CN104695030A - 一种静电喷涂装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及静电利用技术领域，公开了一种用于溶液静电喷涂的装置，该装置包含壳体以及设于壳体外壁上的腔体，壳体和腔体均绝缘；壳体内设有高压静电发生模块以及电池，高压静电发生模块通过零电位线与设于壳体内壁上的金属弹片相连；壳体上设有可拆卸的金属电池盖，金属电池盖安装至壳体上之后与金属弹片弹性接触；腔体两端开口，供带有针头的注射器插入，在腔体的底部设有带开孔的金属件，注射器的针头穿过开孔并与金属件接触；此外，高压静电发生模块与金属件之间设有负高压输出线。本发明所提供的静电喷涂装置兼具了静电喷雾和静电纺丝两种功能，且设备体积和重量大大减小，能够实现单人手握设备独立进行操作。

Description

一种静电喷涂装置

技术领域

本发明涉及静电利用技术领域，特别涉及一种用于溶液静电喷涂的装置。

背景技术

溶液静电喷涂分为静电雾化和静电纺丝两种形式，其中静电雾化是利用高压静电场使带负电的各类液体雾化分裂出细小的液滴，液滴沿着电场方向相反的方向定向运动，最终液滴颗粒吸附沉积在物体表面，现已在喷漆、镀膜、纳米粉末制造等工业领域得到了广泛的应用；静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，射流在空气中经过劈裂、拉伸、细化等过程形成微纳米纤维沉积到收集极上形成微纳米纤维膜，电纺微纳米纤维在医疗、过滤等行业应用潜力巨大。

静电雾化和静电纺丝装置主要由静电发生器、储液器、喷头组成，两者最本质的区别在于所使用的溶液性质不同，静电雾化采用粘度低的牛顿流体，射流为细小的雾化颗粒，而静电纺丝采用粘度高、挥发性强的非牛顿流体，射流为连续的微纳米纤维。

现有的静电喷涂装置的设备体积普遍较大、重量普遍较高、且需要额外供给220V电源，使用时携带困难、操作麻烦，无法满足个人使用的需求，限制了静电喷涂技术在很多行业的推广和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具静电雾化和静电纺丝两种功能的微型静电喷涂装置。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式所提供的静电喷涂装置，包含壳体以及设于壳体外壁上的腔体，上述壳体和腔体均绝缘；在上述壳体内设有高压静电发生模块以及向高压静电发生模块供电的电池，高压静电发生模块通过零电位线与设于壳体内壁上的金属弹片相连；壳体上正对电池的位置还设有可拆卸的金属电池盖，当该金属电池盖安装至壳体上后，与金属弹片弹性接触；上述腔体两端开口，供带有针头的注射器插入，在上述腔体的底部设有带开孔的金属件，注射器的针头穿过开孔并与金属件接触；此外，壳体内的高压静电发生模块与腔体内的金属件之间设有负高压输出线。

上述静电喷涂装置中，在整体绝缘的壳体和腔体上设有局部导电的金属电池盖，一方面金属电池盖用于更换电池，另一方面当金属电池盖安装至壳体上之后，金属电池盖与金属弹片之间发生弹性接触，进而与零电位线导通，可使金属电池盖处于零电位状态。在电池向高压静电发生模块供电的状态下，负高压输出线将来自高压静电发生器模块的高压静电输送到金属件上，由于注射器的针头穿过金属件的开孔并且与金属件接触，因此来自负高压输出线的电荷就可以通过金属件导入到注射器的针头上。若此时操作者以一只手接触金属电池盖，则操作者人体处于零电位状态；操作者另一只手接触目标喷涂物，则在注射器的针头与目标喷涂物之间就会形成高压电场。当加入注射器内的溶液是低粘度的牛顿流体时，溶液经过针头流出时会带上大量负电荷，在高压静电场的作用下，针头处的溶液会形成细小的液滴微粒，其中每个液滴微粒都带有大量的静电荷，在电场力的作用下沉积到目标喷涂物上，实现均匀覆膜；而当注射器内加入的是高粘度、高挥发性的非牛顿流体，即静电纺丝溶液时，注射器的针头处形成的则是连续的带有大量负电荷的纤维射流，纤维射流在空气中经过劈裂、拉伸、细化和溶剂挥发过程后形成固体微纳米纤维沉积到目标喷涂物上，形成微纳米电纺纤维膜。

与现有技术相比，本发明的实施方式所提供的静电喷涂装置，兼具了静电喷雾和静电纺丝两种功能；且为一种微型化的静电喷涂装置，其设备总体积和重量大大减小，能够实现单人手握设备独立进行操作，使用过程中更加人性化；此外，本装置采用电池独立供电，在停电或没有电的环境下仍可以使用，克服了现有的喷涂装置必须由外界供以220V电压的不足。

优选地，本发明的实施方式所提供的静电喷涂装置中，金属件为倒锥形金属件。倒锥形为一种上面圆粗、下面尖锐的形状：首先，尖锐的下部较易于保证注射器的针头与金属件的接触和导通；其次，由于倒锥形金属件的内径从上至下呈逐渐减小的趋势，因此在注射器在插入腔体后，会在某一位置被金属件内壁卡住，操作人员即可在此固定位置上操作注射器进行静电喷涂或静电纺丝，这样的结构相对来说较为稳定和紧凑，有助于静电喷涂操作过程稳定和顺利地进行。

进一步地，本发明的实施方式所提供的静电喷涂装置中，腔体的下方连接有上、下两端开口的定向罩，注射器的针头的顶端穿过定向罩的上端开口，并且位于定向罩的上端开口与下端开口之间。上述在腔体下方增设的定向罩可起到两方面的作用：一方面，在静电喷涂过程中，定向罩可实现对电场线的汇聚，从而缩小静电喷雾过程中液滴微粒的扩散范围，实现液滴微粒的定向沉积和定向喷涂；另一方面，定向罩还可对注射器的针头起到隔离防护作用，避免注射器针头扎伤人体，保证了本装置在使用过程中的安全性。例如，使注射器的针头的顶端距离定向罩的下端开口为2～3毫米，即可较好地实现上述两方面的作用。

优选地，上述增设于腔体下方的定向罩为锥形定向罩，锥形为一种上面尖锐、下面圆粗的形状，将定向罩的形状设置为锥形，其尖锐的顶部更适合于注射器的针头的穿过，而其粗圆的下部则更适于对喷雾液滴的扩散范围的控制。

优选地，本发明的实施方式所提供的静电喷涂装置中，注射器的针头为平口不锈钢针头。不锈钢材质的针头不易被喷涂液体锈蚀，且平口的设计保证了喷涂液在针头的顶端被喷出时，向各个方向喷出的液滴微粒和纤维射流的密度较为均匀，从而提高了该静电喷涂装置所制备的颗粒膜或微纳米纤维膜的均匀度。

进一步地，本发明的实施方式所提供的静电喷涂装置中，腔体的侧壁上设有透明观察区。在腔体的侧壁上增设透明观察区，则可通过该观察区实时地监测注射器中溶液的使用量和剩余量，以便掌握静电喷涂进程、及时添加喷涂溶液或者更换注射器。

进一步地，本发明的实施方式所提供的静电喷涂装置中，高压静电发生模块上设有精密电位器。设于高压静电发生器模块上的精密电位器，可以用来调节高压静电发生模块的输出电压(DC2kV～DC30kV，一般电压固定位10kV，可按需要调节，调节时需要额外电压测量装置来辅助显示电压)，实现了该静电喷涂装置的电压可调性。

此外，本发明的实施方式所提供的静电喷涂装置中，在壳体上还可设有按压开关和/或LED指示灯，按压开关用于控制电池的供电状态，LED指示灯用于显示电池的供电状态。

附图说明

图1是第一实施方式的静电喷涂装置的结构示意图；

图2是第一实施方式的静电喷涂装置中倒锥形金属件的局部放大图；

图3是第二实施方式中的静电喷涂装置进行静电喷雾时的工作示意图；

图4是第二实施方式中的静电喷涂装置进行静电纺丝时的工作示意图；

图5是第三实施方式中的静电喷涂装置的结构示意图；

图6是第四实施方式中的静电喷涂装置的结构示意图；

图7是第五实施方式中所制备的医用胶颗粒膜的光学显微镜图；

图8是第六实施方式中所制备的聚己内酯微纳米纤维的光学显微镜图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

第一实施方式

本发明的第一实施方式涉及一种静电喷涂装置，其结构如附图1所示，具体来说，该静电喷涂装置含有一个壳体7以及设于该壳体7的外壁上、两端开口的腔体13，壳体7和腔体13均绝缘，在本实施方式中，该壳体7和腔体13均由塑料制成。

在壳体7的内部，设有高压静电发生模块8以及与高压静电发生模块8相连、用于向高压静电发生模块8供电的电池4，在高压静电发生器模块8上设有精密电位器9，该精密电位器9可以用来调节高压静电发生器模块8的输出电压(DC2kV～DC30kV，一般电压固定位10kV，可按需要调节，调节时需要额外电压测量装置来辅助显示电压)。高压静电发生模块8还通过零电位线6与设于壳体7内壁上的金属弹片5相连，在本实施方式中，该金属弹片为一个不锈钢弹片。壳体7上正对电池4的位置设有可拆卸的金属电池盖3，卸下金属电池盖3可以将电池4取出更换；当金属电池盖3安装至壳体7上后，金属电池盖3与金属弹片5弹性接触。

腔体13供带针头的注射器11从上至下插入其内部，注射器11内部加入喷涂溶液14，注射器11的针头16的方向朝下，本实施方式中的注射器11可以为一次性注射器(可选容量为1ml、2ml或5ml三种规格)，且带有平口不锈钢针头(针头内径：0.1mm～1.5mm)。在腔体13的底部设有带开孔150的金属件15，注射器11的针头16穿过开孔150并与金属件15接触，本实施方式中的金属件15的形状为倒锥形(倒锥形金属件的局部放大图如附图2所示)。此外，高压静电发生模块8与金属件15之间设有高压输出线10。在腔体13的下部还连接有两端开口的定向罩17，本实施方式中，定向罩17的形状为锥形，注射器11的针头16的顶端穿过定向罩的上端开口，且距离定向罩的下端开口2毫米。

此外，在壳体7的顶部设有按压开关1，打开按压开关1后，电池4(提供电压为DC3V～DC12V)可以给高压静电发生器模块8供电，关闭按压开关1，电池4停止给高压静电发生器模块8供电。在电池4处于供电状态下，电池盖3与零电位线6导通，负高压输出线10将来自高压静电发生器模块8的高压静电输送到金属件15上。

第二实施方式

本发明的第二实施方式涉及使用第一实施方式的静电喷涂装置进行静电喷雾或者静电纺丝的操作方法和喷涂过程。

抽取适量喷涂溶液到注射器11中，将针管倒置，上推，挤出内部气泡，清理好针头16之后从上至下插入到腔体13中；打开按压开关1，电池4开始供电，高压静电发生器模块8开始工作，负高压输出线10将来自高压静电发生器模块8的高压静电输送到金属件15上，由于金属件15与注射器11的针头16接触，因而针头16会带上大量电荷。

操作者手持上述喷涂装置，以手部接触金属电池盖3，由于电池盖3与零电位线6导通，因而此时操作者人体处于零电位状态；如将定向罩17朝向目标喷涂物18(非绝缘物体)，操作者以另一只手触碰目标喷涂物18，距离喷涂物表面约3～6cm，针头16与目标喷涂物18之间会形成高压静电场。

如附图3所示，当注射器11中加入的是静电喷雾溶液141(即低粘度的牛顿流体)时，喷雾溶液经过针头16流出时会带上大量负电荷，在高压静电场的作用下，针头16处的溶液会形成细小的液滴微粒142，其中每个液滴微粒142都带有大量的静电荷，在电场力的作用下沉积到目标喷涂物18上，实现均匀覆膜，定向罩17起到汇聚电场线的作用，缩小液滴微粒的扩散范围，实现液滴微粒的定向沉积。

如附图4所示，当注射器11中加入的是静电纺丝溶液143(高粘度、高挥发性的非牛顿流体)时，针头16处形成的是连续的带有大量负电荷的纤维射流144，纤维射流144在空气中经过劈裂、拉伸、细化和溶剂挥发过程后形成固体微纳米纤维沉积到目标喷涂物18上，形成微纳米电纺纤维膜145。

喷涂过程中可以缓慢移动静电喷涂装置以增大喷涂面积；喷涂完成后，先关闭按压开关1，然后再将针头16针尖处清理干净，最后将注射器11从腔体13中取出，喷涂完毕。

第三实施方式

本发明的第三实施方式所涉及的静电喷涂装置，其结构如附图5所示，具体来说，本实施方式的静电喷涂装置在第一实施方式的基础上，在腔体13的侧壁上增设了透明观察区，在本实施方式中，该透明观察区可以为大小适宜的透明观察板12。

在腔体13的侧壁上增设透明观察板12，则可通过该透明观察板12实时地监测注射器11中溶液的使用量和剩余量，从而可以随时掌握静电喷涂进程、并可以及时添加喷涂溶液或者更换注射器。

第四实施方式

本发明的第四实施方式所涉及的静电喷涂装置，其结构如附图6所示，具体来说，本实施方式的静电喷涂装置在第三实施方式的基础上，还在静电喷涂装置的壳体上增设了LED指示灯2，LED指示灯2可用于显示电池的供电状态。

打开按压开关1后，外壳7上的LED指示灯2会亮起，电池4即开始对高压静电发生模块8供电；关闭按压开关1后，外壳7上的LED指示灯2会熄灭，电池4停止给高压静电发生模块8供电。

第五实施方式

本发明的第五实施方式涉及使用第四实施方式的静电喷涂装置，进行静电喷雾喷涂医用胶颗粒，用于弥漫性出血创面止血的方法，其具体操作过程如下：

1、用5ml的一次性注射器抽取适量吻合型医用胶(α-氰基丙烯酸正辛酯，广州白云公司生产)，将针管倒置，上推，挤出内部气泡，清理干净针头后插入到腔体中；

2、操作者手拿仪器，并确保操作手部触碰到金属电池盖，非操作手接触患者身体；将装置的定向罩朝向患者创面，距离创面3cm；

3、操作手的手指打开按压开关，指示灯亮其，平口不锈钢针头会带上大量电荷，并与患者创面形成高压静电场；

4、操作手手指轻轻按压一次性注射器，医用胶经过平口不锈钢针头后在针头处喷射出医用胶液滴微粒，并沉积到弥漫性出血创面上，密封出血创面止血，移动装置至完全喷涂整个创面；

5、操作者以手指关闭按压开关，移开与患者接触的非操作手，清理干净平口不锈钢针头，取出一次性注射器，操作完成。

本实施方式所制备的医用胶颗粒膜的光学显微镜图如附图5所示。

第六实施方式

本发明的第六实施方式涉及使用第四实施方式的静电喷涂装置，进行静电纺丝制备聚己内酯(PCL)微纳米纤维用于创面保护的方法，其具体操作过程如下：

1、配制15wt％的PCL/丙酮溶液：电子天平称量8.5g丙酮，并将其倒入放有磁子的锥形瓶中；电子天平称量1.5gPCL粉末，并将其倒入到锥形瓶中与丙酮混合；将锥形瓶放到磁力搅拌器上室温搅拌4小时，静止1小时，形成均一透明的15wt％PCL/丙酮溶液。

2、用5ml的一次性注射器抽取适量上步配制好的溶液，将针管倒置，上推，挤出内部气泡，清理干净针头后插入到腔体中；

3、操作手拿仪器，并确保操作手部触碰到金属电池盖，非操作手接触患者身体；将装置的定向罩朝向患者创面，距离创面4cm；

4、操作手手指打开按压开关，指示灯亮起，平口不锈钢针头会带上大量电荷，并与患者创面形成高压静电场；

5、操作手手指轻轻按压一次性注射器，溶液经过平口不锈钢针头后在针头处喷射出纤维射流，纤维射流在空气中经过劈裂、拉伸、细化和溶剂挥发过程后形成固体PCL微纳米纤维沉积到创面上，形成PCL微纳米纤维膜覆盖到创面上，保护创面，移动静电喷涂装置至PCL纤维膜完全整个创面；

6、操作手手指关闭按压开关，移开与患者接触的非操作手，清理干净平口不锈钢针头，取出一次性注射器，操作完成。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种静电喷涂装置，其特征在于，包含壳体以及设于所述壳体外壁上的腔体，所述壳体和所述腔体均绝缘；

所述壳体内设有高压静电发生模块以及向所述高压静电发生模块供电的电池，所述高压静电发生模块通过零电位线与设于所述壳体内壁上的金属弹片相连；所述壳体上正对所述电池的位置设有可拆卸的金属电池盖，所述金属电池盖安装至所述壳体上之后，与所述金属弹片弹性接触；

所述腔体两端开口，供带有针头的注射器插入，在所述腔体的底部设有带开孔的金属件，所述注射器的针头穿过所述开孔并与所述金属件接触；所述高压静电发生模块与所述金属件之间设有负高压输出线。

2.根据权利要求1所述的静电喷涂装置，其特征在于，所述金属件为倒锥形金属件。

3.根据权利要求1所述的静电喷涂装置，其特征在于，所述腔体的下方连接有上、下两端开口的定向罩，所述注射器的针头的顶端穿过所述定向罩的上端开口，并且位于所述定向罩的上端开口与下端开口之间。

4.根据权利要求3所述的静电喷涂装置，其特征在于，所述定向罩为锥形定向罩。

5.根据权利要求3所述的静电喷涂装置，其特征在于，所述注射器的针头的顶端距离所述定向罩的下端开口2～3毫米。

6.根据权利要求1所述的静电喷涂装置，其特征在于，所述注射器的针头为平口不锈钢针头。

7.根据权利要求1所述的静电喷涂装置，其特征在于，所述腔体的侧壁上设有透明观察区。

8.根据权利要求1所述的静电喷涂装置，其特征在于，所述高压静电发生模块上设有精密电位器。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的静电喷涂装置，其特征在于，所述壳体上设有按压开关，所述按压开关控制所述电池的供电状态。

10.根据权利要求9所述的静电喷涂装置，其特征在于，所述壳体上设有LED指示灯，所述LED指示灯显示所述电池的供电状态。