一种静电纺丝喷射装置的制作方法

本发明涉及静电纺丝技术领域，更进一步涉及一种静电纺丝喷射装置。

背景技术：

静电纺丝是高分子流体静电雾化的特殊形式，静电纺丝采用的是较高粘度的非牛顿流体，在高压静电发生器的作用下，喷丝装置与接收装置之间形成高压静电场，聚合物溶液在喷嘴处形成液滴并被充电，带电液滴在电场力作用下在taylor锥顶被加速，当电场力足够大时，带电液滴克服表面张力形成带电射流，可以运行相当长的距离，带电射流在静电纺丝空间运行时，伴随溶剂挥发、弯曲和拉伸，最终被接收装置收集，固化形成纤维材料。

随着纳米技术的发展，静电纺丝作为一种简便有效的可生产纳米纤维的新型加工技术，将在生物医用材料、过滤及防护、催化、能源、光电、食品工程、化妆品等领域发挥巨大作用。

工业生产过程中，需要设置多根针式喷嘴同时喷射多条纺丝，以满足大批量生产的要求。目前用于工业化生产的静电纺丝装置通常并排设置多组喷头，各喷头之间相互平行，但各喷头之间形成的电场之间发生相互干扰，电场线并非沿喷头的长度方向分布，因此喷头所喷出的纺丝就会受到其他方向的分力，影响最终成品的质量。

技术实现要素：

本发明提供一种静电纺丝喷射装置，使针式喷嘴的电场分布均匀一致，可提高纺丝的成品质量，具体方案如下：

一种静电纺丝喷射装置，包括柱状的基座，所述基座至少包括顶面以及两个侧面，顶面与每个侧面之间的夹角为钝角，在顶面及两个侧面上分别设置针式喷嘴；所述针式喷嘴与各自所在的平面相互垂直，所述针式喷嘴设有出液通道，并连通于所述基座内的溶液腔；四个成组的所述针式喷嘴在水平面中的投影位于菱形的四个顶点，所述基座上沿长度方向设置多组构成菱形的所述针式喷嘴。

可选地，所述基座的截面为等腰梯形，梯形底角的角度为20～25度。

可选地，构成菱形的四个所述针式喷嘴中，在梯形的上底所在平面设置两个，梯形的两腰所在的平面上各自设置一个。

可选地，四个所述针式喷嘴与所述基座连接点的连线所构成菱形的锐角角度为60度；四个所述针式喷嘴关于所述基座梯形截面的中垂线对称。

可选地，所述基座上由所述针式喷嘴连线构成的菱形中，相邻两个菱形的间距与菱形的边长相等。

可选地，所述针式喷嘴的直径为0.5～1.5mm，长度为10～20mm，每个所述针式喷嘴的尺寸相同；所述针式喷嘴的连线构成的菱形边长为15～25mm。

可选地，所述基座的上表面距离收集装置的间距为150～175mm；所述基座梯形截面的高为6～7mm。

可选地，所述基座、所述针式喷嘴和所述收集装置均由铜制成，所述针式喷嘴处施加的电压为20kv。

本发明提供了一种静电纺丝喷射装置，包括基座和针式喷嘴，针式喷嘴固定连接在基座上，针式喷嘴设有出液通道，并连通于基座内的溶液腔，溶液从基座进入针式喷嘴的出液通道，在电场力的引导向向外喷出，针式喷嘴的出液通道的管径由下向上逐渐缩小，使溶液的喷射效果更好；基座为柱状结构，至少包括一个顶面与两个侧面，针式喷嘴设置在此三个表面上，并且各针式喷嘴与各自所在的平面相互垂直；四个成组的针式喷嘴在水平面中的投影位于菱形的四个顶点，其连线可围成菱形，基座上沿长度方向设置多组构成菱形的针式喷嘴，构成菱形的四个针式喷嘴关于基座顶面的中垂面对称。

本发明中每四个针式喷嘴的投影连线构成一个菱形结构，相对于传统的相互平行设置的喷嘴结构，在施加电压后，各针式喷嘴所形成的电场发生相互影响，由于处于不同表面的针式喷嘴之间不相互平行，呈一定的夹角，在一定程度上可以抵消电场力在各针式喷嘴垂直方向上的分量，使电场力的合力沿各针式喷嘴的延伸方向，减小其他针式喷嘴对自身造成的影响，尖端电场的分布更加均匀，可以使纺丝在电场力的引导向沿长度方向运动，得到高质量的纺丝。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明静电纺丝喷射装置一种具体实施例的正视图；

图2为本发明静电纺丝喷射装置一种具体实施例的侧视图；

图3为本发明静电纺丝喷射装置一种具体实施例的俯视图；

图4为本发明静电纺丝喷射装置一种具体结构得到的电场图；

图5a为平面上均匀等间距呈行列设置喷嘴的结构图；

图5b为平面上均匀等间距呈行列设置喷嘴得到的电场图；

图6a为平面上设置菱形喷嘴的结构图；

图6b为平面上设置菱形喷嘴得到的电场图。

其中包括：

基座1、针式喷嘴2。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种静电纺丝喷射装置，使针式喷嘴的电场分布均匀一致，可提高纺丝的成品质量。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的静电纺丝喷射装置进行详细的介绍说明。

如图1所示，为本发明静电纺丝喷射装置的正视图，本发明静电纺丝喷射装置包括基座1和针式喷嘴2，针式喷嘴2固定连接在基座1上，针式喷嘴2设有出液通道，并连通于基座1内的溶液腔，溶液从基座1进入针式喷嘴2的出液通道，在电场力的引导向向外喷出，针式喷嘴2的出液通道的管径由下向上逐渐缩小，使溶液的喷射效果更好；基座1呈柱状结构，图2为本发明静电纺丝喷射装置的侧视图，基座1至少包括顶面以及两个侧面，顶面与每个侧面之间的夹角为钝角，在顶面及两个侧面上分别设置针式喷嘴2，即基座1上共三个表面上设置针式喷嘴2；针式喷嘴2与各自所在的平面相互垂直，因各个平面之间具有夹角，因此位于不同表面上的针式喷嘴2之间具有夹角，当施加电压后，各针式喷嘴2之间的电场相互影响，在垂直于针式喷嘴2轴向的电场力会与相邻的电场部分或全部抵消，电场力的分布更加均匀，从而使针式喷嘴2处的电场力沿其延伸线的方向引导纺丝，得到质量更高的纺丝。四个针式喷嘴2关于基座1顶面的中垂面对称，针式喷嘴2在基座1上呈规格相同的阵列式分布，相邻的两组菱形结构对称设置。构成菱形的四个针式喷嘴2中，在梯形的上边所在平面设置两个，梯形的两腰所在的平面上各自设置一个，使每组构成菱形的针式喷嘴分布均匀。

四个成组的针式喷嘴2在水平面中的投影位于菱形的四个顶点，基座1上沿长度方向设置多组构成菱形的针式喷嘴2；如图3所示，为本发明静电纺丝喷射装置的俯视图，从俯视方向上看，四个针式喷嘴2位于菱形的四个顶点处，四个针式喷嘴2的连线构成菱形，菱形顶点处的针式喷嘴2与相信顶点处的针式喷嘴之间的距离相等；从整个基座1结构的整体来看，菱形分布的方式能够提高针式喷嘴2的设置密度，在单位面积下可以得到更多的纺丝，有利提高工业生产的效率。

在上述方案的基础上，本发明中基座1的截面为等腰梯形，梯形底角的角度为20～25度，也即顶面与两侧面之间的夹角为155～160度之间，本文的数值范围均包括两端值。因基座1仅在三个表面上的设置针式喷嘴2，因此对于其他的位置的形状并不作限定，设置为等腰梯形的截面可以减小基座1的体积，也可以将梯形的下底位置设置为多个表面或者弧面等形式，这些具体的设置方式也应包含在本发明的保护范围之内。

针式喷嘴2构成菱形的两个对角线中，较长的一条与所述基座1的长度方向垂直，以更充分利用基座1上的空间。

四个针式喷嘴2与基座1连接点的连线所构成菱形的锐角角度为60度，也即四个针式喷嘴2可以构成两个等边三角形，钝角顶点处的针式喷嘴与两侧相邻的针式喷嘴的间距相等，两个针式喷嘴2之间的最小间距应大于击穿距离。

具体地，基座1上由针式喷嘴2连线构成的菱形中，相邻两个菱形的间距与菱形的边长相等，本发明中菱形的边形长略大于击穿距离设定，将两菱形顶点之间的间距与菱形边长设置等长，能够提高基座1上的设置密度。相邻两个菱形的钝角相对，可以充分利用基座1的宽度。

本发明中针式喷嘴2的直径为0.5～1.5mm，长度为10～20mm，每个针式喷嘴2的尺寸相同；针式喷嘴2的连线构成的菱形边长为15～25mm。

基座1的上表面距离收集装置的间距为150～175mm；基座1梯形截面的高为6～7mm。

基座1、所述针式喷嘴2和所述收集装置均由铜制成，针式喷嘴2处施加的电压为20kv。

生产时按以下过程进行，将纺丝液通过外部的涂覆装置均匀涂覆于各针式喷嘴2上，基座1相对于收集装置固定不动，针式喷嘴2朝向装置4，纺丝液在针式喷嘴2、收集装置所形成的诱导电场下产生诱导射流，诱导射流被诱导至收集装置形成纤维，能够持续而不间断地进行纺丝。

为了显示本发明所能实现的技术效果，本发明在此提供一种具体实例进行说明，如图4所示，为本发明一种具体结构得到的电场图，所取电场均为喷嘴尖端0.5mm处电场。

针式喷嘴2直径1mm，长度15mm，相邻针式喷嘴投影点的间距为20mm，梯形截面上底18mm，下底52mm，高6.28mm，四棱柱长度为200mm。四棱柱面顶线距离收集装置距离为165mm，收集装置宽为60mm，长为240mm，厚为2mm；施加电压为20kv。

作为参照，本发明还提供了两组采用现有技术中喷嘴分布的结构，如图5a所示，为平面上均匀等间距呈行列设置的结构图，喷嘴的直径为1mm，高度为15mm，相邻喷嘴间距为20mm，喷嘴的顶端离收集装置的距离为150mm，收集装置宽为60mm，长为240mm，厚为2mm，施加电压为20kv。可得到如图5b所示的电场图。

如图6a所示，为平面上设置菱形喷嘴的结构图，喷嘴的直径为1mm，长度为15mm，相邻喷嘴间距为20mm，喷嘴51的顶端距离收集装置距离为150mm，收集装置宽为60mm，长为240mm，厚为2mm，施加电压为20kv，可得到图6b所示的电场图。

对比图4、图5b和图6b的电场图，图4中相邻针式喷嘴的电场强度相差较小，并且每个区域(每两或四个波峰为一组所形成的曲线)的电场强度相差较小；而图5b和图6b中相邻喷嘴的电场强度差距明显比图4中的大。因此采用本静电纺丝喷射装置所获得的电场更均匀，且单位面积上的针头数目增加一倍。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。