CN104164706B - 一种均匀涂液的批量静电纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及静电纺丝技术领域，具体涉及一种均匀涂液的批量静电纺丝装置。包括：一底座板，所述底座板两侧分别设有导轨，一均液装置，所述均液装置底面分布有供液体流出的毛细管；至少一供液装置，用于为均液装置提供所需液体；至少一针尖阵列装置，所述针尖阵列装置设置在底座板上，所述针尖阵列装置上设有喷嘴，该喷嘴出口方向朝向该均液装置底面，一收集板，所述收集板设置在均液装置及针尖阵列装置上方，一高压电源，所述高压电源正极与收集板电性连接，所述高压电源负极与针尖阵列装置电性连接并接地。本发明能够实现均匀供液的批量静电纺丝。

Description

一种均匀涂液的批量静电纺丝装置

技术领域

本发明涉及静电纺丝技术领域，具体涉及一种均匀涂液的批量静电纺丝装置。

背景技术

膜技术是一种高效的水处理技术，具有低操作成本、高效等优点，构成膜的纤维直径越小越有助于有效去除溶液杂质，采用传统纺丝方法很难纺出直径小于500nm的纤维，而静电纺丝纺出纤维直径可小至1nm，并具有多孔、大比表面积等特点，具有传统膜无法比拟的优点。

其制备的纳米纤维直径小于细胞，可模拟天然细胞外基质结构和生物功能，已在药物控释、创伤修复、生物组织工程等方面得到应用，静电纺纤维可有效调控纤维的精细结构，结合低表面能物质，可获得具有超疏水性能材料，在船舶外壳、输油管道内壁等有重要应用。

纳米纤维由于具有小尺寸、量子尺寸和特殊的表面与界面效应,从而具有传统材料所不具备的独特性能。因而成为当今科学技术的前沿和研究热点,并在电子、机械、生物医学、化工、纺织等产业领域内取得一定的应用。纳米技术在传统产业中的应用必将提升传统产业。

利用批量静电纺丝装置制备纳米纤维有利于纳米纤维制备的产业化，目前的批量静电纺丝装置没有采用对产生射流的溶液进行控制，由于溶液涂覆均匀性较差严重影响所制备纤维的质量，使得所制备纤维粗细不一，目前静电纺丝装置多是溶液置于诱导装置下方，凭借介质将溶液带起，溶液在重力作用下沿介质向下流，凝固在介质表面的溶液给清洗带来不便；采用其将溶液向上喷出方法，易造成溶液飞溅，并且已凝固的飞溅溶液落到溶液槽中，造成固液并存。

发明内容

解决上述技术问题，本发明提供了一种通过毛细管将溶液均匀涂覆于针尖顶端使得针尖顶端的涂覆溶液在高压诱导电场下被诱导产生射流的一种批量静电纺丝装置，利用均液装置将供液装置提供的溶液相对均匀分配到各个带孔毛细管，溶液经带孔毛细管均匀涂覆于针尖阵列装置的针尖顶端，实现批量静电纺丝，克服目前纺丝装置出现部分区域供液过多，部分供液不足情况。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种均匀涂液的批量静电纺丝装置，包括：

一底座板，所述底座板两侧分别设有导轨，

一均液装置，所述均液装置横设在两导轨之上，且该均液装置两端分别设有与导轨配合的滑槽，所述均液装置通过滑槽可沿导轨水平滑动，所述均液装置底面分布有供液体流出的毛细管；

至少一供液装置，所述供液装置与均液装置连通，用于为均液装置提供所需液体；

至少一针尖阵列装置，所述针尖阵列装置设置在底座板上，所述针尖阵列装置上设有喷嘴，该喷嘴出口方向朝向该均液装置底面，使用时，该针尖阵列装置的喷嘴顶部与均液装置底面的毛细管末端相接触；

一收集板，所述收集板设置在均液装置及针尖阵列装置上方，

一高压电源，所述高压电源正极与收集板电性连接，所述高压电源负极与针尖阵列装置电性连接并接地。

进一步的，所述均液装置包括一壳体，所述壳体中间设有均液板，所述均液板将壳体内部空间从上至下分为溶液腔和均液腔，所述溶液腔侧面开设有连通壳体外部空间的输入孔，所述供液装置通过输入软管插入该输入孔向溶液腔供液，所述均液板上设置有多个均液孔，所述溶液腔内的液体经均液孔流向均液腔内，所述毛细管均匀设置在壳体底面，且所述毛细管与所述均液腔连通。

更进一步的，所述滑槽设置在壳体下底面两侧，且滑槽与导轨形状相匹配。

更进一步的，所述均液板中间区域的均液孔孔径大于所述均液板两侧区域的均液孔孔径。且中间区域的均液孔孔径位两侧区域的均液孔孔径的两倍，中间均液孔尺寸大于两侧均液孔，使得均液腔中溶液均匀经带孔毛细管流出。

更进一步的，溶液腔两侧面均开设有连通壳体外部空间的输入孔，这样能够防止溶液滞留于溶液腔拐角，所述供液装置也可以采用两个，分别经两根输入软管与两侧面的输入孔分别连通，这样可以提高供液的效率，也可以保证溶液腔内部的液体更加均匀。

进一步的，还包括一步进电机，该步进电机通过一连接杆与均液装置连接，用于推动该均液装置沿导轨水平滑动。从而实现一个均液装置对多个针尖阵列装置进行液体涂覆。

进一步的，所述针尖阵列装置包括下压板、导电层、上压板和多个导流柱，所述下压板和上压板均采用绝缘材料制作，所述多个导流柱阵列分布在下压板上，每一导流柱顶部制作成针尖形状，所述上压板上开设有多个供导流柱穿过的通孔，所述上压板通孔穿过该导流柱后并与下压板紧压后通过螺栓固定连接，所述导电层夹设在上压板和下压板之间并且与所述多个导流柱底部导通连接。所述导电层与高压电源负极接线端电性连接，便于将高压电源的负极与各个导流柱相连接并良好接地，而收集板与高压电源的正极接线端电性连接，以使得在收集板、针尖阵列装置之间形成均匀的诱导电场。

进一步的，导流柱顶部制作成针尖形状，以便于形成较细的射流。

进一步的，为了更好的固定所述导流柱，所述导流柱底部设有矩形定位部，相应的，所述上压板和下压板设有与该矩形定位部相配合的下凹槽和上凹槽，所述下压板和上压板压紧后，所述矩形定位部正好嵌入在上凹槽和下凹槽构成的矩形容腔内，可以使得导流柱能被快速压紧在上压板和下压板之间。

本发明的工作原理：均液装置通过滑槽置于导轨上面，收集板、针尖阵列装置分别连接于高压电源的正负极，工作时，供液装置将液体经输入软管经输入孔进入溶液腔体内，所述溶液腔体内的溶液经均液板上的均液孔流入均液腔，溶液再经底面的毛细管流出后均匀涂覆于针尖阵列装置的导流柱顶端，涂覆于针尖顶端的溶液在针尖、收集板所形成的诱导电场下产生射流，射流被诱导至收集板进行收集形成纤维。均液装置在外力带动下沿着导轨直线移动，从毛细管流出的溶液依次涂覆于所经过的针尖阵列装置的导流柱顶端，各个针尖阵列装置的导流柱所涂覆的溶液在导流柱、收集板所形成的诱导电场下产生诱导射流，诱导射流被诱导至收集板形成纤维，实现均匀涂液的批量静电纺丝。

本发明通过采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下优点：

1、溶液置于上方防止喷液口产生的球状液滴沿着喷液管壁下流并凝固，导致喷液口尺寸的变化，影响纺丝质量；

2、采用具有均液腔的供液装置，使得由注射泵提供的高速、集中的液体经均液装置后形成较为均匀分布、缓流液体，提高纺丝质量；

3、采用经济型毛细管作为喷液口，可以在毛细管出现堵塞等现象时及时更换、清洗。

附图说明

图1为本发明的实施例静电纺丝装置的结构示意图；

图2为本发明的实施例静电纺丝装置的俯视结构图；

图3为本发明的实施例静电纺丝装置的均液装置的结构示意图；

图4为本发明的实施例静电纺丝装置的针尖阵列装置结构示意图。

【符号说明】

1、收集板，2、射流，3a、软管，3b、软管，4a、供液装置，4b、供液装置，5、导轨，6、底座板，7、高压电源，8、上板，9a、输入管，9b、输入管，10、均液板，11、下板，12、滑槽，13、毛细管，14、均液腔，15、溶液腔，16、均液孔，17、导流柱，18、导电层，19、下压板，20、上压板，A、均液装置，a、壳体，B、针尖阵列装置。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

作为一个具体的实施例，如图1至图4所示，本发明的一种均匀涂液的批量静电纺丝装置，包括：

一底座板6，所述底座板6两侧分别设有导轨5，

一均液装置A，所述均液装置A横设在两导轨5之上，所述均液装置A包括一壳体a，所述壳体a由上板8和下板11构成，所述上板8和下板11中间设有均液板10，所述上板8和均液板10密封配合构成溶液腔15，所述下板11和均液板10密封配合构成均液腔14，因此所述均液板10将壳体a内部空间从上至下分隔成了溶液腔15和均液板10，所述溶液腔15侧面通过输入管连通壳体a外部空间，具体地，是围绕界定该溶液腔15空间的上板8上左右两侧端开设有左右输入孔，将输入孔开设在上板8的两侧端上方位置处，是为了防止溶液滞留于溶液腔15拐角位置处，从而影响供液效果。左右输入孔分别内嵌设有溶液输入管9a、9b，所述输入管9a、9b均与溶液腔15相通，所述壳体下底面两侧设有滑槽12，具体地是，所述下板11两端分别设有与导轨配合的滑槽12，滑槽12尺寸与导轨5相同以便于导轨5相配合构成滑动连接，从而使得所述均液装置A通过滑槽12可沿导轨水平直线滑动，为了使得该均液装置A可以有良好的驱动力，还包括一步进电机，该步进电机通过一连接杆与均液装置A连接，用于推动该均液装置A沿导轨水平滑动。从而实现一个均液装置对多个针尖阵列装置B进行液体涂覆。

所述均液板10上开设有三个均液孔16、16’，当然所述均液孔的个数不限，一般根据均液板尺寸的大小、均液装置滑移快慢确定数量，一般采用中间一个孔，两边两个或多个孔，所述下板11开设有复数个通孔，每一通孔内嵌设一根毛细管13，所述毛细管13伸出下板11下表面，用于供液体流出。所述毛细管13的孔径尺寸与所述通孔孔径尺寸相同，以方便所述毛细管13的安装和固定。所述下板11中部区域的通孔密度大于下板11两侧区域的通孔密度，因此，在下板11下方，下板11中部区域的毛细管13的密度也比下板11两侧区域的毛细管13的密度大，这是因为中间溶液在高压诱导电场下所产生的纤维远比两侧容易收集，这也是实际批量静电纺丝经验，为了使得供液均匀，且所述中间区域的均液孔16的孔径尺寸大于两侧区域的均液孔16’的孔径尺寸，所述中间区域通常为均液板10的中轴线区域，其余区域均为两侧区域。且根据经验，所述中间区域的均液孔16的孔径尺为两侧区域的均液孔16’的孔径尺寸的两倍，这可以使得溶液能够更多地从中部的均液孔16中流入中部区域的毛细管13，满足中部毛细管13的供液需求。中间均液孔16尺寸大于两侧均液孔16’，使得均液腔14中溶液均匀经带孔毛细管13流出。

两供液装置4a、4b，所述供液装置4a、4b分别通过软管3a、3b与输入管9a、9b连通，所述供液装置4a、4b将液体经软管3a、3b、输入管9a、9b进入均液装置中的溶液腔15内。这样可以提高供液的效率，也可以保证溶液腔15内部的液体更加均匀。所述供液装置4通过输入软管插入该输入孔向溶液腔15供液，所述均液板上设置有多个均液孔16，所述溶液腔15内的液体经均液孔16流向均液腔14内，所述毛细管13均匀设置在壳体底面，且所述毛细管13与所述均液腔14连通。

至少一针尖阵列装置B，为了更加清楚的示意本实施例的结构，本实施例采用了五个针尖阵列装置B，当然在实际使用过程中，针尖阵列装置的个数不限于此，所述针尖阵列装置B设置在底座板上，所述针尖阵列装置B包括下压板19、导电层18、上压板20和多个导流柱17，所述下压板19和上压板20均采用绝缘材料制作，所述多个导流柱17采用导电材料制成，所述多个导流柱17阵列分布在下压板19上，每一导流柱17顶部制作成针尖形状，所述上压板20上开设有多个供导流柱17穿过的通孔，所述上压板20通孔穿过该导流柱17后并与下压板19紧压后通过螺栓固定连接，所述导电层18夹设在上压板20和下压板19之间并且与所述多个导流柱17底部导通连接。便于将高压电源7的负极与各个导流柱17相连接并良好接地，以使得在收集板1、针尖阵列装置B之间形成均匀的诱导电场。参考图4所示，导流柱17顶部制作成针尖形状，以便于形成较细的射流2。为了更好的固定所述导流柱17，所述导流柱17底部设有矩形定位部171，相应的，所述上压板和下压板设有与该矩形定位部相配合的下凹槽和上凹槽，所述下压板和上压板压紧后，所述矩形定位部正好嵌入在上凹槽和下凹槽构成的矩形容腔内，可以使得导流柱17能被快速压紧在上压板20和下压板19之间。

所述导流柱17的顶部高度满足，当均液装置A的毛细管13划过该针尖阵列装置B的上方时，所述毛细管13与导流柱17顶部的针尖必须相接触，以便从带孔毛细管13喷出的溶液能够涂覆于针尖阵列装置B的针尖17顶端，使得针尖17顶端涂覆溶液能够在针尖阵列装置B、收集板1所形成的均匀的诱导电场下形成射流。

一收集板1，所述收集板1设置在均液装置及针尖阵列装置B上方，

一高压电源7，所述高压电源7正极与收集板1电性连接，所述高压电源7负极与针尖阵列装置B电性连接并接地。具体地是所述导电层与高压电源负极接线端电性连接，便于将高压电源的负极与各个导流柱相连接并良好接地，而收集板与高压电源的正极接线端电性连接，以使得在收集板1、针尖阵列装置B之间形成均匀的诱导电场。

本发明的工作原理：

均液装置A滑槽12置于导轨5上面，供液装置4通过软管3a、3b将溶液提供给均液装置A，收集板1、针尖阵列装置B分别连接于高压电源7的正负极，工作时，供液装置4对均液装置A提供溶液，溶液经均液装置A溶液腔15通过均液孔16流入均液腔14，经带孔毛细管13将溶液均匀涂覆于针尖阵列装置B针尖17顶端，涂覆于针尖17顶端的溶液在针尖17、收集板1所形成的诱导电场下产生射流2，射流2被诱导至收集板1进行收集形成纤维，均液装置A在外力带动下沿着导轨5直线移动，从毛细管13流出的溶液依次涂覆于所经过的针尖阵列装置B针尖17顶端，各个针尖阵列装置B的针尖17所涂覆的溶液在针尖17、收集板1所形成的诱导电场下产生诱导射流2，诱导射流2被诱导至收集板1形成纤维，实现批量静电纺丝目的。

本发明通过输入管将供液装置的液体将由输入管进入溶液腔后，经均液孔流入均液腔，使得溶液充满均液腔，后经均匀分布于下板上的毛细管向下流出，克服目前供液装置出现部分区域供液过多，部分供液不足情况。

本发明静电纺丝装置，采用供液装置位于导流柱上方，在工作时，毛细管喷出的溶液呈现圆球状，均液装置移动经过针尖阵列装置时，球状液滴与导流柱顶端接触，留在导流柱顶端的溶液在诱导电场的诱导下产生溶液细流被诱导至收集板进行收集，而我的上个专利，是供液装置在下方，利用上方的毛刷使得下方的喷出的溶液产生液体锥，液体锥在诱导电场的诱导下产生溶液细流并被有导致手机版进行收集。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、溶液置于上方防止喷液口产生的球状液滴沿着喷液管壁下流并凝固，导致喷液口尺寸的变化，影响纺丝质量；

2、采用具有均液腔的供液装置，使得由注射泵提供的高速、集中的液体经均液装置后形成较为均匀分布、缓流液体，提高纺丝质量；

3、采用经济型毛细管作为喷液口，可以在毛细管出现堵塞等现象时及时更换、清洗。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种均匀涂液的批量静电纺丝装置，其特征在于：包括：

一底座板，所述底座板两侧分别设有导轨；

一均液装置，所述均液装置横设在两导轨之上，且该均液装置两端分别设有与导轨配合的滑槽，所述均液装置通过滑槽可沿导轨水平滑动，所述均液装置底面分布有供液体流出的毛细管；

至少一供液装置，所述供液装置与均液装置连通，用于为均液装置提供所需液体；

至少一针尖阵列装置，所述针尖阵列装置设置在底座板上，所述针尖阵列装置上设有喷嘴，该喷嘴出口方向朝向该均液装置底面，使用时，该针尖阵列装置的喷嘴顶部与均液装置底面的毛细管末端相接触；

一收集板，所述收集板设置在均液装置及针尖阵列装置上方；

一高压电源，所述高压电源正极与收集板电性连接，所述高压电源负极与针尖阵列装置电性连接并接地。

2.根据权利要求1所述的一种均匀涂液的批量静电纺丝装置，其特征在于：所述均液装置包括一壳体，所述壳体中间设有均液板，所述均液板将壳体内部空间从上至下分为溶液腔和均液腔，所述溶液腔侧面开设有连通壳体外部空间的输入孔，所述供液装置通过输入软管插入该输入孔向溶液腔供液，所述均液板上设置有多个均液孔，所述溶液腔内的液体经均液孔流向均液腔内，所述毛细管均匀设置在壳体底面，且所述毛细管与所述均液腔连通。

3.根据权利要求2所述的一种均匀涂液的批量静电纺丝装置，其特征在于：所述滑槽设置在壳体下底面两侧，且滑槽与导轨形状相匹配。

4.根据权利要求2所述的一种均匀涂液的批量静电纺丝装置，其特征在于：所述均液板中间区域的均液孔孔径大于所述均液板两侧区域的均液孔孔径。

5.根据权利要求2所述的一种均匀涂液的批量静电纺丝装置，其特征在于：溶液腔两侧面均开设有连通壳体外部空间的输入孔。

6.根据权利要求1所述的一种均匀涂液的批量静电纺丝装置，其特征在于：还包括一步进电机，该步进电机通过一连接杆与均液装置连接，用于推动该均液装置沿导轨水平滑动。

7.根据权利要求1所述的一种均匀涂液的批量静电纺丝装置，其特征在于：所述针尖阵列装置包括下压板、导电层、上压板和多个导流柱，所述下压板和上压板均采用绝缘材料制作，所述多个导流柱阵列分布在下压板上，每一导流柱顶部制作成针尖形状，所述上压板上开设有多个供导流柱穿过的通孔，该导流柱穿过所述上压板通孔，并且所述上压板与下压板紧压，上压板与下压板通过螺栓固定连接，所述导电层夹设在上压板和下压板之间并且与所述多个导流柱底部导通连接。

8.根据权利要求7所述的一种均匀涂液的批量静电纺丝装置，其特征在于：导流柱顶部制作成针尖形状。

9.根据权利要求7所述的一种均匀涂液的批量静电纺丝装置，其特征在于：所述导流柱底部设有矩形定位部，相应的，所述上压板和下压板设有与该矩形定位部相配合的下凹槽和上凹槽，所述上压板和下压板压紧后，所述矩形定位部正好嵌入在上凹槽和下凹槽构成的矩形容腔内。