CN103194805A - 带辅助气流的爪型多喷头静电纺丝喷射装置 - Google Patents

Abstract

带辅助气流的爪型多喷头静电纺丝喷射装置，涉及一种静电纺丝喷射装置。提供一种可避免多喷头静电纺丝喷射装置中各个喷头间电场的干扰作用，确保各个喷头均处于稳定喷射状态的带辅助气流的爪型多喷头静电纺丝喷射装置。设有爪型支架、液分配器、气分配器、至少3个双层套管和至少3个喷头组件；爪型支架设有供分配器安装的中心壳体和围绕中心壳体设置的至少3根分流管；中心壳体设有主进液管入口、主进气管入口；液分配器设于所述中心壳体内，液分配器设有液分配器壳体、主进液管和至少3根分液管；所述气分配器设于所述中心壳体内，气分配器设有气分配器壳体、主进气管和至少3组分气管；所述喷头组件设有安装板、喷头座和至少6个喷头。

Description

带辅助气流的爪型多喷头静电纺丝喷射装置

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝喷射装置，特别是涉及一种带辅助气流的爪型多喷头静电纺丝喷射装置。

背景技术

静电纺丝自1930年由Formhals发明以来已经逐渐成为制备纳米纳/微米纤维的一种简单而有效的技术。它能将大部分聚合物及其共聚物、嵌段共聚物、衍生物等成功地制备成3纳米到5微米范围内的电纺纤维。其原理是：在高压静电发生器的作用下，电纺液喷丝装置和电纺纤维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锥顶呗加速，当电场力足够大时，带电液滴克服表面张力形成带电射流，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，形成随机排列的电纺丝纤维材料。

由于电纺丝纤维材料具有高比表面积、高空隙率、高通透性等特性，近年来已经引起了广泛关注，并且在组织工程、给药系统、膜工程以及光学传感器等方面显示出越来越广泛和重要的应用。但是，传统静电纺丝采用单根纺丝喷头仅能产生一束射流，产量只有0.02g/h（[1]O.O.Dosunmu,G.G.Chase,W.Kataphinan and D.H.Reneker.Electrospinningof Polymer Nanofibers from Multiple Jets on a Porous Tubular Surface[J].Nanotechnology,2006,17:1123-1127）；效率非常低，无法进行批量纳米纤维的喷印制造，不适应于静电纺丝技术的工业化生产应用局限了其进一步发展应用。目前，静电纺丝纳米纤维研究仍主要局限于实验室阶段。因此，研制一种适合工业化生产的批量化静电纺丝设备成为电纺纤维材料推广应用关键。

目前，批量电纺装方式主要有：仿生喷气式电纺丝([2]候豪情,陈水亮,程楚云,胡萍.超细聚合物纤维高速气吹静电纺丝复合制备方法及装置.发明专利，专利号:ZL200710009595.7.[3]刘雍，何吉欢，俞建勇，徐岚，刘丽芳．一种可用于大批量生产纳米纤维的喷气式静电纺丝装置．专利申请号：200710036447.4.[4]何吉欢，杨芹，寿大华．一种用于生产纳米纤维的泡泡纺方法及装置．专利申请号：200810037436.2)，但需要气压泵进行气体供给，产生气泡大小难以控制影响了静电纺丝纳米纤维的的均匀性；组合多针尖喷头阵列电纺([5]J.C.Almekinders and C.Jones.Multiple jet electrohydrodynamicspraying and applications[J].J.Aerosol.Sci.,1999,17:969-971；[6]D.J.Smith,D.H.Reneker,A.T.McManus,A.L.Schreuder-Gibson,C.Mello,M.S.SennettElectrospunfibers and an apparatus therefore.US Patent2004;6753454.)，多喷头上会产生均匀电场受其影响，各个喷头的喷应状态不一致纤维直径差异较大且易于产生珠状结构，同时喷头易于堵塞，不方便操作；磁致喷射批量电纺([7]M.D.Cowley,R.E.Rosensweig.The interfacial stability of a ferromagnetic fluid[J].J.Fluid Mech.1967,30:671-688；[8]A.L.Yarin,E.Zussman.Upward needless electrospinning ofmultiple nanofibers[J].Polymer,2004,45:2977-2980)，需要在纺丝溶液中加入磁粉和硅油等杂质，影响了纤维的质量，也限制了其应用的范围；多孔管批量电纺([1]O.O.Dosunmu,G.G.Chase,W.Kataphinan and D.H.Reneker.Electrospinning of PolymerNanofibersfrom Multiple Jets on a Porous Tubular Surface[J].Nanotechnology,2006,17:1123-1127)，需要气泵辅助供液，在纳米纤维均匀性等方面缺陷限制了其应用范围的扩展。

发明内容

本发明的目的是提供一种可避免多喷头静电纺丝喷射装置中各个喷头间电场的干扰作用，确保各个喷头均处于稳定喷射状态的带辅助气流的爪型多喷头静电纺丝喷射装置。

本发明设有爪型支架、液分配器、气分配器、至少3个双层套管和至少3个喷头组件；

所述爪型支架设有供分配器安装的中心壳体和围绕中心壳体设置的至少3根分流管；中心壳体设有主进液管入口、主进气管入口，每根分流管的一端均与中心壳体连接且与中心壳体内腔相通，每根分流管的另一端均与1个双层套管的上端连接且与该双层套管内腔相通；双层套管设有中心通道和夹层环形通道，中心通道和夹层环形通道与所述分流管相通；

所述液分配器设于所述中心壳体内，液分配器设有液分配器壳体、主进液管和至少3根分液管，主进液管一端经中心壳体的主进液管入口与设于分液器壳体上的进液口连接，主进液管另一端外接供液装置，每根分液管一端与设于分液器壳体上的1个分液口连接相通，每根分液管另一端均穿过所述分流管和双层套管并与1个喷头组件连接相通；

所述气分配器设于所述中心壳体内，气分配器设有气分配器壳体、主进气管和至少3组分气管，主进气管一端经中心壳体的主进气管入口与设于气分配器壳体上的进气口连接相通，主进气管外端外接供气装置，每组分气管设有至少3根分气管，每根分气管的一端均与设于气分配器壳体上的出气口连接相通，每根分气管的另一端均经中心壳体的分流管与所述双层套管连通，其中1根分气管经所述双层套管的中心通道与喷头组件的喷头座的中心通孔连通，另外的分气管与所述双层套管的夹层环形通道连通；

所述喷头组件设有安装板、喷头座和至少6个喷头；安装板与所述双层套管下端螺接，喷头座与安装板连接，各喷头设于喷头座上，喷头座和安装板设有同轴中心通孔。

所述中心壳体最好为圆盘状壳体；所述至少3根分流管一般可为3～8根分流管，各根分流管最好为对称设置。

所述分流管的另一端最好通过法兰结构与双层套管上端连接。

所述至少6个喷头一般可为6～9个喷头。

所述双层套管下端最好设有气流罩，气流罩与双层套管下端螺接。

与现有技术比较，本发明的有益效果如下：

由于本发明采用上述技术方案，在双层套管的中心通道和夹层环形通道中构成了环形辅助气流通道，引入了环绕辅助气流构建了多喷头静电纺丝喷射装置，利用环绕辅助气流带走静电纺丝过程聚焦在纺丝喷头上的多余电荷，避免了多喷头喷射模式中喷头间电场的干扰作用，确保各个纺丝喷头均处于稳定喷射阶段避免了珠状结构的产生；再者，利用环绕气流的拉伸作用加速了射流的细化拉伸，不但提高了静电纺丝喷射的效率，也进一步降低了喷射射流和纳米纤维的直径、提高了其均匀性；并设计了爪型喷嘴结构，提高了纳米纤维沉积的面积和沉积的均匀性。本发明可以为静电纺丝纳米纤维的批量化生产提供了一种有效实现方式。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例的爪型支架、液分配器和气分配器结构示意图。

图3为本发明实施例的双层套管结构示意图。

图4为本发明实施例的双层套管与爪型支架连接示意图。

图5为本发明实施例的双层套管、喷头组件和气流罩的结构示意图。

图6为本发明实施例的喷头组件的喷头结构示意图。

具体实施方式

参见图1～6，本发明实施例设有爪型支架、液分配器、气分配器、6个双层套管2、6个喷头组件和6个气流罩6。爪型支架设有圆盘状中心壳体11和围绕中心壳体11均布对称设置的6根分流管12；中心壳体11设有主进液管入口111、主进气管入口112，每根分流管12的一端均与中心壳体11连接且与中心壳体11内腔相通，每根分流管12的另一端均与1个双层套管2的上端连接且与该双层套管2内腔相通。

双层套管2设有中心通道21和夹层环形通道22，中心通道21和夹层环形通道22与所述分流管12相通。双层套管2上端通过法兰结构23与所述分流管12的另一端连接。

液分配器设于所述中心壳体11内，设有液分配器壳体31、主进液管32和6根分液管33，主进液管32一端经中心壳体11的主进液管入口111与设于分液器壳体31上的进液口连接，主进液管32另一端外接供液装置（供液装置未画出），每根分液管33一端与设于分液器壳体31上的1个分液口连接相通，每根分液管33另一端均穿过所述分流管12和双层套管2，与1个喷头组件连接相通。气分配器设于所述中心壳体11内，设有气分配器壳体41、主进气管42和6组分气管，主进气管42一端经中心壳体11的主进气管入口112与设于气分配器壳体41上的进气口连接相通，主进气管42外端外接供气装置（供气装置未画出），每组分气管设有3根分气管43（图中每组分气管只画出2根），每根分气管43的一端均与设于气分配器壳体41上的出气口连接相通，每根分气管43的另一端均经中心壳体11的分流管12与所述双层套管2连通，其中1根分气管43经所述双层套管2的中心通道21与喷头组件的喷头座51的中心通气孔511连通，另外2根分气管43与所述双层套管2的夹层环形通道22连通。

喷头组件设有安装板53、喷头座51和至少6个喷头52；安装板53与所述双层套管2下端螺接，喷头座51与安装板53连接，各喷头52设于喷头座51上，喷头座51和安装板53设有同轴中心通孔。

气流罩6与双层套管2下端螺接。气流罩6可方便安装拆卸清洗维护，气流罩6对流出的气体可以起约束作用。

工作时，外部纺丝溶液通过主输液管32导入液分配器中，再由液分配器通过分液管将纺丝溶液输送到喷头组件，由喷头喷出。

外部气体通过主输气管送入气分配器中，再由气分配器通过各分气管分别输送到个喷头组件中，因双层套管设有中心通道和夹层环形通道，因此可在各喷头周围形成环绕辅助气流，利用该环绕辅助气流带走静电纺丝过程聚焦在纺丝喷头上的多余电荷，避免了多喷头喷射模式中喷头间电场的干扰作用，确保各个纺丝喷头均处于稳定喷射阶段避免了珠状结构的产生；再者，利用环绕气流的拉伸作用加速了射流的细化拉伸，可提高了静电纺丝喷射的效率，进一步降低了喷射射流和纳米纤维的直径、提高了其均匀性。

Claims (6)

1.带辅助气流的爪型多喷头静电纺丝喷射装置，其特征在于设有爪型支架、液分配器、气分配器、至少3个双层套管和至少3个喷头组件；

所述爪型支架设有供分配器安装的中心壳体和围绕中心壳体设置的至少3根分流管；中心壳体设有主进液管入口、主进气管入口，每根分流管的一端均与中心壳体连接且与中心壳体内腔相通，每根分流管的另一端均与1个双层套管的上端连接且与该双层套管内腔相通；双层套管设有中心通道和夹层环形通道，中心通道和夹层环形通道与所述分流管相通；

所述液分配器设于所述中心壳体内，液分配器设有液分配器壳体、主进液管和至少3根分液管，主进液管一端经中心壳体的主进液管入口与设于分液器壳体上的进液口连接，主进液管另一端外接供液装置，每根分液管一端与设于分液器壳体上的1个分液口连接相通，每根分液管另一端均穿过所述分流管和双层套管并与1个喷头组件连接相通；

所述气分配器设于所述中心壳体内，气分配器设有气分配器壳体、主进气管和至少3组分气管，主进气管一端经中心壳体的主进气管入口与设于气分配器壳体上的进气口连接相通，主进气管外端外接供气装置，每组分气管设有至少3根分气管，每根分气管的一端均与设于气分配器壳体上的出气口连接相通，每根分气管的另一端均经中心壳体的分流管与所述双层套管连通，其中1根分气管经所述双层套管的中心通道与喷头组件的喷头座的中心通孔连通，另外的分气管与所述双层套管的夹层环形通道连通；

所述喷头组件设有安装板、喷头座和至少6个喷头；安装板与所述双层套管下端螺接，喷头座与安装板连接，各喷头设于喷头座上，喷头座和安装板设有同轴中心通孔。

2.如权利要求1所述的带辅助气流的爪型多喷头静电纺丝喷射装置，其特征在于所述中心壳体为圆盘状壳体。

3.如权利要求1所述的带辅助气流的爪型多喷头静电纺丝喷射装置，其特征在于所述至少3根分流管为3～8根分流管，各根分流管为对称设置。

4.如权利要求1所述的带辅助气流的爪型多喷头静电纺丝喷射装置，其特征在于所述分流管的另一端通过法兰结构与双层套管上端连接。

5.如权利要求1所述的带辅助气流的爪型多喷头静电纺丝喷射装置，其特征在于所述至少6个喷头为6～9个喷头。

6.如权利要求1所述的带辅助气流的爪型多喷头静电纺丝喷射装置，其特征在于所述双层套管下端设有气流罩，气流罩与双层套管下端螺接。

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