[实用新型]一种基于实心针喷丝装置的静电喷丝系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及静电喷丝技术领域，尤其涉及一种实心针喷丝系统及其使用的静电喷丝系统。

背景技术

纳米纤维广义上是指直径在1000nm以下的纤维，具有比表面积大、孔隙率高等特点，被广泛应用于高效过滤材料、创伤敷料、组织工程、复合材料、电池电极及微纳米器件等领域。

静电纺丝是通过高压直流电源产生的电场力拉伸聚合物溶液或熔体来制备纳米纤维的方法，是目前制备纳米纤维的最有效技术之一。静电纺丝包括溶液静电纺丝和熔融静电纺丝两大类，其中溶液静电纺丝由于其设备及工艺简单而得到快速发展。

溶液静电纺丝装置主要包括高压电源发生器、喷丝头、供液系统和纤维接收装置四部分。溶液静电纺丝装置可以采用单个金属毛细针管作为喷丝头实现纺丝，如专利200420020596.3、200410025622.6等所公开的技术。但是，由于传统单个金属毛细针管静电纺丝产率较低，无法满足工业化需求，成为制约其发展的瓶颈问题。

目前，实现规模化静电纺丝的相关技术可以归纳为多针头式(带毛细孔针头)和无针头式两大类。Theron等将多个金属毛细针管按照直线排列或矩形排列的方式组成多针头静电纺丝装置[S.A.THERON，A.L.YARIN，E.ZUSSMAN，E.KROLL.Multiple jets in electrospinning：experiment and modeling.Polymer，2005，46(9)：2889-2899.]，国内及国际上也出现了很多类似专利，如200420107832.5、201510278266.7、WO2007035011等所公开的技术。

多针头静电纺丝技术喷丝位置可控、喂液量可控、喷丝过程稳定，且在产量上有了大幅提高，但是多针头静电纺丝过程中会出现严重的“边缘效应(End effect)”现象，即由于同排多针头之间存在静电排斥，导致两边的针头出来的射流会向两侧严重倾斜，使接收装置只能接收到中间的部分纤维，导致静电纺丝效率和产量大打折扣，同时，由于各针头之间场强的相互干扰，使得场强分布不均匀，导致获取的纤维膜均匀度不好；除此之外，针头堵塞、不便清洗、注射泵容量有限以及针头所带电荷回流易导致电器元件损毁、输液管路易发生爆炸和着火等问题，都在很大程度上阻碍了多针头静电纺丝工业化的进程。

无针头静电纺设备不存在针头堵塞问题，产量比针头式静电纺提高了很多，但是由于发射极大多没有尖峰且面积较大，泰勒锥产生的临界场强大，能耗较高；同时，泰勒锥产生的位置和状态不可控，所得纤维粗细不匀、纤维偏粗、产品质量难以控制。另外，无针头静电纺往往采用开放式供液，会导致溶剂挥发、溶液浓度变大、喷丝过程不可控等问题，往往给工业化生产带来很大不便。

实用新型内容

针对现有的静电纺丝技术领域存在的上述问题，现提供一种基于实心针喷丝装置的静电喷丝系统，旨在解决传统针管式静电纺丝装置针头堵塞、不便清洗、单次纺丝溶液量有限、场强不均匀以及存在的“边缘效应”等问题和无针头静电纺丝中开放式供液导致的溶剂挥发、纺丝射流不可控及能耗过高等问题。

具体技术方案如下：

本实用新型的第一个方面是提供一种实心针喷丝装置，具有这样的特征，包括：

实心针，实心针包括针体以及设于针体一端的针尖；以及针套，针套内沿其轴向方向开设有与实心针相配合的中心孔，针体设置针尖的一端从针套的一端伸入中心孔内，并且，实心针的外壁与中心孔的孔壁间隙配合，针套另一端的侧壁上设有喂液通道，喂液通道贯穿针套的侧壁并与中心孔连通，喂液通道内设有进液阀，中心孔内相对靠近喂液通道的一端设有出液阀，针套另一端的中心孔的孔壁上同轴套设有电极环，并且，电极环套设于出液阀的外周。

上述的实心针喷丝装置，还具有这样的特征，针体、针尖均为圆柱体状，并且，针尖通过与针体横截面面积相同的底面连接于针体上。

上述的实心针喷丝装置，还具有这样的特征，针体由金属材料制成，针尖由绝缘材料制成，上述绝缘材料包括聚酰亚胺、聚甲醛、酚醛树脂、聚四氟乙烯、聚丙烯、高强聚乙烯或陶瓷等有机或无机绝缘材料。

上述的实心针喷丝装置，还具有这样的特征，针套由绝缘材料制成，上述绝缘材料包括聚酰亚胺、聚甲醛、酚醛树脂、高强聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或陶瓷等有机或无机绝缘材料。

上述的实心针喷丝装置，还具有这样的特征，进液阀和出液阀均为单向阀。