一種裝卸式可調(diào)長梭型溶液噴射紡絲噴嘴及其使用方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及微納米紡絲技術(shù)領域，尤其涉及一種微納米纖維的溶液噴射紡絲模頭。
【背景技術(shù)】
[0002]亞微米至納米級的超細纖維具有尺寸小、比表面積高、纖維膜孔徑小、孔隙率高等特性，其制成的材料，可廣泛應用于醫(yī)用材料、精細過濾材料、吸油材料、保暖材料、電池隔板以及空氣凈化等各個領域。由于微納米纖維制成的材料具有良好而廣闊的應用前景，其制備技術(shù)成為國內(nèi)外的研究熱點。
[0003]目前，大多數(shù)微納米纖維是通過靜電紡絲及熔噴紡絲等技術(shù)制備的。早在1934年，美國發(fā)明專利(US1975504)指出電場力進行紡絲，其核心是在電場力的高速拉伸作用下進行。靜電紡絲工藝工程中大多采用單針頭或多針頭設備，通常每一個針頭產(chǎn)生一個泰勒錐，噴射一股射流，導致微納米纖維產(chǎn)量低，從而成為制約靜電紡絲的瓶頸。雖然美國專利(US6616435B2, US6713011B2)設計了多噴頭連續(xù)靜電紡絲裝置，其噴嘴的排列型式有單排直線式，也有多排矩陣式。但是在多噴頭靜電紡絲系統(tǒng)中，周邊噴頭噴射出的射流因受到相鄰噴頭帶有同種電荷射流的靜電排斥，導致周邊噴頭噴出的納米纖維飛散，使電場紡絲過程變得難以控制。
[0004]熔噴法是目前已商業(yè)化制備微納米纖維技術(shù)方法，其相關技術(shù)文獻主要包括美國專利(US3959421，US5075068),該方法是將聚合物熔體經(jīng)噴絲板擠出后，經(jīng)兩股高速高溫的熱空氣進行牽伸而細化成超細纖維。在該紡絲過程中需要熔融的聚合物流體，對其流動性能要求較高，而所需的高速高溫的熱空氣，其耗能較大，且紡出的纖維直徑在Iym以上?；陟o電紡絲和熔噴技術(shù)，聚合物溶液噴射紡絲(液噴)新技術(shù)逐漸發(fā)展起來。液噴紡絲工藝是將聚合物溶解在一種溶劑中制成紡絲溶液，再經(jīng)擠出裝置輸送到噴絲板，使紡絲溶液從噴絲板的噴絲孔中擠出，形成噴絲溶液細流；然后再有高速噴射氣流拉伸細化，使紡絲溶液中的溶劑揮發(fā)，從而形成微納米纖維。中國專利ZL201110041792.3指出該方法是利用多股收斂的高速氣流對成纖聚合物溶液射流進行超細拉伸并使之脫溶劑化生成納米纖維。中國專利ZL201410150476.3采用多級氣流腔進行氣流分配，以期獲得規(guī)?；a(chǎn)的液噴紡絲模頭。該模頭設計復雜，模頭固定，工藝參數(shù)調(diào)節(jié)困難，同時由于該模頭為每個溶液擠出細流提供單獨的環(huán)形牽伸氣流，氣流與噴絲孔平行排列，如果氣流之間發(fā)生了干擾，難以改進參數(shù)工藝或調(diào)節(jié)各個氣流噴嘴，從而造成紡絲不均勻或并絲現(xiàn)象。液噴噴嘴的研究文獻較少，已有的文獻報道主要《Solut1n blow spinning: A new method to produce micro-and nanofibers from polymer solut1ns》(Medeiros E S，Glenn G M，Klamczynski APj et al，Journal of Applied Polymer Science[J].2009，113(4): 2322-2330.)和((Nanofibers from Scalable Gas Jet Process)) (Benavides R E，Jana S C，Reneker DH，ACS Macro Letters [J]，2012，1 (8): 1032-1036.)等有所涉及。這些已有的文獻研究表明液噴紡絲中氣流場與針頭探出距離和噴嘴形狀密切相關，但報道的溶液噴絲噴嘴主要是環(huán)形噴嘴、圓盤形噴嘴等，普遍采用固定式噴嘴，其噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)不易調(diào)節(jié)。不利于改善纖維牽伸的氣流場及相關的紡絲工藝參數(shù)，弱化了纖維拉伸細化所受到的牽伸力，最終影響纖維的制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一種基于以上技術(shù)的不足，本發(fā)明專利提出了一種裝卸式可調(diào)長梭型溶液噴射紡絲噴嘴，該裝置不僅可以調(diào)節(jié)液噴紡絲中氣流場的變化和相關工藝參數(shù)，而且能方便裝卸，利于改善纖維所處的牽伸氣流場，從而可方便獲取微納米纖維。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:一種裝卸式可調(diào)長梭型液噴噴嘴，包括氣流入口支管A、氣流入口支管B、橡膠塞套、針頭、長梭型氣流管道和噴嘴出口調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述橡膠塞套同軸固定在長梭型氣流管道的入口端上，所述的氣流入口支管A和氣流入口支管B均與長梭型氣流管道相貫通，且分布在橡膠塞套兩側(cè)，所述的氣流入口支管A和氣流入口支管B的長徑比可根據(jù)針頭的長徑比改變，所述針頭插入橡膠塞套，橡膠塞套可插入不同直徑的針頭并可調(diào)節(jié)針頭在出口處的位置，所述的長梭型氣流管道出口端設置噴嘴出口調(diào)節(jié)裝置。
[0007]所述氣流入口支管A和氣流入口支管B對稱分布在橡膠塞套兩側(cè)，并與橡膠塞套形成角度，為防止角度太小氣流難以匯聚，不利于纖維牽伸；同時角度也不可太大，防止氣流在通道中衰減，不利于纖維的牽伸，所以該角度在15° -60°之間。
[0008]所述的橡膠塞套直徑為可變參數(shù)，針頭可以在橡膠塞套中來回收縮且能確保氣密性。
[0009]所述的長梭狀氣流管道的直徑為中部最大，并逐漸縮小至出口處，便于對進入的氣流進行匯聚，且防止帶有夾角的氣流速度在空腔中出現(xiàn)環(huán)流的現(xiàn)象。
[0010]本發(fā)明的使用方法包括下列步驟:
步驟一:將一定量的高分子聚合物溶解于溶液或去離子水中，得到高分子聚合物溶液；
步驟二:將針頭貫穿噴嘴出口調(diào)節(jié)裝置，并插入橡膠塞套，其針頭探出噴嘴出口調(diào)節(jié)裝置的位置可調(diào)；
步驟三:經(jīng)微型注射器將高分子聚合物擠入針頭中；
步驟四:將空壓機的氣流管道與氣流入口支管A和氣流入口支管B相連接，并通過空壓機的氣流調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)氣流大小及出口處面積，開始液噴紡絲；
步驟五:最后采用接收裝置接受生成的微納米纖維。
[0011]所述的步驟一中，所述高分子聚合物為聚氧化乙烯或聚環(huán)氧乙烷或聚乳酸或聚羥基丁酸戊酸共聚酯，分子量為10萬-100萬。
[0012]所述的步驟二中，所述針頭探出噴嘴出口調(diào)節(jié)裝置的長度為2-5mm。
[0013]所述的步驟三中，氣流調(diào)節(jié)閥將氣流壓強調(diào)節(jié)為1.2-1.6Mpa。
[0014]與現(xiàn)有液噴紡絲噴嘴設備相比，本發(fā)明專利的有益效果是該噴嘴裝置方便裝卸，安裝調(diào)試方便，可提高液噴紡絲效率；利于便捷調(diào)節(jié)紡絲針頭的長徑比、針頭的探出距離、噴嘴面積等重要紡絲工藝參數(shù)，可改變噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)，調(diào)整纖維所處的牽伸氣流場，便于液噴微納米纖維的制備。
【附圖說明】
[0015]下列結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明專利進一步說明:
圖1液噴紡絲工藝流程示意圖；
圖2本發(fā)明專利的液噴紡絲噴嘴結(jié)構(gòu)圖；
圖3噴嘴出口調(diào)節(jié)裝置處縱剖面結(jié)構(gòu)圖；
圖4 PEO纖維SEM圖片；
圖5 PAN纖維SEM圖片；
其中1-空壓機，2-微型注射器，3-氣流閥，4-裝卸式可調(diào)長梭型溶液噴射紡絲噴嘴，5-接收裝置，6-氣流入口支管A，7-橡膠塞套，8-氣流入口支管B，9-長梭型氣流管道，10-噴嘴出口調(diào)節(jié)裝置，11-針頭。
【具體實施方式】
[0016]如圖1、圖