一种带有鞘气约束的弧形阵列静电纺丝喷头的制作方法

本发明涉及静电纺丝领域，尤其是涉及一种带有鞘气约束的弧形阵列静电纺丝喷头。

背景技术：

作为一种微纳米纤维制造技术，静电纺丝以其设备简易、操作可控、原料广泛、成本低廉等优点，已经引起学者乃至工业领域的广泛关注。传统的单喷嘴静电纺丝效率非常低，仅为0.1g/h左右，限制了电纺纳米纤维产量的提升。实现直径均匀、孔隙率高纳米纤维膜的快速、批量化沉积制备是其应用研究的重点，也是静电纺丝技术产业化推广的重要前提。而探究高密度多射流喷射控制策略已成为批量化静电纺丝的关键。多针批量化静电纺丝是提高纤维产量最直接的方式，并且采用喷嘴可以有效抑制带电射流的自由表面漂动，提高纤维分布均匀性。其缺点在于相邻喷嘴间的排斥和不同喷嘴处的不均匀电场会导致射流难以持续稳定喷射(theronsa,yarinal,zussmane,etal.multiplejetsinelectrospinning:experimentandmodeling[j].polymer,2005,46(9):2889-2899)。因此，减弱多射流间的排斥干扰，提高射流密度已经成为多针批量化静电纺丝的研究重点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供可减小静电纺丝多射流喷头之间的电场抑制干涉及多射流之间的静电干扰，提高多射流密度和喷射稳定性，促进射流溶剂挥发，改善纳米纤维质量，辅助鞘气对射流提供额外的拉伸与约束作用，减小电纺纳米纤维直径，提高静电纺丝纳米纤维沉积效率，可实现大面积均匀纳米纤维膜快速成型的一种带有鞘气约束的弧形阵列静电纺丝喷头。

本发明设有上盖板、针头安装板、导电板、支撑板、针头阵列和气罩；

所述上盖板设有进液孔，上盖板通过软管与供液装置连接，保证纺丝溶液的可控定量供给，均匀流入各个纺丝针头；

所述针头安装板为阶梯结构，阶梯结构的高度差与对应位置针头的高度差一致，每个阶梯上设有与针头阵列对应位置的凸台，凸台与针头内孔过盈配合，针头安装板内部为弧形槽，弧形槽与上盖板组成溶液槽，给纺丝溶液充分的缓冲流动空间，针头安装板上与针头阵列对应位置设有通孔流道，用于实现各个纺丝针头均匀供液；

所述导电板与高压电源正极相连，用于提供空间高压电场，导电板为阶梯结构，阶梯高度差与对应位置针头高度差一致，在针头对应位置设有导电板通孔，保证上表面与针头的锥台部分稳定接触，每个针头都可良好导电；

所述支撑板与导电板配合，支撑板设有支撑板通孔，与导电板上的孔等大同轴分布，便于针头的安装与固定，避免发生针头脱落或导电不良等问题；

所述针头阵列设有按弧形阵列排布的针头，针头阵列中间位置的针头位于最低点，针头阵列的两侧针头对称排布；

所述气罩设有两个进气孔，气罩通过导气管与供气装置相连，利用调压阀控制气体流量和压强的大小，气罩的底面为弧面，气罩的底面设有与针头位置对应的同轴气孔，针头伸出气罩1～3mm，辅助气体从进气孔流入，经过气罩的气流槽的缓冲作用后从各个同轴气孔均匀流出，对射流形成鞘气约束和拉伸。

所述进液孔可设有2～4个。

所述针头可采用7～15个不锈钢点胶针头，针头间高度差可为0～8mm不等，针头间距可为5～20mm。

所述凸台的高度可为2～4mm。

所述导电板通孔的直径可为1～3mm。

所述支撑板通孔的直径可为1～3mm。

所述针头安装板上设有螺纹孔，针头安装板、导电板、支撑板可由锁紧螺钉固定连接。

所述同轴气孔的直径可为1～2mm。

所述上盖板上可设有螺纹孔，上盖板、针头安装板、气罩可由锁紧螺钉固定连接。

所述导电板可由金属材料加工，所述上盖板、针头安装板、支撑板、气罩可由绝缘材料加工。

本发明可减小静电纺丝多射流喷头之间的电场抑制干涉及多射流之间的静电干扰，提高多射流密度和喷射稳定性，提高静电纺丝纳米纤维沉积效率，从而实现大面积均匀纳米纤维膜的快速成型。

本发明采用多针头阵列进行高密度多射流纺丝，可有效提高电纺纳米纤维的沉积效率。针头阵列采用弧形排布方式，可有效削弱多射流喷射过程中的电场干扰抑制作用，提高多射流喷射稳定性。通过引入鞘气约束，利用辅助气流的拉伸力加快纺丝射流喷射，提高纤维喷射效率，细化射流，减小纳米纤维直径，促进射流溶剂挥发，减少纤维中珠粒结构的形成，有助于提高电纺纤维成膜均匀性和成膜质量。辅助气流可携带走针尖表面电荷，降低射流表面电荷密度，从而有助于进一步减小射流之间的静电干扰，实现高密度多射流的可控喷印。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图。

图2是气罩的俯视图。

图3是导电板的俯视图。

在图中，各标记为：1.上盖板，2.针头安装板，3.外锁紧螺钉，4.导电板，5.支撑板，6.内锁紧螺钉，7.气罩，8.针头阵列。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示为本发明的一个具体实施例，设有上盖板1、针头安装板2、外锁紧螺钉3、导电板4、支撑板5、内锁紧螺钉6、气罩7和针头阵列8。所述针头安装板2上设有螺纹孔，针头安装板2、导电板4、支撑板5由内锁紧螺钉6固定连接。上盖板1上设有螺纹孔，上盖板1、针头安装板2、气罩7由外锁紧螺钉3固定连接。针头阵列8由9个不锈钢点胶针头按弧形阵列排布组成，最外侧针头与中间位置针头的高度差为12cm，针头间距15mm，中间位置针头位于最低点，两侧针头对称排布。

所述上盖板1设有2个进液孔，通过软管与供液装置连接，保证纺丝溶液的可控定量供给，均匀流入针头阵列8。

所述针头安装板2为阶梯结构，阶梯高度差与对应位置针头高度差一致，每个阶梯上设有与针头阵列对应位置的凸台，凸台高度3mm，与不锈钢点胶针头阵列8内孔过盈配合。针头安装板2内部为弧形槽，与上盖板1组成溶液槽，给纺丝溶液充分的缓冲流动空间，针头安装板2上与针头阵列8对应位置设有通孔流道，实现各个纺丝针头均匀供液。

所述导电板4与高压电源正极相连，提供空间高压电场，为阶梯结构，阶梯高度差与对应位置针头高度差一致，在针头对应位置设有直径2mm的通孔，保证上表面与不锈钢点胶针头阵列8的锥台部分稳定接触，每个针头都可良好导电。

所述支撑板5与导电板配合，设有2mm通孔结构，与导电板上的孔同轴分布，便于针头的安装与固定，避免发生针头脱落或导电不良等问题。

所述气罩7设有两个进气孔，通过导气管与供气装置相连，利用调压阀控制气体流量和压强的大小。底面为弧面，设计有与针头阵列8位置对应的同轴气孔，同轴气孔直径1mm，针头伸出气罩1mm。辅助气体从进气孔流入，经过气流槽的缓冲作用后从各个同轴气孔均匀流出，对射流形成鞘气约束和拉伸。

图2所示为气罩7的俯视图，两端设有安装定位孔，利用外锁紧螺钉3与上盖板1、针头安装板2固定连接。气罩7底端设计有与针头阵列8位置对应的同轴气孔，同轴气孔直径1mm。辅助气体从各个同轴气孔均匀流出，对射流形成鞘气约束和拉伸，可细化射流与纤维直径，减小静电干扰，提高射流喷射稳定性与成膜质量。

图3所示为导电板4的俯视图，两端设有安装定位孔，利用内锁紧螺钉6与针头安装板2、支撑板5固定连接。导电板4上设有与针头阵列8位置对应的同轴通孔，同轴通孔直径2mm，上表面与不锈钢点胶针头阵列8的锥台部分稳定接触，每个针头都可良好导电。导电板4通过导线与高压电源正极相连，在喷头与收集板之间形成高压电场，纺丝溶液发生拉伸形变，产生射流，从而在收集板上快速沉积得到纳米纤维膜。

本实施例在使用过程中，纺丝溶液由供液装置通过软管流经进液口实现对各个纺丝针头的均匀供液，高压电源正极通过导线与导电板相连，对各个针头进行稳定供电，从而在喷头与收集板间形成高压电场，形成多射流高密度喷射。辅助气流通过供气装置供给，利用调压阀控制气体流量和压强大小，从气罩的进气口进入气流槽，经过缓冲作用后从各个气孔均匀流出，对射流起到约束与拉伸作用。根据实际需求，针头数量、针头间距、针尖弧度大小等可进行调节，促进大面积、均匀电纺纳米纤维膜的快速沉积。

本发明的针头阵列采用弧形排布方式，可有效减小多射流喷射过程中的电场干扰抑制作用，提高多射流喷射稳定性。引入鞘气约束，利用辅助气流的拉伸力加快纺丝射流喷射，提高纤维喷射效率，减小纳米纤维直径，有助于提高电纺纤维成膜均匀性。带有鞘气约束的弧形阵列多射流静电纺丝喷头可克服多射流喷射过程中的电场干涉抑制，促进大面积、均匀电纺纳米纤维膜的高效成型。