备出具有四级芯鞘结构特征的纳米纤维。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料学领域，特别是涉及一种四级同轴微流体控制喷头、一种带有四级同轴微流体控制喷头的电纺装置和利用该带有四级同轴微流体控制喷头的电纺装置进行四级芯鞘结构特征纳米纤维的制备方法。
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。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，摸索出一种四级同轴微流体控制喷头，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、尺寸均一四级同轴米纤维，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。
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四级同轴高压静电纺丝装置及纺丝方法，所述的这种四级同轴高压静电纺丝装置及纺丝方法要解决现有技术中不能制备四级芯鞘结构纳米纤维的技术问题。本专利技术提供了一种四级同轴微流体控制喷头，一种四级同轴微流体控制喷头，其特征在于：包括一总毛细管、第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管和第三弯曲毛细管；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；所述的第三弯曲毛细管的外径小于第二弯曲毛细管的内径；所述的第一弯曲毛细管的直线段设置在所述的总毛细管中，所述的第一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，所述的第一弯曲毛细管的另外一端穿出所述的总毛细管的出口端；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出口端从第一弯曲毛细管的出口端中穿出，所述的第二弯曲毛细管的另外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；所述的第三弯曲毛细管的直线段设置在所述的第二弯曲毛细管中，所述的第三弯曲毛细管的出口端从第二弯曲毛细管的出口端中穿出，所述的第三弯曲毛细管的另外一端穿出所述的第二弯曲毛细管；所述的第三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；所述的第一弯曲毛细管、第二弯曲毛细管和第三弯曲毛细管的弯曲部进口端的外侧壁上均设置有环形凸起；所述的总毛细管和第一弯曲毛细管、第二弯曲毛细管、第三弯曲毛细管的直线段同轴设置。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。进一步的，所述的第一弯曲毛细管的出口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出口端穿出所述的第一弯曲毛细管的出口端0.2mm；所述的第三弯曲毛细管的出口端穿出所述的第二弯曲毛细管的出口端0.2mm，。进一步的，所述的总毛细管的长度为70mm，所述的第一弯曲毛细管的长度为75mm；所述的第二弯曲毛细管的长度为80mm；所述的第三弯曲毛细管的长度为85mm；所述的第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管15和第三弯曲毛细管在总毛细管外部的部分采用环氧树脂胶粘并密封。本专利技术还提供了一种电纺装置，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、第四注射泵、第四注射器、第一硅胶软管、第二硅胶软管、第三硅胶软管、纤维接收板、直流静电高压发生器，和权利要求1所述的四级同轴微流体控制喷头；所述的第一注射器安装在所述的第一注射泵中，所述的第一注射器和所述的四级同轴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中，所述的第二注射器通过第一硅胶软管和所述的四级同轴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中，所述的第三注射器通过第二硅胶软管和所述的四级同轴微流体控制喷头连接，所述的第四注射器安装在所述的第四注射泵中，所述的第四注射器通过第三硅胶软管和所述的四级同轴微流体控制喷头连接，所述的直流静电高压发生器和所述的四级同轴微流体控制喷头连接，所述的四级同轴微流体控制喷头的下端设置有一个纤维接收板。本专利技术还提供了利用上述的电纺装置制备四级同轴纳米纤维的方法，在第一注射器内加入第一纺丝液体，第二注射器内加入第二纺丝液体，第三注射器内加入第三纺丝液体，第四注射器内加入第四纺丝液体，通过高压静电场作用，即可单步制备出具有四级芯鞘结构纳米纤维。具体的，上述的制备四级芯鞘结构纳米纤维的方法，包括如下步骤：1)一个配制纺丝液的步骤，第一纺丝液为聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比浓度为8%的乙醇溶液；第二纺丝液为聚乙烯吡咯烷酮和磷钨酸的混合乙醇溶液，在混合溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比浓度为8%，磷钨酸的质量百分比浓度为0.1%；第三纺丝液为聚乙烯吡咯烷酮和磷钨酸的混合乙醇溶液，在混合溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比浓度为8%，磷钨酸的质量百分比浓度为0.3%；第四纺丝液为聚乙烯吡咯烷酮和磷钨酸的混合乙醇溶液，在混合溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比浓度为8%，磷钨酸的质量百分比浓度为1%；2)将步骤1所得的第一纺丝液至第四纺丝液分别加入到相应注射器中，然后开启第一至第四注射泵；3)从第一注射器到第四注射器控制各层流量分别为1.5，0.6，0.3，0.2mL/h，开启直流高压静电发生器，将电压升为18kV进行并列电纺，即得具有四级芯鞘结构特征的纳米纤维。本专利技术的原理是：四级同轴微流体控制喷头的四级同轴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，通过高压静电场与流体的相互作用，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四级同轴微流体控制喷头，其特征在于：包括一总毛细管、第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管和第三弯曲毛细管；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；所述的第三弯曲毛细管的外径小于第二弯曲毛细管的内径；所述的第一弯曲毛细管的直线段设置在所述的总毛细管中，所述的第一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，所述的第一弯曲毛细管的另外一端穿出所述的总毛细管的出口端；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出口端从第一弯曲毛细管的出口端中穿出，所述的第二弯曲毛细管的另外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；所述的第三弯曲毛细管的直线段设置在所述的第二弯曲毛细管中，所述的第三弯曲毛细管的出口端从第二弯曲毛细管的出口端中穿出，所述的第三弯曲毛细管的另外一端穿出所述的第二弯曲毛细管；所述的第三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；所述的第一弯曲毛细管、第二弯曲毛细管和第三弯曲毛细管的弯曲部进口端的外侧壁上均设置有环形凸起；所述的总毛细管和第一弯曲毛细管、第二弯曲毛细管、第三弯曲毛细管的直线段同轴设置。...

【技术特征摘要】
1.一种四级同轴微流体控制喷头，其特征在于：包括一总毛细管、第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管和第三弯曲毛细管；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；所述的第三弯曲毛细管的外径小于第二弯曲毛细管的内径；所述的第一弯曲毛细管的直线段设置在所述的总毛细管中，所述的第一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，所述的第一弯曲毛细管的另外一端穿出所述的总毛细管的出口端；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出口端从第一弯曲毛细管的出口端中穿出，所述的第二弯曲毛细管的另外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；所述的第三弯曲毛细管的直线段设置在所述的第二弯曲毛细管中，所述的第三弯曲毛细管的出口端从第二弯曲毛细管的出口端中穿出，所述的第三弯曲毛细管的另外一端穿出所述的第二弯曲毛细管；所述的第三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；所述的第一弯曲毛细管、第二弯曲毛细管和第三弯曲毛细管的弯曲部进口端的外侧壁上均设置有环形凸起；所述的总毛细管和第一弯曲毛细管、第二弯曲毛细管、第三弯曲毛细管的直线段同轴设置。2.根据权利要求1所述的一种四级同轴微流体控制喷头，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。3.根据权利要求1所述的一种四级同轴微流体控制喷头，其特征在于：所述的第一弯曲毛细管的出口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出口端穿出所述的第一弯曲毛细管的出口端0.2mm；所述的第三弯曲毛细管的出口端穿出所述的第二弯曲毛细管的出口端0.2mm。4.根据权利要求1所述的一种四级同轴微流体控制喷头，其特征在于：所述的总毛细管的长度为70mm，所述的第一弯曲毛细管的长度为75mm；所述的第二弯曲毛细管的长度为80mm；所述的第三弯曲毛细管的长度为85mm；所述的第一弯曲毛细管、第二弯曲毛细管和第三弯曲毛细管在总毛细管侧面外部的部分采用环氧树脂胶粘并密封。5.一种电纺装置，其特征在...

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