发生弯曲及进一步的分裂拉伸现象，此时由于射流的比表面积迅速增大而使溶剂快速 挥发，最终在收集网上被收集并固化形成非织造布状的纤维毡。将定位轴139固定在机床 上，由于定位轴139与固定外套115是一体的，固定外套115也是固定不动的。莫氏主轴 108与机床主轴连接并随机床主轴旋转。冷却液从该孔依次进入到固定外套115内的环槽、 莫氏主轴108的横孔并流入竖直孔，在外界栗的压力下进入内冷磨头柄136的内冷孔。安 装时先将内冷磨头柄136装入莫氏主轴108下端的孔中，再装上夹头127,最后通过莫氏主 轴108与锁紧螺母128的螺纹将锁紧螺母128拧紧。
[0103] 导线连接块165有两根导线II156通入内冷磨头柄136的内冷孔126。莫氏主轴 108是旋转的并通过平键155带动磨头柄夹紧体158旋转，高压电转换装置167通过垫片 VI163和螺钉ΧΠ162固定在固定外套115上，也是固定不动的。滚轮166与导线连接块165 是一体的并在高压电转换装置167的内凹槽内旋转，由此实现高压电由固定的高压电外导 线III159向旋转的高压电内导线II156的传送。高压电转换装置167通过导线放置槽III157 和导线III159与可调高压直流电源129的负极相连，使液体带电，可调高压直流电源129的 正极和工件加电装置130连接并通过接地线146接地。
[0104] 如表4所示，应用于创伤敷料的静电纺丝体系主要包括天然高分子和合成聚合 物。采用静电纺丝技术，这些材料在体内和体外伤口愈合实验中，通过促进上皮的形成表现 出了辅助愈合的能力。
[0105] 表4可进行静电纺丝的聚合物溶液体系
[0106]
[0107] 静电纺丝基本理论：
[0108] 当施加的电压超过临界值时，分子小的带电液体或粘度低的高分子带电液体就会 从喷头喷射而出，形成微小带电液滴，向与电极相反的方向移动，从而形成分散的微纳米级 的气溶胶或者聚合物小球，这一过程即为静电雾化。若带电液体是高分子溶液或熔体，其分 子链缠结在一起，在对液体施加高压静电的过程中，当液体表面的电荷斥力超过其表面张 力后，就会在喷头末端的泰勒锥表面高速喷射出聚合物射流，这些射流在一个较短的距离 内经过电场力的高速拉伸、溶剂挥发与固化，最终沉积在接收极板上，形成聚合物纤维。这 一过程即为静电纺丝。
[0109] 当带电液滴被引入电场后，电荷聚集在液滴表面，从而产生一个驱使液滴向外分 裂的电荷斥力（表示为带电液滴表面的静电压力ΡΕ=σ2/2ε。，与液滴表面电荷密度σ和 真空中介电常数％有关），它与液滴表面的倾向于使液滴收缩的表面张力（表示为喷头末 端液体表面张力γ，和液滴半径R有关的压力Ρε= 2γ/R)形成一种非稳态的平衡，这个平 衡可以用下式表示：
[0110] Δ Ρ = 2 γ/R-eV (32 ε 0 JT 2R4)⑴
[0111] 式中，e-液滴所带的总电荷；R-液滴半径。
[0112] 可以看出，当液滴半径减小（电荷密度增加）时，由静电产生的压力就会增加。当 液滴表面产生的张力与静电斥力相等时，处于电场中的带电液滴达到平衡，假设此时带电 液滴的直径为D，换算成液滴表面的电荷密度，可以得到下式：
[0113]
(::2>
[0114] 式中，M-液滴的质量。
[0115]当电荷斥力超过这个极限时，喷头末端的液滴就会分裂成多个小液滴，形成静电 雾化现象。这个液滴稳定的极限称之为"瑞利稳定极限"。假设液体射流为圆柱形，那么"瑞 利稳定极限"的条件可以用下式表示：
[0116] ΔΡ = y/R-T2/(8 ￡0jt2R4) (3)
[0117] 式中，τ-液体射流长度单位所带的电荷，换算成射流表面的电荷密度为：
[0118]
:⑷
[0119] 从上式可以看出，达到"瑞利稳定极限"的条件时，在泰勒锥表面形成圆柱形射流 所需的电荷比静电雾化要小，这种特例就是静电纺丝。
[0120] 从泰勒锥顶端喷射出射流的临界电压的计算公式为：
[0121] V2c = (4H2/L2) * [In (2L/R) -1. 5] * (0· 117 π γ R。） (5)
[0122] 式中：Η-两电极之间的距离；L-喷头伸出极板的距离；R-悬滴的半径；γ-液滴的 表面张力。R。-喷头半径。（单位：Vc为kV，H，L和R为cm，γ为dyn/cm)
[0123] 悬垂液滴表面受到的力主要有电场力、黏应力、流体静压力差以及表面张力引起 的压力差。当悬垂液滴表面的切向电场力大于切向黏应力时，形成单射流或多射流；反之， 形成液滴。
[0124] 静电纺丝基本过程可分为以下三步：
[0125](1)射流产生和射流沿直线延伸。以垂直向下的溶液静电纺丝为例，聚合物溶液悬 垂微滴在表面张力作用下维持在喷丝口处。当喷射口与接地收集器之间的电位差增加时， 液体内离子的运动使溶液表面带电。这些电荷在液滴表面产生聚集力以克服溶液自身的表 面张力。随着电压的逐步增大，射流从悬垂微滴表面形成的圆锥体上凸出来，进一步提高电 压，射流的电荷密度和射流流速也随之增加，液滴克服表面张力而形成射流。
[0126] (2)射流的弯曲不稳定生长和拉伸细化过程。射流产生后，在初始某一段距离沿直 线生长。由于受到静电力和趋重力的共同作用，射流很快便在直线下端发生鞭动。这种鞭 动允许射流在较小的空间内产生较大程度的拉伸，随后进一步发展成自相似环形流。每个 循环的形成又分三步，并比下一个环形流的尺寸小。第一步，平滑直线段或稍微弯曲段发展 成弯曲排列（鞭动）；第二步，当每一射流的弯曲段被拉伸时，弯曲的线性排列变成一系列 周长增加的螺旋环流；第三步，当每个螺旋环流增大时，形成环流的横截面直径增长较小， 沿着环形流处处可以建立第一步的条件。随着弯曲不稳定性的发展和生长，射流不断细化， 拉伸比率可达数万倍。
[0127] (3)射流固化形成纳米纤维。作用在带电射流上的电场力引导整个射流飞向接地 收集器，随着溶剂的挥发或熔体的冷凝，射流固化成纳米纤维并以螺旋形方式逐层堆积到 收集器上，最终形成膜状或棉絮状材料。
[0128] 如图16所示，增加针头与接收板107之间的距离，纳米纤维在空气中的飞行距离 将被延长，纤维直径随距离的增加而有所下降。距离太近不利于溶剂的充分挥发，太远则不 利于纳米纤维的收集，一般收集距离D都设置在5~20cm。当其他参数固定不变时，增大静 电压，静电场场强增加，对射流的静电拉伸力增加，使得纤维直径随射流的细化而下降。然 而，当电压增加超过一定程度的时候，射流的不稳定性将更为明显，纤维直径的分布变宽， 即得到粗细差异较大的纳米纤维。当高压接近30kV时，无论是在干燥还是在潮湿的环境 下，高压端都易对空气放电，电荷大量损失，静电纺丝过程变得更加危险，因此，通常情况下 选用5~20kV的高压即可。此外，正电压场有利于纤维表面电荷的释放，而负电压场能提 供较为稳定的电场力，两者对不同的聚合物静电纺丝有着不同影响。注射栗用于输送纺丝 液并控制纺丝液的流速，单个喷头纺丝液的流速为〇. 1~l〇mL/h。针头为纺丝液的输出口， 内径d通常为0.l-2mm。流速的计算公式为：
[0129] u = Q/A (6)
[0130] 式中，Q为注射栗的流量，可通过调节输入电动机电源的频率，改变转速从而改变 流量;A为喷射口的横截面积。当有η个喷射口时，A的计算公式为：Α=η·π(d/2)2。
[0131] 上述虽然结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行了描述，但并非对实用新型 保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域 技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围 内。
【主权项】
1. 一种静电雾化内冷磨头，其特征在于：包括主轴、静电雾化成膜结构和内冷磨削结 构，静电雾化成膜结构安装在主轴上，静电雾化成膜结构套合在内冷磨削结构的外侧，且静 电雾化成膜结构的喷射口朝向磨头设置。2. 根据权利要求1所述的静电雾化内冷磨头，其特征在于：所述主轴上套合有固定设 置的固定外套。3. 根据权利要求2所述的静电雾化内冷磨头，其特征在于：所述主轴和固定外套之间 通过圆锥滚子轴承组件连接。4. 根据权利要求1所述的静电雾化内冷磨头，其特征在于：所述内冷磨削结构为静电 雾化内冷磨削结构，包括磨头、导线连接块、高压电转换装置以及电源，所述磨头的磨头柄 固定在主轴内，导线连接块固定在主轴上，所述高压电转换装置套合在磨头柄的外侧，且固 定设置，导线连接块与高压电转换装置活动连接，高压电转换装置与电源连接，磨头柄内设 置内冷孔，内冷孔贯穿磨头和磨头柄，导线连接块通过导线与内冷孔连接。5. 根据权利要求4所述的静电雾化内冷磨头，其特征在于：所述内冷孔为双螺旋孔道。6. 根据权利要求1所述的静电雾化内冷磨头，其特征在于：所述内冷磨削结构为相变 换热式磨削结构，包括磨头和磨头柄，磨头柄内设置相变换热式冷却装置，相变换热式冷却 装置包括蒸发段、绝热端和冷凝段，蒸发段靠近磨头安装，冷凝段远离磨头安装。7. 根据权利要求6所述的静电雾化内冷磨头，其特征在于：所述蒸发段的内锥角小于 90°，冷凝段设置散热片。8. 根据权利要求1所述的静电雾化内冷磨头，其特征在于：所述静电雾化成膜结构包 括注射栗、安装在注射栗内部的电极以及设置在注射栗出口端的喷射口，所述电极和工件 加电装置分别与静电发生器负极和正极连接，注射栗的柱塞与电机连接，喷射口垂直设置 或朝向磨头倾斜设置。9. 根据权利要求2所述的静电雾化内冷磨头，其特征在于：所述静电雾化内冷磨头还 包括可伸缩套筒结构，可伸缩套筒结构包括手旋套和推板，手旋套活动安装在固定外套上， 手旋套和推板的一端螺纹连接，固定外套上设置有用于将推板的另一端进行卡合的凹槽， 在凹槽内部，推板与固定外套之间设置有弹性介质，注射栗与推板连接。10. 根据权利要求9所述的静电雾化内冷磨头，其特征在于：所述推板为分体结构，包 括推板本体和推板连接块，推板本体与手旋套之间螺纹连接，推板本体与推板连接块连接， 固定外套上设置有用于卡合推板连接块的凹槽，在凹槽内部，推板连接块与固定外套之间 弹性介质连接，注射栗与推板连接块连接。
【专利摘要】本实用新型公开一种静电雾化内冷磨头，包括莫氏主轴、静电雾化成膜结构和内冷磨削结构，静电雾化成膜结构套合在内冷磨削结构的外侧，且静电雾化成膜结构的喷射口朝向磨头设置。本实用新型的静电雾化内冷磨头是一种内冷磨具与静电雾化成膜集成装置，静电雾化内冷磨具与静电雾化成膜装置成套筒式结构，不仅能使冷却液充分雾化并使冷却液液滴分布可控，从而有效降低磨削区温度，还能在骨磨削的同时将医用辅料通过静电雾化成膜装置及时喷向磨削后的创面。本实用新型还设置有可伸缩套筒结构，可以通过对可伸缩套筒结构的调节，来调节静电雾化成膜喷嘴的位置，实现对磨削创伤面的雾化成膜保护处理。
【IPC分类】A61B17/16, D01D5/00, A61L26/00
【公开号】CN204971447
【申请号】CN201520732876
【发明人】杨敏, 李长河, 张彦彬, 李本凯, 王要刚, 郭树明
【申请人】青岛理工大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年9月21日