一种阵列式静电纺丝喷射装置的制作方法

文档序号:11224633阅读:1306来源:国知局
一种阵列式静电纺丝喷射装置的制造方法

本发明涉及静电纺丝技术领域,更进一步涉及一种阵列式静电纺丝喷射装置。



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:

本发明提供一种阵列式静电纺丝喷射装置,使电场的分布更加均匀,提升纺丝成品的质量,具体方案如下:

一种阵列式静电纺丝喷射装置,包括供液底座和针式喷嘴,所述供液底座为截面呈梯形的四棱柱,所述针式喷嘴可拆卸地设置在所述供液底座梯形截面中顶边和两腰所在的平面上,所述针式喷嘴垂直于各自所在的表面;所述针式喷嘴中六个为一组,其在水平面上投影的连线构成六边形,所述供液底座的三个面中、每个面上设置两个所述针式喷嘴;所述针式喷嘴连通于所述供液底座的溶液腔,在电场力的引导下从所述针式喷嘴中喷出;所述供液底座上呈线性阵列分布多个组成六边形的所述针式喷嘴。

可选地,所述针式喷嘴的外表呈圆锥状,从与所述供液底座连接的一端向另一端渐缩设置,所述针式喷嘴通过螺纹与所述供液底座连接固定。

可选地,所述供液底座的截面为等腰梯形,梯形底角的角度为20~25度。

可选地,六个所述针式喷嘴与所述供液底座连接点的连线为正六边形。

可选地,相邻的两个正六边形的顶点相对。

可选地,相邻的两个正六边形顶点之间的间距与正六边形的边长相等。

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正六边形边长为15~25mm;所述基座梯形截面的高为6~7mm。

可选地,所述供液底座的上表面距离收集装置的间距为150~175mm。

可选地,所述供液底座、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。

本发明提供了一种阵列式静电纺丝喷射装置,包括供液底座和针式喷嘴,供液底座为截面呈梯形的四棱柱,针式喷嘴可拆卸地设置在供液底座中的三个外表面上,若发生堵塞或损坏可及时更换,分别为梯形截面中顶边和两腰所在的平面;针式喷嘴中六个为一组,六个针式喷嘴在水平面上投影的连线可构成六边形,供液底座的三个面中、每个面上设置两个针式喷嘴;针式喷嘴连通于供液底座的溶液腔,针式喷嘴施加电压后,溶液在电场力的引导下从针式喷嘴中喷出;供液底座上呈线性阵列分布多个组成六边形的针式喷嘴。

本发明中每六个针式喷嘴的连线构成一个六边形,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,电场的分布更为均匀,可以使纺丝在电场力的引导向沿长度方向运动,提高纺丝的质量。

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为本发明阵列式静电纺丝喷射装置的正视图;

图2为本发明阵列式静电纺丝喷射装置的侧视图;

图3为本发明阵列式静电纺丝喷射装置的俯视图;

图4为采用本发明阵列式静电纺丝喷射装置所得到的一种电场图;

图5a为平面上设置三排平行喷嘴的结构图;

图5b为平面上设置三排平行喷嘴得到的电场图;

图6a为平面上阵列布置正六边形喷嘴的结构图;

图6b平面上阵列布置正六边形喷嘴的电场图。

其中包括:

供液底座1、针式喷嘴2。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种阵列式静电纺丝喷射装置,使电场的分布更加均匀,提升纺丝成品的质量。

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,对本发明的阵列式静电纺丝喷射装置进行详细的介绍说明。

如图1所示,为本发明阵列式静电纺丝喷射装置的正视图,图2为侧视图,图3为俯视图。本发明的阵列式静电纺丝喷射装置包括供液底座1和针式喷嘴2,供液底座1为截面呈梯形的四棱柱,供液底座1内部设置溶液腔,用于流通纺丝溶液,针式喷嘴2可拆卸地均匀设置在供液底座1的表面,当某个针式喷嘴2被堵塞时可以及时将其更换,而不必废弃供液底座1和针式喷嘴2的整体;针式喷嘴2连通于供液底座1的溶液腔,在电场力的引导下从针式喷嘴2中喷出;供液底座1中有三个平面用于设置针式喷嘴2,分别为梯形截面中顶边和两腰所在的平面,并且针式喷嘴2垂直于各自所在的表面,梯形的顶角为钝角,在生产过程中针式喷嘴2朝向收集装置的方向,位于不同表面上的针式喷嘴2具有夹角,施加电压后,针式喷嘴2产生的电场相互影响,抵消不必要方向的电场,各针式喷嘴2处的电场强度差异较小,分布更加均匀,电场对溶液的引导朝向针式喷嘴2的延伸方向,溶液不受其他方向分力的干扰,成品质量得以提高。

针式喷嘴2中六个为一组,其在水平面上投影的连线构成六边形,供液底座1的三个面中,每个面上设置一组六个针式喷嘴2中的两个,六个针式喷嘴2平均地分布于三个表面上,尽量利用供液底座1表面的空间;供液底座1上呈线性阵列分布多个组成六边形的针式喷嘴2,在供液底座1上排列多个六边形结构,能够同时完成多条纺丝,可以满足工业生产对于数量的要求。

具体地,为方便安装与更换,本发明中的针式喷嘴2的外表呈圆锥状,径向尺寸从与供液底座1连接的一端向另一端渐缩设置,针式喷嘴2上设置外螺纹,供液底座1上设置内螺纹,通过螺纹与供液底座1连接固定;当然,本发明并不仅限于螺纹连接的形式,通过卡接或其他连接结构固定也是可以的。

具体地,本发明中供液底座1的截面为等腰梯形,梯形底角的角度为20~25度。本发明中仅在三个表面上设置针式喷嘴2,需要确保顶面与两个腰面之间的夹角为155~160之间,对于底面不作要求,因此梯形是一种用料少且便于加工的形状,对于底面的形状不作具体要求,本发明中所指的四棱柱可以包含底面为弧形的结构,当然,也可以为其他任意的结构,这些具体的设置方式也包含在本发明的设计构思之内。

具体地,六个针式喷嘴2与供液底座1连接点的连线为正六边形,位于斜面上的针式喷嘴2在水平面的投影为一线段,连接形成六边形按其与供液底座1的连接点来算。

呈正六边形的六个针式喷嘴2位于同一外接圆上,分布在外接圆上的形式有利于抵消电场,相邻的两个正六边形的顶点相对,当然,除了此布置形式之外,只要是分布于同一外接圆上的位置均包含在本发明的设计思想之中,此分布方便找点,简化加工。

相邻的两个正六边形顶点之间的间距与正六边形的边长相等,正六边形的边长根据针式喷嘴2之间击穿距离设置,距离过近会导致电场无法引导溶液流出。两个六边形顶点之间的间距与边长等长,可能将地利用供液底座1的长度空间,使针式喷嘴2的数量达到最大。

优选地,本发明在此公开各结构的尺寸范围,范围两端的数值均包括在内,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的连线构成的正六边形边长为15~25mm。供液底座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。

供液底座1、所述针式喷嘴2和收集装置均由铜制成,针式喷嘴2处施加的电压为20kv。

操作时,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,供液底座1相对于收集装置固定不动,并且针式喷嘴2朝向收集装置,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。

以下通过电场对比本发明的阵列式静电纺丝喷射装置与平面中设置喷嘴的结构:

如图4所示,为采用本发明阵列式静电纺丝喷射装置所得到的一种电场图,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,相邻喷嘴投影点的间距为20mm,四棱柱底面是上底18mm,下底52mm,高6.28mm的梯形,四棱柱高为200mm,四棱柱面顶面距离收集装置距离为165mm,收集装置宽为60mm,长为240mm,厚为2mm,材料为铜,施加电压为20kv。

如图5a所示,为平面上设置三排平行喷嘴的结构图,图5b为其得到的电场图,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。

如图6a所示,为平面上阵列布置正六边形喷嘴的结构图,该布置所形成图形与本发明各连在水平投影面上所形成的图形一致。喷嘴直径1mm,高度为20mm,相邻喷嘴间距为15mm,喷嘴的顶端离收集装置距离为150mm,收集装置宽为60mm,长为240mm,厚为2mm,施加电压为20kv。取距离喷嘴尖端0.5mm处电场,可得到图6b所示的电场图。

对比图4、图5b和图6b,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相邻喷嘴的电场强度差距明显比图4大。采用本静电纺丝喷头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。

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