CN103484952B - 鞘层气体可加热式聚焦电纺直写喷头装置 - Google Patents
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Abstract
鞘层气体可加热式聚焦电纺直写喷头装置，涉及一种电纺直写喷印装置。设有进液喷头座、进气箱体、接线柱、电热元件、继电器、数控温度单元、测温元件；进液喷头座与进气箱体的中心连接，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的中心通孔中，接线柱设于进液喷头座上，进液喷头座设径向进液孔，进液喷头座下端设有轴向喷嘴部；进气箱体设有至少2个轴向连接通孔，进气箱体设有径向进气口，进气箱体下端设有轴向出气孔，进气箱体设有支撑架，进气箱体设有2个轴向中空连线孔；进气孔内设有电热元件，进气孔内表面设有测温元件；测温元件与数控温度单元连接，数控温度单元再与继电器相连，继电器连接电热元件。
Description
技术领域
本发明涉及一种电纺直写喷印装置，尤其是涉及一种鞘层气体可加热式聚焦电纺直写喷头装置。
背景技术
基于电液动力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。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。
为了开展实验研究，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，中国专利201210037687.7中提出了不同的气体聚焦电纺喷头结构，但专利中所述喷头各个部件仍是独立分散，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。中国专利201310020810.9中提出的结构，使用过程中需要对各个部件进行频繁的拆装、调整，虽然可以调溶液通道与小孔的同轴度，但是对中性不好且调整繁琐，鞘气温度不可控，不能有效控制溶剂挥发及纤维的直径和形态结构。
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，能快速对中和有效控制溶剂挥发的一种鞘层气体可加热式聚焦电纺直写喷头装置。
本发明设有进液喷头座、进气箱体、接线柱、电热元件、继电器、数控温度单元、测温元件；所述进液喷头座和进气箱体均设有中心通孔，且同轴设置；进液喷头座与进气箱体的中心通孔螺纹连接，进液喷头座固于进气箱体的上端面，进液喷头座下部伸入进气箱体的中心通孔中，接线柱设于进液喷头座上，进液喷头座设有径向进液孔，进液喷头座的下端设有轴向喷嘴部；进气箱体设有至少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，进气箱体的下端设有轴向出气孔，进气箱体设有用于固定数控温度单元和继电器的支撑架，进气箱体设有2个轴向中空连线孔，以供与测温元件和电热元件连接的导线部分长度穿设；进气孔内设有电热元件，进气孔内表面设有测温元件；测温元件与数控温度单元连接，数控温度单元再与继电器相连，继电器连接电热元件，构成温度控制部件。
所述喷嘴部最好外表面设有10°～30°的锥度。
所述进气箱体的出气孔的内孔可为圆孔。
所述喷嘴部与出气孔采用锥面对中，当喷嘴部外表面完全顶死出气孔的圆孔时，保持对中，使用时，需要轻微反拧下进液喷头座的螺纹使得出气孔畅通即可，可实现快速对中。
所述温度控制部件包括电热元件、测温元件、数控温度单元、继电器。温控装置利用电热元件做发热体，测温元件将进气孔内表面上的温度电信号送至数控温度单元进行分析并向继电器输送通断信号从而控制电热元件的工作状态。
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，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。本发明可实现鞘气聚焦电纺直写喷头的集成固定和操控，可通过温度控制部件加热鞘气有效控制溶剂挥发，使用锥面和圆孔对中性好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。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。同时，鞘层气流的温度可控，可控制溶液溶剂的挥发和射流的细化从而控制纤维的直径和形态结构及其力学性能。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例的喷嘴部和出气孔完全顶死对中的结构示意图。
图3为本发明实施例的反拧进液喷头座使出气孔畅通后的结构示意图。
在图1～3中，各标记为：1、进液喷头座；2、进气箱体；3、连接通孔；4、接线柱；5、进液孔；6、进气孔；7、电热元件；8、继电器；9、支撑架；10、数控温度单元；11、连线孔；12、测温元件；13、喷嘴部；14、出气孔。
具体实施方式
参见图1～3，本发明实施例包括进液喷头座1、进气箱体2、接线柱4、电热元件7、继电器8、数控温度单元10、测温元件12。
进液喷头座1和进气箱体2均设有中心通孔，且同轴设置；进液喷头座1与进气箱体2的中心通孔螺纹连接，进液喷头座1固于进气箱体2的上端面，进液喷头座1下部伸入进气箱体2的中心通孔中，接线柱4设于进液喷头座1上，进液喷头座1设有径向进液孔5，进液喷头座1的下端设有轴向喷嘴部13；进气箱体2设有至少2个用于与外部安装的轴向连接通孔3，进气箱体2设有径向进气口6，进气箱体2的下端设有轴向出气孔14，进气箱体2设有用于固定数控温度单元10和继电器8的支撑架9，进气箱体2设有2个轴向中空连线孔11，以供与测温元件12和电热元件7连接的导线部分长度穿设；进气孔6内设有电热元件7，进气孔6内表面设有测温元件12；测温元件12与数控温度单元10连接，数控温度单元10再与继电器8相连，继电器8连接电热元件7，构成温度控制部件。所述喷嘴部13与出气孔14采用锥面对中，当喷嘴部13外表面完全顶死出气孔14的圆孔时，保持对中，使用时，需要轻微反拧下螺纹使得出气孔14畅通即可，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。
本发明实施例的工作原理如下：
本发明使用时，将接线柱与电源（在图中未画出）连接，进液孔连接外部供液装置（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。
进液喷头座1与进气箱体2通过螺纹连接；喷嘴部13与出气孔14采用锥面对中，使用时，先完全顶死出气孔后轻微反拧下螺纹使得出气孔14畅通即可，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；通孔3用于固定整个喷头装置；接线柱4与进液喷头座1螺纹连接固定，作为引出电极；进液孔5连接外部供液装置，通过供液装置来调节实验时供液速度，进气孔6连接外部供气装置，通过供气装置来调节实验时气体压力；电热元件7置于进气孔6内，测温元件12置于进气孔6内表面，测温元件12通过中空连线孔11与数控温度单元10导线连接，数控温度单元10再与继电器8相连，继电器8连接电热元件7，构成温度控制部件，通过温度控制部件调节实验时鞘气温度。
本发明通过喷嘴部13与出气孔14采用锥面对中来调整喷头的同轴度，进液孔5外部连接的供液装置调节电纺时供液速度，进气孔6连接的供气装置调节实验时供气气体压力，进气孔6内的电热元件7和测温元件12外部连接的控温度单元10与继电器8构成的温度控制部件调节实验时鞘气温度，接线柱8连接的高压电源调节电纺时的电压。
Claims (2)
1.鞘层气体可加热式聚焦电纺直写喷头装置，其特征在于设有进液喷头座、进气箱体、接线柱、电热元件、继电器、数控温度单元、测温元件；所述进液喷头座和进气箱体均设有中心通孔，且同轴设置；进液喷头座与进气箱体的中心通孔螺纹连接，进液喷头座固于进气箱体的上端面，进液喷头座下部伸入进气箱体的中心通孔中，接线柱设于进液喷头座上，进液喷头座设有径向进液孔，进液喷头座的下端设有轴向喷嘴部；进气箱体设有至少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，进气箱体的下端设有轴向出气孔，进气箱体设有用于固定数控温度单元和继电器的支撑架，进气箱体设有2个轴向中空连线孔，以供与测温元件和电热元件连接的导线部分长度穿设；进气孔内设有电热元件，进气孔内表面设有测温元件；测温元件与数控温度单元连接，数控温度单元再与继电器相连，继电器连接电热元件，构成温度控制部件；
所述喷嘴部外表面设有10°～30°的锥度。
2.如权利要求1所述鞘层气体可加热式聚焦电纺直写喷头装置，其特征在于所述进气箱体的出气孔的内孔为圆孔。
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