一种同芯并列异鞘微流体控制喷头、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同芯并列异鞘微流体控制喷头，包括一根总毛细管、第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管；总毛细管的出口端的截面为椭圆形；第一弯曲毛细管设置在总毛细管中，第一弯曲毛细管的出口端伸出总毛细管的出口端，第一弯曲毛细管的弯折部从总毛细管的侧面穿出，第一弯曲毛细管在总毛细管中的外侧壁紧贴总毛细管的内侧壁；第二弯曲毛细管的第二直线段设置在总毛细管内部并穿入第一毛细管的直线段中，从第一毛细管的出口端伸出，第二弯曲毛细管的外侧壁紧贴第一毛细管的靠近总毛细管中间部分的内侧壁。还提供了一种含有上述喷头的高压静电纺丝装置，应用上述装置可以单步有效地制备出具有多级排列结构特征的纳米纤维。

Same core parallel sheath micro fluidic control nozzle, spinning device and spinning method

The invention provides a parallel with the core of micro sheath fluid control nozzle, including total capillary, a first bending capillary and second bending section of the total capillary; the outlet end of the capillary tube is elliptical; the first bending capillary set in general capillary in the outlet end of the first bending capillary outlet end of the extended total capillary, the first the capillary bending bending part from the side through the total capillary, the medial wall of the lateral wall of the first bending capillary in total capillary in total close to the capillary; second bending capillary second segment pipe line segment inside and penetrates into the first capillary in total capillary, extending from the first capillary outlet end of the lateral wall of the second bend close to the first capillary capillary near the medial wall of the middle part of the total capillary. A high voltage electrostatic spinning device with the nozzle is also provided, and a nano fiber with a multi-stage arrangement structure can be effectively prepared by single step of the device.

【技术实现步骤摘要】
一种同芯并列异鞘微流体控制喷头、纺丝装置及纺丝方法
本专利技术属于纳米材料制备领域，特别是涉及一种同芯并列异鞘微流体控制喷头、一种带有同芯并列异鞘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同芯并列异鞘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。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，摸索出一种同芯并列异鞘微流体控制喷头，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、尺寸均一的同芯并列异鞘纳米纤维，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。
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同芯并列异鞘微流体控制喷头、纺丝装置及纺丝方法，所述的这种同芯并列异鞘微流体控制喷头、纺丝装置及纺丝方法要解决现有技术中制备同芯并列异鞘结构纳米纤维的工艺复杂的技术问题。本专利技术提供了一种同芯并列异鞘微流体控制喷头，包括一根总毛细管、第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管，所述的总毛细管出口处的截面为椭圆形；所述的第一弯曲毛细管包括一个第一直线段和第一弯折部，所述的第一直线段设置在所述的总毛细管中并紧靠总毛细管的内侧壁，第一弯曲毛细管的出口端伸出所述的总毛细管的出口端，第一弯曲毛细管的第一弯折部从总毛细管的一个侧面穿出；所述的第二弯曲毛细管包括一个第二直线段和第二弯折部，所述的第二弯曲毛细管的第二直线段设置在总毛细管内部并穿入第一毛细管的直线段中，从第一毛细管的出口端伸出，所述的第二弯曲毛细管的外侧壁紧贴第一毛细管的靠近总毛细管中间部分的内侧壁，所述的第二弯曲毛细管的第二弯折部从总毛细管的另外一个侧面穿出。进一步的，所述的第二弯曲毛细管的第二直线段和第一毛细管的直线段的连接处密封设置。进一步的，所述的第一弯曲毛细管的出口端伸出所述的总毛细管的出口0.2mm，所述的第二弯曲毛细管的出口端伸出所述的第一弯曲毛细管的出口0.2mm。进一步的，所述的总毛细管的长度为70mm，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的长度为60mm；所述的第二弯曲毛细管的长度为65mm；所述的总毛细管接口、第一弯曲毛细管、第二弯曲毛细管与总毛细管连接处采用环氧树脂胶粘密封。进一步的，所述的第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管的弯折部的尾端的外侧壁上均设置有环形的凸起。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、纤维接收板、高压发生器和上述的同芯并列异鞘微流体控制喷头，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一根第一硅胶软管连接所述的微流体控制喷头，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一根第二硅胶软管连接所述的微流体控制喷头，所述的高压发生器和所述的微流体控制喷头通过导线连接，所述的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装置制备同芯并列异鞘结构纳米纤维的方法，在第一注射器内加入第一种排列中间的纺丝液体，第二注射器内加入第二种一边的纺丝液体，第三注射器内加入第三种另一边的纺丝液体，通过高压静电场作用，即可单步有效地制备出同芯并列异鞘结构纳米纤维。进一步的，上述的制备同芯并列异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EudragitE100和磷钨酸组成的乙醇溶液，在所述的乙醇溶液中，EudragitE100的质量百分比浓度为13%，磷钨酸的质量百分比浓度为1%；第二纺丝液为EudragitL100和磷钨酸组成的乙醇溶液，在所述的乙醇溶液中，EudragitL100的质量百分比浓度为13%，磷钨酸的质量百分比浓度为0.5%；第三纺丝液为质量百分比浓度为13%的EudragitL100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0.8ml/h，控制第二和第三注射器的芯液流量分别为1.0和0.5ml/h开启高压发生器，调整纤维板接受距离，将电压升为14kV进行电纺，即得多级并列结构纳米纤维。本专利技术的原理是：同芯并列异鞘微流体控制喷头的特殊结构特征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，在几毫秒之内将液体纺丝液拉伸成结构清晰的固体纳米纤维。另一方面，喷头出口同芯并列异鞘流体在高压电场下组成一个圆型完整曲线闭合结构，这个闭合结构一方面有利于高压电场对三种流体的均匀同步拉伸，另一方面保持排列的三种流体之间有足够的接触面积，有效地防止流体之间的“同性相斥”而引起的分离。上述原理共同作用，确保高压静电场下，从宏观模版到微观三室互联排列结构特征纳米纤维的准确“复制”。本专利技术和已有技术相比，其技术进步是显著的。本专利技术的同芯并列异鞘高压静电纺丝方法应用简单、操作方便、易于控制，在高压电场下可以单步有效地制备出同芯并列异鞘结构纳米纤维，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是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同芯并列异鞘微流体控制喷头，其特征在于：包括一根总毛细管、第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管，所述的总毛细管出口处的截面为椭圆形；所述的第一弯曲毛细管包括一个第一直线段和第一弯折部，所述的第一直线段设置在所述的总毛细管中并紧靠总毛细管的内侧壁，第一弯曲毛细管的出口端伸出所述的总毛细管的出口端，第一弯曲毛细管的第一弯折部从总毛细管的一个侧面穿出；所述的第二弯曲毛细管包括一个第二直线段和第二弯折部，所述的第二弯曲毛细管的第二直线段设置在总毛细管内部并穿入第一毛细管的直线段中，从第一毛细管的出口端伸出，所述的第二弯曲毛细管的外侧壁紧贴第一毛细管的靠近总毛细管中间部分的内侧壁，所述的第二弯曲毛细管的第二弯折部从总毛细管的另外一个侧面穿出。

【技术特征摘要】
1.一种同芯并列异鞘微流体控制喷头，其特征在于：包括一根总毛细管、第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管，所述的总毛细管出口处的截面为椭圆形；所述的第一弯曲毛细管包括一个第一直线段和第一弯折部，所述的第一直线段设置在所述的总毛细管中并紧靠总毛细管的内侧壁，第一弯曲毛细管的出口端伸出所述的总毛细管的出口端，第一弯曲毛细管的第一弯折部从总毛细管的一个侧面穿出；所述的第二弯曲毛细管包括一个第二直线段和第二弯折部，所述的第二弯曲毛细管的第二直线段设置在总毛细管内部并穿入第一毛细管的直线段中，从第一毛细管的出口端伸出，所述的第二弯曲毛细管的外侧壁紧贴第一毛细管的靠近总毛细管中间部分的内侧壁，所述的第二弯曲毛细管的第二弯折部从总毛细管的另外一个侧面穿出。2.根据权利要求1所述的一种同芯并列异鞘微流体控制喷头，其特征在于：所述的第二弯曲毛细管的第二直线段和第一毛细管的直线段的连接处密封设置。3.根据权利要求1所述的一种同芯并列异鞘微流体控制喷头，其特征在于：所述的第一弯曲毛细管的出口端伸出所述的总毛细管的出口0.2mm，所述的第二弯曲毛细管的出口端伸出所述的第一弯曲毛细管的出口0.2mm。4.根据权利要求1所述的一种同芯并列异鞘微流体控制喷头，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的长度为60mm；所述的第二弯曲毛细管的长度为65mm；所述的总毛细管接口、第一弯曲毛细管、第二弯曲毛细管与总毛细管连接处采用环氧树脂胶粘密封。5.根据权利要求1所述的一种同芯并列异鞘微流体控制喷头，其特征在于：所述的第一弯曲毛细管和第二弯曲毛细管的弯折部的尾端的外侧壁上均设置有环形的凸起。6.一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、第二注射泵、第二注射...

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