具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如背景技术所述，在纳米纤维滤材的工业化生产中，为了实现高效低阻，溶液粘度越低、溶液电导率越高、纺丝针头越细。但是，当前的高压静电纺丝设备从无针纺到有针纺都遇到生产效率低下的问题，从而提高了纳米纤维滤材的生产成本。

为了解决这一技术问题，发明人经过长期的研究，提供了一种分体式静电纺丝针头。如图1所示，该分体式静电纺丝针头包括分体设置的针头基座200、针头100以及限位锁紧帽300。

请参见图2，所述针头100包括安装基座120以及针管110，所述安装基座120整体呈圆台状，其内部设有上细下粗的锥形腔。所述针管110一体成型于安装基座120的顶部，针管110内设有针孔111，所述针孔111与所述锥形腔连通。优选的，所述针管110的前端设置有锥面112，所述锥面112的锥度优选为65°～85°。所述安装基座120的底部周缘向四周延伸形成锁板121。

本发明中，所述针头100优选地由聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)或聚醚醚酮(PEEK)材料制备而成的，这些材料均具有良好的机加工性能、绝缘性能和耐溶剂性能。所述针头100进一步优选地由PEEK材料制备而成，更优选地由英国victrex(威格斯)150G PEEK制备而成。

PEEK被公认为是目前可用的性能最好的热塑材料。150G PEEK主要物理性能概括如下：

1)高温性能：PEEK聚合物和化合物的玻璃化转变温度通常为143℃，熔点为343℃；

2)电气性能：在很宽的频率和温度范围内，PEEK聚合物都可保持其电气性能不变，0.005cm薄膜测得绝缘强度为190KVcm^-1@ASTM D149；

3)加工性能：密度1.32g cm^-3@ASTM D792，抗拉强度[email protected] D638，弯曲强度[email protected] D790，洛氏硬度126/99R级M级@ASTM D785。

4)耐化学腐蚀性能：即使在高温下，PEEK聚合物也能够很好地抵抗大多数环境，在常温环境下，唯一能够溶解PEEK聚合物的是浓硫酸。

基于150G PEEK上述优异的特性，由150G PEEK制作的针头耐化学腐蚀性能优异，除浓硫酸以外，所有溶剂都不能在常温下溶解，这解决了现有的金属针头清洗过程中易被溶解腐蚀，导致老化报损的问题。此外，由于150G PEEK材料制作纺丝针头适用于除浓硫酸以外多数溶剂体系，因此该针头适用的溶液体系面宽。

其次，由150G PEEK制作的针头电绝缘性能优异，解决了在规模化生产过程中为了提高生产效率而在单位面积设置大量金属针头，造成针头场强相互干扰、进而影响纺丝的问题。150G PEEK绝缘强度达到了190KVcm^-1@ASTM D149(通过0.005cm薄膜测得)，且在很宽的频率和温度范围内，PEEK聚合物都可保持其电气性能不变。使用150G PEEK制作的针头能够有效减小静电纺丝喷丝头之间电场的相互干扰，从而能够以更加密集的排列方式、采用更多的喷丝头同时进行高效的静电纺丝。

最后，150G PEEK具有良好的机加工性能，由150G PEEK制作的针头可通过蚀刻加工打孔工艺在针管110上进行蚀刻打孔。蚀刻加工的孔径可达0.01～0.06mm，远小于不锈钢针头0.16mm的最小孔径，因此可提高纺丝时供液的可控性，并且生产的纳米纤维直径更细，有利于提高纳米纤维网膜的过滤效率，降低阻力。此外，孔的加工精度≤±0.001mm，针孔内壁采用流体抛光机进行抛光，抛光后针孔内壁的表面粗糙度达到12级＝Ra 0.050以上，从而在纺丝过程中不易发生堵塞的情况。

请参见图3-4，针头基座200中具有贯通的注液孔，针头基座200的上端具有与所述锥形腔匹配的锥形导入部210，从而可以将针头100插装于针头基座200上，此时针头基座200内的注液孔与针管110内的针孔111连通形成液体流道。所述针头基座200的中部具有锁紧螺纹部220，限位锁紧帽300可穿过所述针头100并螺合于所述针头基座200上的锁紧螺纹部220上，此时限位锁紧帽300压紧所述安装基座120的锁板121，从而将所述针头100锁紧于针头基座200上。优选地，针头基座200上位于所述锁紧螺纹部220的末端一体形成有锁紧挡板230，从而对限位锁紧帽300进行限位；针头基座200的下端具有安装螺纹部240，从而便于将针头100安装到纺丝装置上。进一步地，所述限位锁紧帽300的外表面设置有防滑花纹310，内部设置小螺距螺纹，从而实现快速定位和锁紧。

本发明中，所述针头基座200和限位锁紧帽300优选地均由PP、POM或PEEK材料制作而成的，更优选由PEEK材料制作而成。

本发明的分体式静电纺丝针头，针头和针头基座200分体设置，针头基座200长期固定在纺丝单元基板上，不需要经常拆卸，从而延长了其使用寿命；在完成整批次生产任务或停产检修时，只需要更换针头，既节省了人力，更换下的针头也更容易清洗。限位锁紧帽300方便了针头的快捷安装，同时通过统一的螺距进行安装，针头的高度得到了统一。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

1.设备与仪器

力辰JT3000电子天平精度1mg，上海雷池DDS-11A台式电导率仪，力辰ndj-5s数显粘度计，KLEINWACHTER EFM122探头式静电场测试仪，Phenom Pro电镜，TEXTEST FX3300透气性测试仪，TSI 8130A过滤效率测试仪，Phenom fiber metric系统。

环境：恒温恒湿环境，温度(25±2)℃，相对湿度(25±5)％，焓值(40±5)kJ，新风风量150m³/h，回收风量(排风)160m³/h，设备内空压(3±0.5)Pa，溶剂气体浓度<(10±0.5)ppm。

纺丝机器型号：N6250；针头：PEEK 34G内径0.06mm；机器有效门幅：62cm；放卷：磁粉式；收卷：中心收卷；动力：伺服电机；高压电源：50KV 200W；液压力：0.1pa-2pa。

2.配制纺丝溶液

原料：PVDF树脂，采用法国ARKEMA的Kynar761PVDF粉末状树脂；

DMF，纯度>99.9％(GC)，市购；

MEK，纯度>97.0％(GC)，市购。

基材：市售纺粘无纺布25g，幅宽60cm，过滤效率小于5％@0.3μm气溶胶。

配制纺丝溶液：

按照DMF 549g、MEK366g、PVDF 80g、季铵盐5g的配比，将各组分混合，配制成纺丝溶液1000g。纺丝溶液参数：粘度160CPS，电导率：285μS/cm。

3.制备纳米纤维复合滤材

将25g纺粘无纺布基材通过放卷装置进入设置有针头纺丝组的纺丝流设备中，将配制好的纺丝溶液1000g加入溶液仓中，通过供液泵提供给纺丝组针头；然后打开高压电源，电压调到50KV，在高压电场的作用下，位于数个喷头顶端处的溶液富集了大量电荷形成静电排斥力，克服了聚合物溶液的表面张力，飞向负极板。纺丝溶液形成纳米级纤维，落在基材上，最后通过收卷装置进行打圈，得到纳米纤维复合滤材。

对比例1

对比例1与实施例1的区别仅在于：采用的纺丝针头为30G内径0.16mm的不锈钢针头。

表1示出了采用普通的不锈钢纺丝针头(30G内径0.16mm)与本发明的分体式针头(PEEK 34G内径0.06mm)进行纺丝的结果。

表1实施例1与对比例1的纺丝结果

从上表中可知，对比例1中不锈钢针头数：16针设置8根，合计128针头阵列排布。不锈钢材料材质不具有绝缘性能，单位面积里排布针头过密，针头矩阵中电场相互作用，产生场强间飞絮或挂网，电场相互影响了针尖电荷富集，进而造成纺丝效率低下甚至无法正常纺丝。所以不能设置更多针头。

实施例1中PEEK针头数：23针设置8根合计184针头阵列排布。使用PEEK针头能够有效减小静电纺丝喷丝头之间电场相互干扰所以可以设置更多针头。使用PEEK针头的静电纺丝设备能够以更加密集的排列方式采用更多的针头同时进行高效的静电纺丝。

在相同溶液体系、场强电压相同情况下，为达到相同溶液供应量，针孔内径越小，溶液运行压力就越大；针头孔径越大，为保持供液量溶液压力越低。低压运行容易堵塞，在高压运行情况下不容易堵塞。对比例1中的不锈钢毛细管壁薄，且毛细管长，内壁不易处理，粗糙度高，溶液流畅度差，容易堵塞。而实施例1中的PEEK针头，溶液管后端粗，针头部分设有锥度，使溶液流动流畅；由于PEEK机械性能优异，经过精加工处理后，针尖内孔粗糙度达到12级＝Ra 0.050以上，进一步保持了溶液流畅度，防止了堵塞。

多针头情况下，纺丝生产中的单个针头最大溶液用量为5000mg/h。不锈钢针头毛细孔比较大(即使30G针头内径0.16mm)，当供液压力大于2Pa时，会使溶液量大于5000mg，溶液来不及纺完造成积压，污染纺丝空间；而采用低压溶液供液时，会增大针头的堵塞。采用PEEK针头时，针孔内径可以做到0.06mm，在25Pa溶液压力供液情况下，单针头液量为5000mg/h。生产过程中可以实现高压供液并且保持长期连续工作，设备针头更不容易堵塞。

不锈钢针头绝缘性能差，针头场强相互影响，而高压电源50W功率运行时，纺丝组静电场电压为35kV。采用PEEK针头纺丝时，针头电绝缘性好，针头相互影响小，高压电源30W运行时，纺丝组静电场电压达到44kV。

由于PEEK针头相对于不锈钢针头的电绝缘性能优异，静电能利用率更高，场强牵伸力更浅，同一设备在正常纺丝情况下，PEEK针头可以设置更多数量，所以生产效率更高，且生产的纳米纤维更细，空滤率更高，阻力更小，过滤效率更高。

由于相对不锈钢毛细管针头PEEK针头针管更加粗并设置有锥度，其细针尖部分短，所以比不锈钢的长毛细管更加容易清洗，相同溶剂相同功率超声波清洗，所以PEEK针头节省了清洗时间，降低了清洗能耗。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。