一种气泡雾化静电纺丝喷头、静电纺丝装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术属于纺织机械领域，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，本发明专利技术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。

An electrostatic spinning nozzle, an electrostatic spinning device and its application

The invention belongs to the field of textile machinery, in particular to a bubble atomizing electrostatic spinning nozzle, an electrostatic spinning device and an application thereof. Based on the electrospinning process of bubble atomization spray forming, it can be divided into two stages: bubble atomization spray and micro droplet (jet) draft. Through the bubble atomization technology, the polymer dilute solution is first atomized into a large number of micro droplets, and then these micro droplets are directly drawn into nanofibers by the coupling effect of electric field force and air flow force. Different from the existing Taylor cone electrospinning principle, the invention introduces the bubble atomization technology into the electrospinning, atomizes and sprays a large number of micro droplets through the bubble flow generated by gas-liquid mixing, drafts and forms nanofibers, and finally achieves the large-scale production of nanofibers by the bubble atomization electrospinning method.

【技术实现步骤摘要】
一种气泡雾化静电纺丝喷头、静电纺丝装置及其应用
本专利技术属于纺织机械领域，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术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专利技术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40-60kV，纺丝溶液总流量为50-60mL/h，纺丝气压为0.1-0.2MPa，气体流速为0.1L/min-6L/min，喷头与接收板的距离为50-100cm。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术通过气泡雾化技术，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。气泡雾化纺丝喷头如图5所示。主要由外管、液体入口管、内管、气泡雾化喷嘴、充气口、混合室构成，在内管液道上方沿圆周方向开有一定数量的充气小孔。压缩空气经这些充气孔进入液道与纺丝溶液混合，在混合室内形成均匀离散的气泡流；气泡流从喷嘴喷射后，由于喷嘴内外的压差作用，会经历加速、变形、膨胀和爆破，从而雾化成超多的荷电微液滴，进入流-电耦合场中牵伸成纳米纤维，此纺丝方式大大提高了纳米纤维生产效率，有望达到批量化生产。2、本专利技术的气泡雾化喷嘴能够在低气压、低耗气率下实现较好的雾化效果。一方面达到了节能的效果，另一方面是相对于超声速静电纺丝来说提高了纺丝的安全性以及可操作性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为气泡雾化静电纺丝喷嘴的爆炸结构图，1外管、2进液接口管、3内管、4气泡雾化喷嘴。图2、图3为气泡雾化静电纺丝喷头正面剖面视图和剖面透视图，5液体入口管、6气体入口管、7充气口、8上游混合室、9下游混合室、10喷孔出口。图4为气泡雾化静电纺丝喷嘴的侧面截面剖视结构示意图。图5为气泡雾化静电纺丝喷嘴立体透视结构示意图。图6为内管的立体结构示意图。图7为实施例1制备的纳米纤维毡的SEM图片。图8为对比例1制备的纳米纤维毡的SEM图片。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本申请设计了一种气泡雾化静电纺丝喷头，如图1、图4所示，包括内管3，内管3外配合套设有外管1，外管1的底部与气泡雾化喷头4螺纹连接，外管1的上部一侧设有进气接口管6；气泡雾化喷头4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9和喷孔出口10，气泡雾化喷嘴的喷孔出口10连接射流内外环境，是气液压力的释放端口。如图2、图3、图6所示，所述内管3顶部设有液体入口管5、中部为上游混合室8，内管3罐体上设有复数个充气口7，充气口7贯穿内管3管壁，充气口7呈360°分布于内管3的四周，充气口7的个数为16-20个，充气口7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6穿过外管1的管壁与外管1的内壁相齐，进气接口管6的端口与外管1的管壁之间设有密封圈。所述液体入口管5、上游混合室8、下游混合室9和喷孔出口10紧密联通，如图5所示。所述充气口7距离喷孔出口10的距离为72mm，上游混合室8和下游混合室9的总长度为50.5mm，上游混合室8的区域横截面直径为8mm，下游混合室9的位于喷头内的区域横截面直径为6mm，喷孔出口10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72mm。混合室是气泡雾化喷嘴内部气液相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气泡雾化静电纺丝喷头，其特征在于：包括内管（3），内管（3）外配合套设有外管（1），外管（1）的底部与气泡雾化喷头（4）螺纹连接，外管（1）的上部一侧设有进气接口管（6）；气泡雾化喷头（4）为锥型螺纹头，锥型螺纹头（11）内设有凹台，凹台下方贯穿依次设有下游混合室（9）和喷孔出口（10）。/n

【技术特征摘要】
1.一种气泡雾化静电纺丝喷头，其特征在于：包括内管（3），内管（3）外配合套设有外管（1），外管（1）的底部与气泡雾化喷头（4）螺纹连接，外管（1）的上部一侧设有进气接口管（6）；气泡雾化喷头（4）为锥型螺纹头，锥型螺纹头（11）内设有凹台，凹台下方贯穿依次设有下游混合室（9）和喷孔出口（10）。


2.根据权利要求1所述的气泡雾化静电纺丝喷头，其特征在于：所述内管（3）顶部设有液体入口管（5）、中部为上游混合室（8），内管（3）罐体上设有复数个充气口（7），充气口（7）贯穿内管（3）管壁，充气口（7）呈360°分布于内管（3）的四周，充气口（7）的个数为16-20个，充气口（7）的直径为0.8mm。


3.根据权利要求2所述的气泡雾化静电纺丝喷头，其特征在于：所述进气接口管（6）穿过外管（1）的管壁与外管（1）的内壁相齐，进气接口管（6）的端口与外管（1）的管壁之间设有密封圈。


4.根据权利要求3所述的气泡雾化静电纺丝喷头...

【专利技术属性】
技术研发人员：何建新，元苹平，孙晓艳，周玉嫚，于文，祁琳雅，陈元昆，岳万里，刘春晖，廖熙，张一敏，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：河南;41