CN103014885A - 一种集成稳定鞘层气体约束聚焦功能的电纺直写喷头装置 - Google Patents

Abstract

一种集成稳定鞘层气体约束聚焦功能的电纺直写喷头装置，涉及一种电纺直写喷印装置。设支撑架、环形活块、进气箱体、进液喷头座、接线柱及喷嘴；支撑架、环形活块、进气箱体和进液喷头座均设有中心通孔且同轴设置；环形活块设于支撑架中心通孔中，进气箱体固于支撑架上端面，进液喷头座固于进气箱体上端面，进液喷头座下部伸入进气箱体和环形活块的中心通孔中，接线柱设于进液喷头座上，调节螺钉设于支撑架下部并面对环形活块外壁；支撑架设至少2个用于与外部安装的轴向连接通孔，进气箱体设径向进气口，进液喷头座设径向进液孔，进液喷头座下端设轴向供液接口，喷嘴与供液接口固连。可使鞘层环绕气体均匀喷射到环境空气中，提升射流运动稳定性。

Description

一种集成稳定鞘层气体约束聚焦功能的电纺直写喷头装置

技术领域

本发明涉及一种电纺直写喷印装置，尤其是涉及一种集成稳定鞘层气体约束聚焦功能的电纺直写喷头装置。

背景技术

基于电液耦合的电纺直写是利用外电场作用于黏弹性溶液，在电场力的作用下黏弹性溶液变形获得泰勒锥；当电场力继续增强超过溶液表面张力时，便有射流从泰勒锥尖射出；利用稳定直线射流进行微纳结构的有序喷印制备。电纺直写克服了传统电液耦合电液耦合喷印过程射流螺旋、弯曲不稳定运动，利用稳定直线射流进行有序微纳结构的直写制备。直写射流携带电荷从泰勒锥尖射出，受电荷排斥力、不均匀电场力作用将产生鞭动不稳定，从而影响了直写微纳结构的定位精度。

鞘层气体聚焦是射流喷印控制研究新的发展趋势，并开始获得应用。融合气体聚焦和电液耦合喷印已经成为带电射流喷印的一种新方式，吸引了研究者的广泛关注。如B.Wang(Wang,Yao et al.2009)与W.L.Liu(Liu,Yao et al.2009)所在课题组分别将鞘层聚焦气体应用于溶液静电纺丝制备了均匀的PVA、PEI纤细纳米纤维；鞘层聚焦气体应在熔体静电纺丝中的作用更为明显，E.Zhmayev(Zhmayev,Cho et al.2010)等研究发现聚焦气体可使熔体静电纺丝纳米纤维直径减小20倍；A.M.

(

LopezHerrera et al.2006;

Ferrera et al.2011;Li,

et al.2011)等通过实验和理论研究证实了鞘层聚焦气体对电液耦合电喷雾具有减小微纳液滴直径、提高均匀性和喷印效率的作用。

电纺直写技术引入气体聚焦，主要利用近场条件下处于层流状态的环绕气体减小喷印过程纺丝射流与空间介质的相对速度，提升射流运动的稳定性；同时鞘气的引入，在电场力的基础上叠加了气体流场的拉伸力，降低了维持射流喷射所需要的施加电压幅值，减少了射流不稳定因素的干扰，为射流精确喷印控制提供了一种新的技术途径。

而开展射流调控机制、微纳结构喷印定位验证性实验研究，探索射流摆动幅值、喷印微纳结构尺寸、定位精度、克服直写螺旋结构所需要的临界速度与气体流速、施加电压、喷头至收集板距离等工艺参数的关系规律等都需要一款综合性能适宜的喷头开展实验研究，使鞘层气体聚焦电纺直写喷头的设计开发已经成为了一个研究热点，如中国专利200710009595.7、201210037687.7中提出了不同的气体聚焦电纺喷印结构，但这些专利中所述喷头各个部件仍是独立分散，使用过程中需要对各个部件进行频繁的拆装、调整，气液出口面相对位置固定、溶液通道为毛细管，内径不可调、不能调节溶液通道与小孔的同轴度，不易于喷头的简化和集成操控。

发明内容

本发明的目的是提供可使鞘层环绕气体均匀地喷射到环境空气中，提升射流运动的稳定性的一种集成稳定鞘层气体约束聚焦功能的电纺直写喷头装置。

本发明设有支撑架、环形活块、进气箱体、进液喷头座、接线柱及喷嘴；

支撑架、环形活块、进气箱体和进液喷头座均设有中心通孔，且同轴设置；环形活块设于支撑架的中心通孔中，进气箱体固于支撑架上端面，进液喷头座固于进气箱体上端面，进液喷头座下部伸入进气箱体和环形活块的中心通孔中，接线柱设于进液喷头座上，调节螺钉径向设于支撑架下部，并面对环形活块外壁；支撑架设有至少2个用于与外部安装的轴向连接通孔，进气箱体设有径向进气口，进液喷头座设有径向进液孔，进液喷头座的下端设有轴向供液接口，喷嘴与所述供液接口固连。

所述支撑架最好环形均布3个调节螺钉。

所述供液接口最好设有1°～2°的锥度。

所述喷嘴与供液接口固连，最好是喷嘴与供液接口螺接。

本发明使用时，将接线柱与电源连接，进液孔连接外部供液装置，供液接口外接喷嘴，进气孔连接外部供气装置，将外部的收集板与电源负极并接地。并将收集板放置于喷嘴的正下方。所述进液孔连接的供液装置的溶液槽装有电纺丝溶液，可调节供液装置的给进速度，所述进气孔连接的供气装置用于调节进气压力。本发明可实现鞘层气体聚焦电纺直写喷头的集成固定、可方便更换不同内径的喷嘴，可通过调节螺钉对喷嘴同轴度进行调节控制，从而使鞘层环绕气体均匀的喷射到环境空气中，提升射流运动的稳定性。本发明利用稳定鞘层气流约束电纺直写射流的不稳定运动，利用鞘层气体的约束作用提高射流稳定性，在纺丝射流周围形成稳定的层流结构，减低了射流与周围介质的相对速度，抑制射流不稳定运动的产生。同时，鞘层气流对纺丝射流具有拉伸作用，降低了电纺直写所需要的启动电压和喷射维持电压，减少了高电压、大电荷密度所引发的干扰提高了射流喷射的稳定性；而且稍层气流的拉伸加速了射流的细化提高了喷射效率。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例的进液喷头座结构示意图。

图3为本发明实施例的进气箱体结构示意图。

具体实施方式

参见图1～3，本发明实施例包括支撑架1、环形活块2、进气箱体5、进液喷头座6、接线柱8和喷嘴（图1～3中未画出）。

支撑架1、环形活块2、进气箱体5、进液喷头座6均设有中心通孔，并同轴设置。环形活块2设于支撑架1的中心通孔中，进气箱体5通过紧固螺丝4固于支撑架1上端面，进液喷头座6固于进气箱体5上端面，进液喷头座6下部伸入进气箱体5和环形活块2的中心通孔中，接线柱8设于进液喷头座6上，调节螺钉3径向设于支撑架1下部，并面对环形活块2外壁。支撑架1设有至少2个用于与外部安装的轴向连接通孔10，进液喷头座6设有径向进液孔11，进气箱体5设有径向进气口14，进液喷头座6的中心通孔下部为轴向供液接口12。喷嘴与供液接口12螺接。所述的支撑架1环形均匀布置3个调节螺钉3，旋动调节螺钉3可以调节喷头及气孔同轴度，尽可能的使实验时气孔与喷嘴针孔同轴，从而得到更均匀的气体流场以保持射流的稳定性和喷印定位的准确性。

所述供液接口12设有1°～2°的锥度。标号7为密封平垫；标号9为密封圈；标号13为密封圈槽。

本发明实施例工作原理如下：

本发明使用时，将接线柱与电源连接，进液孔连接外部供液装置（在图中未画出），供液接口外接喷嘴（在图中未画出），进气孔连接外部供气装置（在图中未画出），将外部的收集板（在图中未画出）与电源（在图中未画出）负极并接地。并将收集板放置于喷嘴的正下方。所述进液孔连接的供液装置的溶液槽装有电纺丝溶液，可调节供液装置的给进速度，所述进气孔连接的供气装置用于调节进气压力。支撑架1与进气箱5体通过连接螺钉4螺纹连接从而固定环形活块2；进气箱体5与环形活块2构成了双层阶梯缓冲气流流域可使气流通过缓冲区后得到稳定，并从气孔以层流的方式喷射到环境空气中。调节螺钉3通过螺纹固定在支撑架1上，通过旋转调节螺钉3控制环形活块2轻微移动，可以控制喷头及气孔的同轴度；进液喷头座6与进气箱5体通过连接螺钉4固定，密封圈槽13内置密封圈9起到密封作用，进气箱体5与环形活块2也由密封圈9密封；通孔10用于固定整个喷

头装置。接线柱8与进液喷头座6螺纹连接固定，作为引出电极；进液孔11连接外部供液装置，通过供液装置来调节实验时供液速度，供液接口12外接喷嘴；进气孔14连接外部供气装置，通过供气装置来调节实验时气体压力。本发明通过旋动调节螺钉3来调整喷头及气孔的同轴度，进液孔11外部连接的供液装置调节电纺时供液速度，进气孔14连接的供气装置，实验时调节可的供气气体压力；接线柱8连接的高压电源，可调节电纺时的电压。本发明装置设有双层阶梯缓冲结构，可以对气流起到缓冲作用使气流获得稳定以层流的方式；由双层阶梯喷射出的处于层流状态的鞘层气体与纺丝射流保持有较好的对中性。

所述的支撑架1环形均匀布置3个调节螺钉3，旋动调节螺钉可以调节喷头及气孔同轴度，尽可能的使实验时气孔与喷嘴针孔同轴，从而得到更均匀的气体流场以保持射流的稳定性和喷印定位的准确性。

Claims (4)

1.一种集成稳定鞘层气体约束聚焦功能的电纺直写喷头装置，其特征在于设有支撑架、环形活块、进气箱体、进液喷头座、接线柱及喷嘴；

支撑架、环形活块、进气箱体和进液喷头座均设有中心通孔，且同轴设置；环形活块设于支撑架的中心通孔中，进气箱体固于支撑架上端面，进液喷头座固于进气箱体上端面，进液喷头座下部伸入进气箱体和环形活块的中心通孔中，接线柱设于进液喷头座上，调节螺钉径向设于支撑架下部，并面对环形活块外壁；支撑架设有至少2个用于与外部安装的轴向连接通孔，进气箱体设有径向进气口，进液喷头座设有径向进液孔，进液喷头座的下端设有轴向供液接口，喷嘴与所述供液接口固连。

2.如权利要求1所述的一种集成稳定鞘层气体约束聚焦功能的电纺直写喷头装置，其特征在于所述支撑架环形均布3个调节螺钉。

3.如权利要求1所述的一种集成稳定鞘层气体约束聚焦功能的电纺直写喷头装置，其特征在于所述供液接口设有1°～2°的锥度。

4.如权利要求1所述的一种集成稳定鞘层气体约束聚焦功能的电纺直写喷头装置，其特征在于所述喷嘴与供液接口固连，是喷嘴与供液接口螺接。

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