专利名称：一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型电流体力学方法，特别是将被加工材料起始射流界而处助力的作用及无喷丝头与电流体力学方法结合，能够以低廉的成本、大规模地对材料进行加工。该方法适应于静电喷雾、静电纺丝、静电喷涂。
背景技术：
电流体力学方法指的是被加工材料在荷电情况下利用静电作用力及均衡的内部推动力而突破被加工流体态材料的表面张力及内部作用力从而以射流的方式形成以微小的流体态物质形式分散在不能完全相混的其它流体态介质中并固化而成包括颗粒、纤维的方法，包括静电喷雾法、静电喷涂法及静电纺丝法，目前电流体力学方法对材料的处理加工均通过喷丝头进行。电流体力学方法由于引入了静电作用力而能够以低廉的价格、方便且位置可控地获得细化材料，因此目前静电喷雾及静电喷涂技术已经广泛应用于工农业生产、生活中。而静电纺丝由于其产能低目前还处于研发阶段。
然而，目前电流体力学方法还有待进一步改善与提高以适应人们获得超细材料及产能提高的需要。这是由于超细材料具有很大优越的性能而产能提高则能够降低成本。然而当前的电流体力学方法单纯利用静电作用力及准均衡的内部推动力(即施加在被加工材料上的压力除边缘效应外是相同的)往往难以满足人们的这些需要。人们在电流体力学加工过程中发现对被加工材料施加的电压越高所获得的材料的尺寸越大，而如果施加较低的电压，静电作用力及准均衡的内部推动力又难以突破材料的界面张力及材料内部作用力，特别是对于粘度较高的材料，如静电纺丝所用原料往往粘度很大，单纯的通过压力推进被加工材料流动并施加高电压其所获得的加工后的材料不仪尺寸大而且加工难度大从而产能极低。
而非均衡作用力作用于被加工材料起始射流界面处则能够有效地解决目前电流体力学方法中所存在的问题。事实上人们在流体力学方法中已经成功引入了尚未意识到的非均衡作用力。例如人们利用闪蒸时，液体中有大量的汽泡生长、破碎，从而产生非均衡作用力而改善雾化效果的效应将其引入喷雾领域。目前，闪蒸技术已经成功地应用于无纺布及发电机燃油喷嘴领域。同样地，人们将超声波能够在液态材料中产生非均衡作用力的特点应用于喷雾领域，也取得了良好的效果。在电流体力学方法方面，人们通过引入气流而改善了电喷雾效果，但是由于未意识到其作用机制，目前的气助电喷雾所设计的气流在包括流速、气流方式方面尚未能充分利用气流所产生的非均衡作用力，因此尚可进一步改进、提高。目前的气助电喷雾是通过非旋转气流产生的微弱的在喷嘴周围非均衡的负压力而实现对电喷雾效果的提高，而如果将辅助气流改为旋转气流则可望提高负压而进一步改善电喷雾效果。所以将非均衡作用力引入电流体力学方法有望改善现有技术的效果、降低成本。
另外一方面，目前的电流体力学方法由于靠单纯的静电作用力及内部准均衡推力难以加工被加工材料，因此目前尚无无喷丝头的电流体力学方法。但如果能够采用无喷丝头电流体力学方法不仅可以省去费用高昂的复杂喷丝头的制造及维护费用而且可以大规模地进行加工、生产。为此，本发明将非均衡作用力及无喷丝头与电流体力学方法结合形成助力型无喷丝头电流体力学方法，该方法适应于静电喷雾、静电喷涂及静电纺丝。
发明内容
本发明的目的是提供一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法系统及应用。
本发明的技术方案是一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于通过在无喷丝头电流体力学界面即荷电被加工材料起始射流界面处增加除静电作用力之外的与荷电流体运动方向相适应即作用力方向与电射流方向相同或者存在相同方向分量的作用力，以便帮助荷电流体突破电流体力学界面的表面张力及流体内部相互作用力从而加工、处理被加工材料。
一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于助力通过两种非均衡作用力即起始射流界面处不同位置的影响射流的非静电作用的作用力大小和/或者方向不一致的途径实现A、通过流体态材料内部在被加工材料起始电射流界面处产生非均衡作用力作为助力B、通过外部作用力在被加工材料起始电射流界面处产生非均衡作用力作为助力一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于所述的助力包括离心力、振荡作用力、气泡爆破力、超声作用力、高速流体引力、高速流体冲击力、负压引力及其它能够产生非均衡作用的作用力。
一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于离心作用力为助力时通过将被加工材料附着在能够产生离心作用力并能够施加高压电场的装置上，在离心力及静电作用力对被加工材料进行处理。能够产生离心力及施加高压电场的装置可以是一滚轮，或者被加工材料位于滚轮下方容器内并在滚轮转动时将被加工材料附着于滚轮上或者被加工材料从滚轮上方淋洒于滚轮上，然后滚轮在荷电情况下以一定速度旋转，从而在离心力与静电作用力的共同作用下对被加工材料进行加工，而优选旋转速度保证离心力不会将被加工材料抛洒出去，但当有适当电场作用力时方形成射流而对被加工材料进行加工。能够产生离心力及施加高压电场的装置也可以是一平的转盘，或者被加工材料淋洒于转盘上或者被加工材料通过导管输送至转盘上从而在转盘转动时对被加工材料形成离心力，然后通过施加电场，从而使被加工材料获得离心力及静电作用力的共同作用而形成射流并对被加工材料进行加工。为保证被加工材料在转盘上的平稳分散优选在转盘上镶嵌或者刻有引导条或者引导槽。当使用离心力作为非均衡作用力时，为提高电流体射流效果优选在滚轮表面或者转盘边缘装有尖锐的微细针状突起以保证静电作用时的尖端效应。
一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于当使用振荡作用力作为助力时，非均衡作用力可以通过被加工材料容器外的机械振动而获得，也可以通过在被加工材料容器内的振动的机械装置如固定在分散的筐条上的振动尖钉组而获得，还可以通过在被加工材料容器内布置有能够产生特定振荡波的振荡发生器而获得。当通过上述方法获得振荡作用力后，被加工材料会发生振荡即有液体离开液体平面并在表面张力的作用下呈现为顶端尖锐而与液体平面结合处较为宽大的有利于尖端静电作用的结构，结果振荡作用力与静电作用力结合就能够对被加工材料进行有效的处理。
一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于当使用气泡爆破力为助力时，气泡可以通过在被加工材料容器内导入气体的方式获得，也可以通过引发局部被加工材料或者其它材料气化的方式如叶轮的高速旋转或者红外辐射、微波辐射、电炉丝加热进行局部操作而获得，还可以通过高压将气体压入被加工材料然后减压的方式而获得，还可以通过导入在被加工材料内会发生气化的材料的方式而获得。在被加工材料中引入气泡后，被加工材料内部的气泡由于比重比被加工材料小因此会漂浮至被加工材料液面上，然而由于万有引力的作用，飘浮至液面的气泡顶端渐渐成为最薄弱的部分，在表面张力的作用力下气泡会自顶端开始爆裂，并且在气泡破裂的瞬间对被加工材料产生非均衡作用力并促使被加工材料向外运动，如果通过高压静电使被加工材料同时受到静电作用力则能够有效地结合静电作用力及气泡爆破力而对被加工材料进行加工、处理。
一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于当使用超声作用力为助力时，超声波发生器可以安装在被加工材料液面的下方并直接通过超声波对被加工材料进行作用或者通过其它液体而将超声波传递至被加工材料而进行作用。当超声波作用与静电作结合时能够很好地对被加工材料进行处理、加工。
一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于当使用高速流体引方为助力时，高速流体可以是高速运动的包括气体、液体、超临界流体、等离子体、液态颗粒包含于载流体、固态颗粒包含于载流体中的一种或者多种。高速流体通过经过被加工材料容器并通至其液面上的一根或者超过一根的导管进行运动，或者通过被加工材料容器外通至被加工材料液面附近的导管进行运动。当高速流体进行运动时，其高速运动会在其周围产生负压并对被加工材料产生引力从而增加被加工材料在其静电作用方向上的作用力，该作用力与静电作用力结合则能够很好地对被加工材料进行加工、处理。
一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于当使用高速流体冲击力为助力时，高速流体可以是高速运动的包括气体、液体、超临界流体、等离子体、液态颗粒包含于载流体、固态颗粒包含于载流体中的一种或者多种。高速流体通过在被加工材料液面外的一根或者超过一根的导管中以与电射流方向成一定角度的方向冲击被加工材料从而对被加工材料施加与射流方向相适应的的非均衡作用力并溅射被加工材料。该作用力与静电作用力结合可以对被加工材料进行细化处理。
一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于当使用负压引力为非均衡作用力时，负压引力可通过负压产生装置如真空泵连接的一个或者超过一个的导管如漏斗状的结构的漏斗底与被加工材料的液面接近从而对被加工材料产生漏斗底中心作用力大而边缘小的非均衡作用力。该作用力其作用方向与静电作用力一致，其结合可以有效地对被加工材料进行细化处理。
一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于作为助力的非均衡作用力在界面助力型无喷丝头电流体力学方法中可以只采用一种助力也可以采用多种助力。
一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于界面助力型无喷丝头电流体力学方法中被加工材料的添加可以直接从被加工材料液面进行添加，也可以通过连接于被加工材料容器的管道的另外一端进行添加，而优选通过管道进行添加并且调节被加工材料的液面高度。
一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于电流体力学方法中的荷电包括电晕充电、感应充电、接触充电、荷电流体充电中的一种或者多种，而优选将电极置于被加工材料容器内的接触充电方法。荷电电场包括直流正电场、直流负电场或者交变电场，使流体荷电的电场介于0.1V/毫米～1000kV/毫米。
一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征是所述的收集装置为收集鼓、收集传送带、收集板或收集池，可以是干的也可以包含有溶剂或者蒸汽的湿的收集装置。
一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征是它至少由无喷丝头被加工材料储运设备、助力发生设备、荷电设备、收集设备组成。
一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于该方法适用于静电喷雾、静电纺丝、静电喷涂。
本发明的有益效果通过将作为助力的非均衡作用力与静电作用力在无喷丝头的情况下结合并应用于射流领域从而可以廉价、高效、高产能地将被加工材料转化为相应的超细材料。该方法对于超细材料的廉价、大规模地生成应用具有一定的促进作用。
图1是无喷丝头被加工材料淋洒滚轮离心力式电流体力学方法系统结构示意图。1高压电源1a对电极及收集装置；1b工作电极；2电射流；3被加工材料；3a被加工材料液面；3b被加工材料淋洒组件；3c淋洒的被加工材料；4滚轮；4a滚轮边缘尖锐突起；5滚轮转动方向图2无喷丝头转盘离心力式电流体力学方法系统结构示意图。1高压电源；1a对电极及收集装置；1b工作电极；2电射流；3被加工材料；3a被加工材料液面；4转盘；4a转盘上引导槽；4b转盘边缘尖锐突起；5转盘转动方向图3无喷丝头内置机械振荡式电流体力学方法系统结构示意图。1高压电源；1a对电极及收集装置；1b工作电极；2电射流；3被加工材料；3a被加工材料液面；4机械振荡组件；5机械振荡电源图4无喷丝头外置机械振荡式电流体力学方法系统结构示意图。1高压电源；1a对电极及收集装置；1b工作电极；2电射流；3被加工材料；3a被加工材料液面；4机械振荡组件；5机械振荡电源图5无喷丝头内置振荡波发生器振荡式电流体力学方法系统结构示意图。1高压电源；1a对电极及收集装置；1b工作电极；2电射流；3被加工材料；3a被加工材料液面；4振荡波换能组件；5振荡波电源图6无喷丝头供气气泡爆破式电流体力学方法系统结构示意图。1高压电源；1a对电极及收集装置；1b工作电极；2电射流；3被加工材料；3a被加工材料液面；4气泡；4a爆破的气泡；5高压气瓶；6气体导管图7无喷丝头局部气化气泡爆破式电流体力学方法系统结构示意图。1高压电源；1a对电极及收集装置；1b工作电极；2电射流；3被加工材料；3a被加工材料液面；4气泡；4a爆破的气泡；5局部气化组件；6局部气化电源图8无喷丝头气体与被加工材料共同增压后减压气泡爆破式电流体力学方法系统结构示意图。1高压电源；1a对电极及收集装置；1b工作电极；2电射流；3被加工材料；3a被加工材料液面；4气泡；4a爆破的气泡；5被加工材料与气体共同增压的储存容器图9无喷丝头超声波作用式电流体力学方法系统结构示意图。1高压电源；1a对电极及收集装置；1b工作电极；2电射流；3被加工材料；3a被加工材料液面；4超声波换能组件；5超声波电源图10无喷丝头高速流体引力式电流体力学方法系统结构示意图。1高压电源；1a对电极及收集装置；1b工作电极；2电射流；3被加工材料；3a被加工材料液面；4增压泵；5增压的流体态材料；6高速流体导管；7高速流体图11无喷丝头高速流体冲击式电流体力学方法系统结构示意图。1高压电源；1a对电极及收集装置；1b工作电极；2电射流；3被加工材料；3a被加工材料液面；4增压泵；5增压的流体态材料；6高速流体导管；7高速冲击流体图12无喷丝头负压式电流体力学方法系统结构示意图。1高压电源；1a对电极及收集装置；1b工作电极；2电射流；3被加工材料；3a被加工材料液面；4真空泵；5负压导通组件具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1无喷丝头被加工材料淋洒滚轮离心力式电流体力学方法如图1所示。被加工材料通过被加工材料淋洒组件3b淋洒到滚轮4上，当滚轮转动时淋洒的被加工材料3c通过滚轮边缘尖锐突起4a而受到离心作用力。将滚轮连接至高压电源1作为工作电极1b，对电极与收集装置1a合并。在施加了高压电场及滚轮转动的情况下被加工材料3同时受到离心力及静电作用力而形成电射流2，从而对被加工材料进行加工。
实施例2无喷丝头转盘离心力式电流体力学方法系统结构如图2所示。被加工材料3被引导至转盘4上，当转盘转动时被加工材料沿转盘上引导槽4a而至转盘边缘尖锐突起4b处从而获得离心力。将转盘连接至高压电源1作为工作电极1b，对电极与收集装置1a合并。在施加了高压电场及转盘转动的情况下被加工材料3同时受到离心力及静电作用力而形成电射流2，从而对被加工材料进行加工。
实施例3无喷丝头内置机械振荡式电流体力学方法系统结构如图3所示。将机械振荡组件4置于被加工材料3中，在开启机械振荡电源5的情况下，机械振荡组件进行振动并引发被加工材料振荡，振荡作用力可引起部分溶液界面形成尖锐的射流状态因此可以作为电流体力学方法的助力。将高压电源1连接工作电极1b置于被加工材料液面3a下而对电极与收集装置1a合并。在同时开启机械振荡电源与高压电源时，静电作用力与振荡作用力共同作用从而形成电射流2并进而对被加工材料进行加工。
实施例4无喷丝头外置机械振荡式电流体力学方法系统结构如图4所示。将机械振荡组件4置于被加工材料3之外，在开启机械振荡电源5的情况下，机械振荡组件进行振动并引发被加工材料振荡，振荡作用力可引起部分溶液界面形成尖锐的射流状态因此可以作为电流体力学方法的助力。将高压电源1连接工作电极1b置于被加工材料液面3a下而对电极与收集装置1a合并。在同时开启机械振荡电源与高压电源时，静电作用力与振荡作用力共同作用从而形成电射流2并进而对被加工材料进行加工。
实施例5无喷丝头内置振荡波发生器振荡式电流体力学方法系统结构如图5所示。将振荡波换能组件4置于被加工材料3之中，在开启振荡波电源5的情况下，被加工材料内将产生振荡波并引发被加工材料振荡，振荡作用力可引起部分溶液界面形成尖锐的射流状态因此可以作为电流体力学方法的助力。将高压电源1连接工作电极1b置于被加工材料液面3a下而对电极与收集装置1a合并。在同时开启振荡波电源与高压电源时，静电作用力与振荡作用力共同作用从而形成电射流2并进而对被加工材料进行加工。
实施例6无喷丝头供气气泡爆破式电流体力学方法系统结构如图6所示。高压气瓶5中的气体通过气体导管6而进入被加工材料3形成气泡4。在被加工材料中引入气泡后，被加工材料内部的气泡由于比重比被加工材料小因此会漂浮至被加工材料液面3a上，然而由于万有引力的作用，飘浮至液而的气泡顶端渐渐成为最薄弱的部分，在表面张力的作用力下气泡会自顶端开始爆裂，并且在气泡破裂的瞬间对被加工材料产生非均衡作用力并促使被加工材料向外运动。将高压电源1连接工作电极1b置于被加工材料液面3a下而对电极与收集装置1a合并。在同时开启供气气源及高压电源时，静电作用力与气泡爆破作用力共同作用从而形成电射流2并进而对被加工材料进行加工。
实施例7无喷丝头局部气化气泡爆破式电流体力学方法系统结构如图7所示。将局部气化组件5置于被加工材料3中，在开启局部气化电源6后，被加工材料中部分物质被气化而形成气泡4。由于气泡可以漂浮至被加工材料液面3a上并爆破而形成爆破力，而气泡爆破力可作为无喷丝头电流体力学方法的助力，因此当将高压电源1连接工作电极1b置于被加工材料液面3a下而对电极与收集装置1a合并后，同时开启局部气化电源及高压电源时，静电作用力与气泡爆破作用力共同作用可形成电射流2并进而对被加工材料进行加工。
实施例8无喷丝头气体与被加工材料共同增压后减压气泡爆破式电流体力学方法系统结构如图8所示。当气体与被加工材料的混合物被增压后并从增压容器5中释放至另一容器进行减压，将形成大量气泡4涌出的状况。由于气泡可以漂浮至另一容器的被加工材料液面3a上并爆破而形成爆破力，而气泡爆破力可作为无喷丝头电流体力学方法的助力，因此当将高压电源1连接工作电极1b置于被加工材料液面3a下而对电极与收集装置1a合并后，同时开启被加工材料与气体共同增压的储存容器开关及高压电源时，静电作用力与气泡爆破作用力共同作用可形成电射流2并进而对被加工材料进行加工。
实施例9无喷丝头超声波作用式电流体力学方法系统结构如图9所示。将超声波换能组件4置于被加工材料3之中，在开启超声波电源5的情况下，被加工材料内将产生超声波而使被加工材料受到超声波作用力，该作用力可引起部分溶液界面形成尖锐的射流状态因此可以作为电流体力学方法的助力。将高压电源1连接工作电极1b置于被加工材料液面3a下而对电极与收集装置1a合并。在同时开启超声波电源与高压电源时，静电作用力与超声波作用力共同作用从而形成电射流2并进而对被加工材料进行加工。
实施例10无喷丝头高速流体引力式电流体力学方法系统结构如图10所示。当将某种流体态材料通过增压泵4而成增压的流体态材料5后将该材料通过高速流体导管6喷出时将成为高速流体7。如果该高速流体正好在被加工材料液面3a上面附近，高速流体将带动被加工材料3一起运动。将高压电源1连接工作电极1b置于被加工材料液面3a下而对电极与收集装置1a合并。在同时开启增压泵与高压电源时，静电作用力与高速流体引力共同作用可形成电射流2并进而对被加工材料进行加工。
实施例11无喷丝头高速流体冲击式电流体力学方法系统结构如图11所示。当将某种流体态材料通过增压泵4而成增压的流体态材料5后将该材料通过高速流体导管6喷出时将成为高速流体7。如果该高速流体向下冲击被加工材料液面3a时，高速流体将带动被加工材料3一起运动。将高压电源1连接工作电极1b置于被加工材料液面3a下而对电极与收集装置1a合并。在同时开启增压泵与高压电源时，静电作用力与高速流体冲击力共同作用可形成电射流2并进而对被加工材料进行加工。
实施例12无喷丝头负压式电流体力学方法系统结构如图12所示。当开启真空泵4并通过负压导通组件5而将负压导致被加工材料液面3a上面附近，负压将引发被加工材料3往负压导通组件内运动。将高压电源1连接工作电极1b置于被加工材料液面3a下而对电极与收集装置1a合并并置于负压导通组件内。在同时开启真空泵与高压电源时，静电作用力与负压作用力共同作用可形成电射流2并进而对被加工材料进行加工。
权利要求
1.一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于通过在无喷丝头电流体力学界面即荷电被加工材料起始射流界面处增加除静电作用力之外的与荷电流体运动方向相适应即作用力方向与电射流方向相同或者存在相同方向分量的作用力，以便帮助荷电流体突破电流体力学界面的表面张力及流体内部相互作用力从而加工、处理被加工材料。
2.一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于助力通过两种非均衡作用力即起始射流界面处不同位置的影响射流的非静电作用的作用力大小和/或者方向不一致的途径实现A、通过流体态材料内部在被加工材料起始电射流界面处产生助力B、通过外部作用力在被加工材料起始电射流界面处产生助力
3.一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于所述的助力包括离心力、振荡作用力、气泡爆破力、超声作用力、高速流体引力、高速流体冲击力、负压引力及其它能够产生非均衡作用的作用力。
4.一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于在界面助力型无喷丝头电流体力学方法中可以只采用一种助力也可以采用超过一种的助力。
5.一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于界面助力型无喷丝头电流体力学方法中被加工材料的添加可以直接从被加工材料液面进行添加，也可以通过连接于进行电流体力学方法加工的被加工材料容器的管道的另外一端进行添加，而优选通过管道进行添加并且调节被加工材料的液面高度。
6.一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于电流体力学方法中的荷电包括电晕充电、感应充电、接触充电、荷电流体充电中的一种或者多种，而优选将电极置于被加工材料容器内的接触充电方法。荷电电场包括直流正电场、直流负电场或者交变电场，使流体荷电的电场介于0.1V/毫米～1000kV/毫米。
7.一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征是所述的收集装置为收集鼓、收集传送带、收集板或收集池，可以是干的也可以包含有溶剂或者蒸汽的湿的收集装置。
8.一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征是它至少由无喷丝头被加工材料储运设备、助力发生设备、荷电设备、收集设备组成。
9.一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法其特征在于该方法适用于静电喷雾、静电纺丝、静电喷涂。
全文摘要
本发明涉及一种界面助力型无喷丝头电流体力学方法，特别是通过在无喷丝头电流体力学界面即荷电被加工材料起始射流界面处增加除静电作用力之外的与荷电流体运动方向相适应即作用力方向与电射流方向相同或者存在相同方向分量的作用力，以便帮助荷电流体突破电流体力学界面的表面张力及流体内部相互作用力从而加工、处理被加工材料。该方法适应于静电喷雾、静电纺丝、静电喷涂并能够以低廉的成本、大规模地对材料进行加工。
文档编号D01D5/00GK1861268SQ20061004059
公开日2006年11月15日 申请日期2006年5月29日 优先权日2006年5月29日
发明者张爱华, 张继中 申请人:张爱华