本發(fā)明涉及一種靜電紡絲噴頭，從使用上講，是一種基于靜電紡絲法得到空心或多孔復合纖維用的一種空芯靜電紡絲噴頭。

背景技術：

同軸靜電紡絲法是在靜電紡絲的基礎上改進裝置發(fā)展而來的一種工藝，可用來制備特殊功能結(jié)構的纖維材料，它的出現(xiàn)彌補了普通靜電紡絲法在制備非常規(guī)結(jié)構纖維時所存在的缺陷。普通靜電紡絲裝置為單通道針頭，而同軸靜電紡絲裝置為含有內(nèi)外兩個同軸的復合針頭，復合針頭的兩個管道分別與注射器相連，注射器由注射泵控制，從而獲得恒定注射量，內(nèi)外針管溶液分別裝入不同的注射器內(nèi)，在注射泵的推動下內(nèi)外針管溶液通過不同管道流經(jīng)同軸針頭，在針頭處匯合形成核-芯結(jié)構的泰勒錐。在高壓電場力和表面張力的共同作用下，芯層溶液與核層溶液發(fā)生相互作用，產(chǎn)生“粘拽”和“接觸摩擦”，從而使核層溶液獲得一定拉伸，最終形成具有層狀結(jié)構的復合納米纖維。

但是，由于同軸靜電紡絲的噴頭，以及操作工藝及其嚴格，不容易控制生成雙層或復合的纖維，特別是內(nèi)針頭管道伸出外針頭管道的距離是影響同軸噴射流形成的關鍵性因素：距離太小時，內(nèi)針管道溶液容易被外層管道的溶液堵住，內(nèi)針頭溶液沒辦法順利流出，此時在電場力作用下內(nèi)層溶液得不到拉伸，僅有外層溶液形成射流。距離太大時，溶液沿內(nèi)針管壁的外表面流出，無法將內(nèi)針頭伸出部分完全包覆，進而導致許多溶液從針頭四周射出，無法得到穩(wěn)定的同軸噴射流。

因此，解決上述問題，需要設計一種精準、易操作的同軸靜電紡絲噴頭，能夠制備核-芯結(jié)構、中空結(jié)構及多級結(jié)構的纖維材料提供技術的支撐，進而拓寬納米纖維的應用領域。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明的技術方案為：一種空芯靜電紡絲噴頭，由內(nèi)針管和外針管和空心管組成。其特征在于：內(nèi)徑? a的內(nèi)針管的內(nèi)部同軸安裝有外徑是?b的空心管，在內(nèi)針管的呈H₄高尖錐形的內(nèi)針管頭，空心管的空心管開口邊與內(nèi)針管頭壁密閉焊接；在距離內(nèi)針管頭底邊H₃尺寸的地方，加工有一個反相均液環(huán)，在距離反相均液環(huán)H₂尺寸的地方，加工有一個中間均液環(huán)，在距離中間均液環(huán)H₁尺寸的地方，加工有一個上均液環(huán)。均液環(huán)的設計在于將上述出口的溶液很好地均勻涂覆在內(nèi)針管圓周壁上，避免出現(xiàn)線流而導致各種溶液混合不均勻。在距離上均液環(huán)上方h尺寸的地方，加工有垂直內(nèi)針管軸向，橫向貫通內(nèi)針管內(nèi)徑的2個對稱的針口一；在距離上均液環(huán)下方h尺寸的地方，加工有垂直內(nèi)針管軸向，橫向貫通內(nèi)針管內(nèi)徑的，方向與針口一十字排布的2個的針口二。所開針口不損壞和影響內(nèi)部的空心管的完整，即，加工好針口后的內(nèi)針管才安裝空心管。相互十字對稱排布的貫通口設計，避免溶液在一個方向上堆積，易于溶液鋪展。內(nèi)針管的橫向貫通口的設計，改變了原同軸噴頭內(nèi)外針管開口都一致，容易導致各個組分來不及相互混勻或內(nèi)外包覆不好的問題。設計在于避免了原同軸靜電紡絲噴頭的內(nèi)外噴頭針管，在紡絲過程中，由于內(nèi)外針頭管間距、長度等參數(shù)設置不好，而造成的其內(nèi)針管與外針管不同組分溶液的混合不均的難題。從針口一上部平齊線開始的內(nèi)針管表面，一直到內(nèi)針管頭底邊的表面，均加工有與內(nèi)針管溶液相浸潤的內(nèi)針管處理表面；上均液環(huán)和中間均液環(huán)的表面，都加工有與內(nèi)針管里流動的溶液相浸潤的處理表面，并具有向下引流作用的微納米結(jié)構。設計有利于內(nèi)針管的液體環(huán)形均勻后向下引流。反相均液環(huán)的表面，加工有與外針管）里流動的溶液相浸潤的、與內(nèi)針管里流動的溶液不相浸潤的反相處理表面，并只具有溶液涂覆的微納米表面結(jié)構，沒有向下引流的結(jié)構。內(nèi)針管頭的表面加工有內(nèi)針管頭處理表面，內(nèi)針管頭處理表面與外針管里流動的溶液相浸潤的、與內(nèi)針管里流動的溶液不相浸潤的反相處理表面，并且具有溶液涂覆橫向環(huán)狀引流作用的微納米表面結(jié)構。這一設計阻滯減緩和均勻流體的流動力，使纖維拉伸時全靠電場力。這是本發(fā)明其中一個創(chuàng)新點，目的在于將內(nèi)針管流出的溶液快速地鋪滿內(nèi)針管表面，為外針管的另外一種溶液下一步均勻包覆內(nèi)針管流出的溶液，或均勻混合內(nèi)針管出口流出的溶液做準備。同時，在反相均液環(huán)處，因外針管溶液容易涂覆，所以能夠更好地被外針管的溶液包覆或混合。所述空心管是在內(nèi)針管加工好針口一和針口二后，才安裝，外針管是同軸套在內(nèi)針管之外。

上述技術方案中，所述針口一的開口直徑?_上與針口二的開口直徑?_下，之間尺寸關系是?_上= 1.5?_下 。設計目的是為了保證內(nèi)針管的針口一與針口二的溶液，在計算的合理管徑和流速下，上下兩層出口的溶液，能夠迅速匯合，均勻鋪展在內(nèi)針管表面。所述針口一的下邊到上均液環(huán)的距離h=3?_上，針口二的上下邊到上均液環(huán)和中間均液環(huán)的距離h=3 ?_上；所述反相均液環(huán)、中間均液環(huán)和上均液環(huán)的厚度h₁一致，h₁= ?_上。設計目的同樣是為了保證內(nèi)針管的針口一與針口二的溶液，能夠均勻鋪展在內(nèi)針管表面，同時與被輔助管流出的溶液均勻包覆；或者，與輔助管流出的溶液均勻混合做準備。

上述技術方案中，所述中間均液環(huán)與反相均液環(huán)之間的距離H₂ ≥2（?_上+ ?_下），反相均液環(huán)到內(nèi)針管頭底邊的距離H₃ =2（H₁+ H₂），內(nèi)針管頭的高H₄ =3 ?_上。距離限定了實驗最優(yōu)參數(shù)的選擇，目的是保證外針管流出的溶液和內(nèi)針管流出的另外一種溶液，有足夠的流程混合或包覆。在高壓靜電拉伸時，保證已經(jīng)是一體的。

上述技術方案中，所述外針管的內(nèi)徑半徑與內(nèi)針管的外壁半徑之差L₀ ≥5?_上；反相均液環(huán)半徑與內(nèi)針管的外壁半徑之差L₃ =0.5 ?_上~ 4?_上；中間均液環(huán)外沿半徑與內(nèi)針管的外壁半徑之差L₂ = 0.5 ?_下~ 2?_下；上均液環(huán)外沿半徑與內(nèi)針管的外壁半徑之差L₁ =0.5 ?_上~ 2?_上；所述內(nèi)針管伸出外針管的平口端的距離h₀ = 2L₀ ~5L₀。此設計，使得外針管和內(nèi)針管的溶液能夠均勻混合，在相同參數(shù)設置下其流速與內(nèi)針管的溶液的流速基本相同，簡化了操作的參數(shù)設定，統(tǒng)一設置參數(shù)即可。內(nèi)針管的內(nèi)徑? a與空心管外徑? b的數(shù)量關系是? a≥3? b，保證內(nèi)針管的液體運輸能力。

上述技術條件設計，是本發(fā)明能夠依據(jù)不同的實驗，制備不同的復合靜電紡絲纖維。如果，外針管的溶液和內(nèi)針管的溶液均是一樣的親水或疏水，能夠使用本發(fā)明。兩者溶液揮發(fā)速率相似，能夠容易形成混合復合纖維，如兩者溶液揮發(fā)速率有差別，能夠容易形成核-殼層狀結(jié)構的復合纖維。如果外針管的溶液是親水，另一個內(nèi)針管的溶液是疏水，本發(fā)明也能夠用?；蛘撸瑑?nèi)針管的溶液是親水，外針管的溶液是疏水，本發(fā)明也能夠用。也能夠容易形成核-殼層狀結(jié)構的復合纖維。

本發(fā)明設計的同軸靜電紡絲噴頭與現(xiàn)有的常規(guī)同軸靜電紡絲相比，本發(fā)明有下列有益效果。

（1）因為在高壓靜電紡絲前幾種原料溶液已經(jīng)混合為一體，在操作參數(shù)的設定過程中，能夠依照單針管噴頭進行操作，只需在本發(fā)明噴頭的封閉尖頭處形成復合泰勒錐，繼而從泰勒錐體拉伸出由殼層包覆核層的同軸殼-芯復合結(jié)構的纖維。操作工藝簡單。

（2）同時，能夠?qū)崿F(xiàn)兩種以上不同組分的溶液的混合靜電紡絲，為加工核-殼結(jié)構、中空結(jié)構、多孔結(jié)構的功能化纖維材料提供很大的便利。

（3）本發(fā)明能夠廣泛應用于藥物緩釋、組織工程以及藥物載體等領域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的內(nèi)針管結(jié)構主視示意圖。

圖2為本發(fā)明的內(nèi)針管結(jié)構尺寸標注示意圖。

圖3為本發(fā)明的裝配結(jié)構主視示意圖。

圖4為本發(fā)明的裝配結(jié)構仰視示意圖。

其中：1.內(nèi)針管頭；2.內(nèi)針管；3.反相均液環(huán)；4.中間均液環(huán)；5.上均液環(huán)；6.針口一；7.空心管；8.內(nèi)針管處理表面；9.針口二；10. 內(nèi)針管頭處理表面；11.空心管開口；12.外針管。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1至附圖4，以及具體實施例進一步對本發(fā)明加以說明。

具體實施例一

本發(fā)明的一種空芯靜電紡絲噴頭，由內(nèi)針管2和外針管12和空心管7組成。從針口一6上部平齊線開始的內(nèi)針管2表面，一直到內(nèi)針管頭1底邊的表面，均加工有與內(nèi)針管溶液相浸潤的內(nèi)針管處理表面8；上均液環(huán)5和中間均液環(huán)4的表面，都加工有與內(nèi)針管2里流動的溶液相浸潤的處理表面，并具有向下引流作用的微納米結(jié)構。反相均液環(huán)3的表面，加工有與外針管12里流動的溶液相浸潤的、與內(nèi)針管2里流動的溶液不相浸潤的反相處理表面，并只具有溶液涂覆的微納米表面結(jié)構，沒有向下引流的結(jié)構。內(nèi)針管頭1的表面加工有內(nèi)針管頭處理表面10，內(nèi)針管頭處理表面10與外針管12里流動的溶液相浸潤的、與內(nèi)針管2里流動的溶液不相浸潤的反相處理表面，并且具有溶液涂覆橫向環(huán)狀引流作用的微納米表面結(jié)構。

內(nèi)針管2內(nèi)徑? a = 3mm，空心管7外徑? a =1mm，空心管7內(nèi)徑? =0.45mm。針口一6的開口直徑?_上=0.90mm，針口二9的開口直徑?_下= 0.6mm。針口一6的下邊到上均液環(huán)5的距離h=2.7mm，針口二9的上下邊到上均液環(huán)5和中間均液環(huán)4的距離h=2.7mm。反相均液環(huán)3、中間均液環(huán)4和上均液環(huán)5的厚度h₁一致，h₁=0.9mm。

上均液環(huán)5與中間均液環(huán)4之間的距離H₁ =6mm，中間均液環(huán)4與反相均液環(huán)3之間的距離H₂=6mm，反相均液環(huán)3到內(nèi)針管頭1底邊的距離H₃ =24mm，內(nèi)針管頭11的高H₄ =2.7mm。

外針管12的內(nèi)徑半徑與內(nèi)針管2的外壁半徑只差L₀ =0.90mm；反相均液環(huán)3半徑與內(nèi)針管2的外壁半徑之差L₃ =0.90mm；中間均液環(huán)4外沿半徑與內(nèi)針管2的外壁半徑之差L₂ =0.45mm；上均液環(huán)5外沿半徑與內(nèi)針管2的外壁半徑之差L₁ =0.45mm；內(nèi)針管2伸出外針管12的平口端的距離h₀ = 2.7mm。

具體實施例二

本發(fā)明的一種空芯靜電紡絲噴頭，由內(nèi)針管2和外針管12和空心管7組成。從針口一6上部平齊線開始的內(nèi)針管2表面，一直到內(nèi)針管頭1底邊的表面，均加工有與內(nèi)針管溶液相浸潤的內(nèi)針管處理表面8；上均液環(huán)5和中間均液環(huán)4的表面，都加工有與內(nèi)針管2里流動的溶液相浸潤的處理表面，并具有向下引流作用的微納米結(jié)構。反相均液環(huán)3的表面，加工有與外針管12里流動的溶液相浸潤的、與內(nèi)針管2里流動的溶液不相浸潤的反相處理表面，并只具有溶液涂覆的微納米表面結(jié)構，沒有向下引流的結(jié)構。內(nèi)針管頭1的表面加工有內(nèi)針管頭處理表面10，內(nèi)針管頭處理表面10與外針管12里流動的溶液相浸潤的、與內(nèi)針管2里流動的溶液不相浸潤的反相處理表面，并且具有溶液涂覆橫向環(huán)狀引流作用的微納米表面結(jié)構。

內(nèi)針管2內(nèi)徑? a =6mm，空心管7外徑? a =2mm，空心管7內(nèi)徑? =0.75mm。針口一6的開口直徑?_上=1.5mm，針口二9的開口直徑?_下= 1mm。針口一6的下邊到上均液環(huán)5的距離h=4.5mm，針口二9的上下邊到上均液環(huán)5和中間均液環(huán)4的距離h=4.5mm。反相均液環(huán)3、中間均液環(huán)4和上均液環(huán)5的厚度h₁一致，h₁=1.5mm。

上均液環(huán)5與中間均液環(huán)4之間的距離H₁ =10mm，中間均液環(huán)4與反相均液環(huán)3之間的距離H₂=5mm，反相均液環(huán)3到內(nèi)針管頭1底邊的距離H₃ =30mm，內(nèi)針管頭1的高H₄ =4.5mm。

外針管12的內(nèi)徑半徑與內(nèi)針管2的外壁半徑之差L₀ =1.5mm；反相均液環(huán)3半徑與內(nèi)針管2的外壁半徑之差L₃ =1.0mm；中間均液環(huán)4外沿半徑與內(nèi)針管2的外壁半徑之差L₂ = 0.75 mm；上均液環(huán)5外沿半徑與內(nèi)針管2的外壁半徑之差L₁ =1.0mm；內(nèi)針管2伸出外針管12的平口端的距離h₀ =7.5mm。