一种静电纺丝喷头装置的制作方法

本发明属于静电纺丝技术领域，更具体地说，是涉及一种静电纺丝喷头装置。

背景技术：

随着轻工业的发展，我国的静电纺丝技术也有了较大的进步。静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，是一种特殊的纤维制造工艺，是聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝的过程。在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形，也就是泰勒锥，并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可以生产出纳米级直径的纤维细丝，形成类似于非织造布状纳米纤维网。利用静电纺丝技术制备的纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高等特性，使其在过滤材料、组织工程、复合材料等领域应用潜力巨大。

传统的静电纺丝喷头装置通常采用喷嘴进行纤维细丝的喷出，使用时容易造成喷嘴的堵塞，影响生产的正常进行，另外这种纳米纤维制备技术只能提供非常有限的生产能力，每个纺丝头每小时最多只能产生三百毫克的纳米纤维，生产效率十分低下，不利于规模化生产的普及。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种静电纺丝喷头装置，以解决现有技术中存在的静电纺丝效率低下且容易堵塞喷嘴的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种静电纺丝喷头装置，包括钢针发射极、沿钢针发射极中轴对称设于钢针发射极两侧且相互平行的钢针、设置于钢针发射极两侧的溶液储存盒、设于溶液储存盒上且用于使钢针进出的出液孔、设置于钢针发射极轴向两端且用于带动钢针发射极进出溶液储存盒的往复移动装置以及设置于钢针发射极上方且板面平行于钢针的主轴的纤维细丝收集板，钢针用于与高压电源的一极连接，纤维细丝收集板用于与高压电源的另一极连接。

作为进一步的优化，往复移动装置包括驱动元件、与驱动元件的输出端相连的第一带轮、与第一带轮等高设置的第二带轮以及外套于第一带轮和第二带轮上的传送带，钢针发射极的轴向两端与传送带固接。

作为进一步的优化，钢针发射极包括两侧用于安装钢针的针座以及设置于针座轴向两端且固定于传送带上的移动块，钢针沿针座的主轴方向均匀排布，且钢针与出液孔一一对应，钢针的内端通过导线与高压电源相连。

作为进一步的优化，针座为中空构件。

作为进一步的优化，针座的两侧设有若干个与钢针插接的针孔，钢针与针孔插接配合。

作为进一步的优化，钢针为圆柱体且外伸端设有尖端，出液孔为圆孔，钢针的外径小于出液孔的内径。

作为进一步的优化，出液孔的外端部的内径由内向外逐渐增大。

作为进一步的优化，溶液储存盒的外侧设有供液组件，供液组件包括供液罐以及与供液罐的出口相连的蠕动泵，蠕动泵通过管体分别与两个溶液储存盒相连。

作为进一步的优化，针座为绝缘材质构件，钢针和移动块均为导电材质构件。

作为进一步的优化，纤维细丝收集板通过立柱设置于钢针发射极的上方。

本发明提供的静电纺丝喷头装置的有益效果在于：本发明提供的静电纺丝喷头装置，通过采用安装有多个钢针的钢针发射极的反复运动，利用钢针从溶液储存盒的出液孔中沾取定量具有一定粘度的溶液，在高压电场的作用下成型到纤维细丝收集板上，钢针发射极往复一次能够通过若干个钢针中的每一根钢针拉出若干条纤维细丝，极大的提高了静电纺丝的效率，避免了传统静电纺丝过程中喷头堵塞的问题，且可以针对不同的生产规模进行钢针发射极长度的调整，往复移动装置的结构简单，动作精准迅速能够有效的保证静电纺丝过程中动力来源的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种静电纺丝喷头装置的主视结构示意图；

图2为本发明实施例图1中a-a的剖视结构示意图；

图3为本发明实施例图2中ⅰ的局部放大结构示意图；

其中，图中各附图标记：

100-钢针发射极；110-针座；120-钢针；130-移动块；200-溶液储存盒；210-出液孔；300-往复移动装置；310-驱动元件；320-第一带轮；330-第二带轮；340-传送带；400-纤维细丝收集板；500-供液组件；510-供液罐；520-蠕动泵；600-高压电源。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的静电纺丝喷头装置进行说明。静电纺丝喷头装置，包括钢针发射极100、沿钢针发射极100中轴对称设于钢针发射极100两侧且相互平行的钢针120、设置于钢针发射极100两侧的溶液储存盒200、设于溶液储存盒200上且用于使钢针120进出的出液孔210、设置于钢针发射极100轴向两端且用于带动钢针发射极100进出溶液储存盒200的往复移动装置300以及设置于钢针发射极100上方且板面平行于钢针120的主轴的纤维细丝收集板400，钢针120用于与高压电源600的一极连接，纤维细丝收集板400用于与高压电源600的另一极连接，如采用钢针120与高压电源600的正极连接的形式，则纤维细丝收集板400用于与高压电源600的负极连接，如采用钢针120与高压电源600的负极连接的形式，则纤维细丝收集板400用于与高压电源600的正极连接。

本发明提供的一种静电纺丝喷头装置，与现有技术相比，本发明提供的静电纺丝喷头装置，通过采用具有安装有多个钢针120的钢针发射极100的反复运动，利用钢针120从溶液储存盒200的出液孔210中沾取定量具有一定粘度的溶液，在高压电场的作用下成型到纤维细丝收集板400上，钢针发射极100往复一次能够通过若干个钢针120中的每一根拉出若干条纤维细丝，一侧钢针120伸入溶液储存盒200中时，另一侧的钢针120从另一侧的溶液储存盒200中沾满溶液抽出，钢针120在高压电源600的高压电场的作用下形成拉丝，在纤维细丝收集板400与高压电源600连通的情况下，产生的多根纤维细丝同时向收集板400处聚拢，形成纤维细丝网，极大的提高了静电纺丝的效率，避免了传统静电纺丝过程中喷头堵塞的问题，且能够针对不同的生产规模，进行钢针发射极100长度的调整进而进行钢针发射极100上钢针120数量的调整，以提高单次往复运动产生的纤维细丝的总量。

作为进一步的优化，请一并参阅图1至图2，作为本发明提供的静电纺丝喷头装置的一种具体实施方式，往复移动装置300包括驱动元件310、与驱动元件310的输出端相连的第一带轮320、与第一带轮320等高设置的第二带轮330以及外套于第一带轮320和第二带轮330上的传送带340，钢针发射极100的轴向两端与传送带的340固接。通过驱动元件310的正转反转交互运动的驱动作用，传送带340在第一带轮320和第二带轮330的带动下，能够进行水平方向的往复移动，以便实现钢针发射极100两侧的钢针120交替与其对应的溶液储存盒200接触，以便从出液孔210中沾取定量的原料溶液的动作，实现连续沾取溶液并形成纤维细丝的效果。

作为进一步的优化，请一并参阅图1至图3，作为本发明提供的静电纺丝喷头装置的一种具体实施方式，钢针发射极100包括两侧用于安装钢针120的针座110以及设置于针座110轴向两端且固定于传送带340上的移动块130，钢针120沿针座110的主轴方向均匀排布，且钢针120与出液孔210一一对应，钢针120位于针座110内的端部通过导线与高压电源600相连。本实施例中，假定在静电纺丝过程中，接触溶液的钢针120与高压电源600的正极连通，针座110作为用于固定钢针120的基础，其采用绝缘材质制作而成，针座110两侧设置的钢针120的数量以及位置与溶液储存盒200上的出液孔210的数量和位置相对应，以便钢针120能够顺利的进出溶液储存盒200沾取定量的溶液进行拉丝动作，钢针120位于针座110内的端部通过导线与高压电源600的正极相连，纤维细丝收集板400与高压电源600的负极相连，便于钢针120与纤维细丝收集板400之间形成高压电场。

作为进一步的优化，作为本发明提供的静电纺丝喷头装置的一种具体实施方式，针座110为中空构件。针座110设置为中空的结构形式，便于在其中设置用于连接高压电源600与钢针120的内端的导线，为导线的布置留出足够的空间，且能够起到减小针座110整体重量的作用，避免针座110对传送带340形成过大的拉紧力，进而避免传送带340与钢针发射极100的连接点的下坠造成钢针120与出液孔210之间的位置干涉。

作为进一步的优化，请一并参阅图1至图3，作为本发明提供的静电纺丝喷头装置的一种具体实施方式，针座110的两侧设有若干个与钢针120插接的针孔，钢针120与针孔插接配合。为了实现钢针120的拆卸的便利性，在钢针120安装至针座110上时，二者直接采用插接形式，钢针120与针孔之间过盈配合，能够形成对钢针120良好的固定效果，同时二者之间还可以在圆周方向上设置相互配合的卡环等结构形式，保证二者间连接定位的准确性。

作为进一步的优化，作为本发明提供的静电纺丝喷头装置的一种具体实施方式，钢针120为圆柱体且外伸端设有尖端，出液孔210为圆孔，钢针120的外径小于出液孔210的内径。钢针120采用圆形截面的形式能够降低加工制作难度，同时也便于出液孔210的加工制作，同时钢针120的外径小于出液孔210的内径便于钢针120顺利的从出液孔210中进出，避免二者之间的尺寸干涉造成沾取原料溶液量不足的问题。

作为进一步的优化，请参阅图3，作为本发明提供的静电纺丝喷头装置的一种具体实施方式，出液孔210的外端部的内径由内向外逐渐增大。由于在高压电场作用下，钢针120用于沾取溶液的位置能够在钢针120上形成若干个泰勒锥，而出液孔210的内径应适当大于钢针120的外径，且出液孔120的外径大小直接与钢针120沾取的原料溶液的量的多少有关，出液孔210的外端的内径增大的设置，能够在钢针120与出液孔210有微小的位置偏差的时候进行尺寸的补充，便于为钢针120提供良好的尺寸补偿作用，同时还可以起到良好的导向效果。

作为进一步的优化，请一并参阅图1至图2，作为本发明提供的静电纺丝喷头装置的一种具体实施方式，溶液储存盒200的外侧设有供液组件500，供液组件500包括供液罐510以及与供液罐510的出口相连的蠕动泵520，蠕动泵520通过管体分别与两个溶液储存盒200相连。由于在静电纺丝过程中，随着纺丝过程的进行溶液储存盒200内的溶液的量会逐渐减少，造成液面下降，需要通过供液组件500不间断的向两侧的溶液储存盒200中供送液体，以保证生产过程的稳定进行。由于静电纺丝原料的容易为具有一定粘稠度的液体，所以在向两侧的两个溶液储存盒200中供送溶液时，需要采用蠕动泵520进行液体的供应。由于静电纺纱的溶液为高分子材料聚合物，属于有机挥发性物质，在通电情况下如果大面积与空气接触会产生爆炸现象，所以在生产过程中应保证容器的密封性，而蠕动泵520具有密封性好的特点，便于保证输送过程原料溶液的密封性，同时蠕动泵520的重复精度以及稳定精度都很好，便于实现供液的稳定性。

作为进一步的优化，作为本发明提供的静电纺丝喷头装置的一种具体实施方式，针座110为绝缘材质构件，钢针120和移动块130均为导电材质构件。钢针120可以采用任意导电材料制作而成，钢针120通过导线与移动块130以及高压电源600相连，所以二者均为导电材质制成的构件，而针座110只是为钢针120提供一个稳定的安装基座并带动钢针120进行水平方向的往复运动，为了实现安全性，应采用不导电材质制作而成，以便提高使用过程中的安全性。

作为进一步的优化，请一并参阅图1至图3，作为本发明提供的静电纺丝喷头装置的一种具体实施方式，纤维细丝收集板400通过立柱设置于钢针发射极100的上方。纤维细丝收集板400可以通过立柱设置于钢针发射极100的正上方，便于接收钢针120上产生的纤维细丝，能够实现良好的收集效果。一般生产的纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高等特性，其在过滤材料、组织工程、复合材料等领域中得到良好的应用。在生产过程中如果想将该产品附着于纱网或者滤网表面则只需直接将纱网或滤网固定在纤维细丝收集板400的下方，便可以将纤维细丝网收集在丝网或滤网表面，实现成型为一体的效果。由于在纤维细丝成型过程中受电场距离以及电压和电场强度的影响，所以在立柱上可以对应设置不同高度的连接点，便于纤维细丝收集板400固定在立柱的不同高度上，实现最佳成丝效果。

本发明中的钢针发射极100可以采用只在针座110的一侧设置钢针120且设有钢针120的一侧朝向溶液储存盒200的形式，同时也可以采用中间设置一个溶液储存盒200，两侧分别设置两组钢针发射极100的形式，均能够通过钢针发射极100上的钢针120往复进出溶液储存盒200进行静电纺丝的动作过程。

本发明提供的静电纺丝喷头装置，通过采用安装有多个钢针的钢针发射极的反复运动，利用钢针从溶液储存盒的出液孔中沾取定量具有一定粘度的溶液，在高压电场的作用下成型到纤维细丝收集板上，钢针发射极往复一次能够通过若干个钢针中的每一根钢针拉出若干条纤维细丝，极大的提高了静电纺丝的效率，避免了传统静电纺丝过程中喷头堵塞的问题，且可以针对不同的生产规模进行钢针发射极长度的调整，往复移动装置的结构简单，动作精准迅速能够有效的保证静电纺丝过程中动力来源的稳定性。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。