CN105543985A - 间隙可调的静电纺丝喷头及阵列式纺丝系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种间隙可调的静电纺丝喷头及阵列式纺丝系统，包括：进液管，进液管的一端端面环形阵列有若干微沟，所述微沟穿透进液管的内、外壁，从而连通进液管内部的进液通道和外界；端盖，端盖上环形阵列有若干凸筋，各凸筋逐一充填入微沟中并与微沟等厚，凸筋与微沟相对的端面之间形成出液间隙；调节器，用于驱动进液管和端盖对向或背向运动，从而改变出液间隙的距离，调节器分别连接进液管和端盖。本发明能调节纺丝的直径大小和提高纺丝效率。本发明可应用于熔体静电纺丝或溶液静电纺丝领域。

Description

间隙可调的静电纺丝喷头及阵列式纺丝系统
技术领域
本发明涉及静电纺丝领域，特别是涉及一种间隙可调的静电纺丝喷头及阵列式纺丝系统。
背景技术
通过静电纺丝技术可以制备种类丰富的纳米纤维，包括有机、有机/无机复合和无机纳米纤维，已经成为了近十几年来全世界纳米材料制造研究的重要技术手段之一。通过静电纺丝技术能够得到直径为几纳米到几百纳米的纳米纤维，并且静电纺丝技术所喷射制造的纤维膜重量轻、渗透性好、孔隙率高、内部孔隙的连通性好、容易与纳米级的化学物质或功能性物质相结合，已经成为了功能性纳米纤维材料制造的重要途径。随着纳米技术的发展，静电纺丝作为一种简便有效的可生产纳米纤维的新型加工技术，将在生物医用材料、过滤及防护、催化、能源、光电、食品工程、化妆品等领域发挥巨大作用。
利用静电纺丝技术，目前已经可以获得最小直径达到几纳米的纤维。但是现有的技术都处于实验室阶段，产量少、效率低，因此如何提高产量和效率，降低成本，得到品质优良的静电纺丝，实现其工业化成为当今静电纺丝领域研究的热点之一。
传统的静电纺丝装置有如下缺点：第一，有极细小微孔的毛细管是加工困难，成本较高，且在纺丝过程中容易堵塞，影响静电纺丝的连续进行；第二，传统的静电纺丝装置效率低，产量低，很难达到高效率生产的目的；第三，目前能够喷射多射流的静电纺丝装备很难保证各射流品质一致。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种间隙可调的静电纺丝喷头，实现高效、高品质的静电纺丝纤维生产。
本发明所采用的技术方案是：
一种间隙可调的静电纺丝喷头，包括：
进液管，进液管的一端端面环形阵列有若干微沟，所述微沟穿透进液管的内、外壁，从而连通进液管内部的进液通道和外界；
端盖，端盖上环形阵列有若干凸筋，各凸筋逐一充填入微沟中并与微沟等厚，凸筋与微沟相对的端面之间形成出液间隙；
调节器，用于驱动进液管和端盖对向或背向运动，从而改变出液间隙的距离，调节器分别连接进液管和端盖。
作为本发明的进一步改进，所述调节器包括调节螺杆，所述调节螺杆的螺杆部分穿过端盖后与进液管内腔螺纹连接，调节螺杆的头部抵接端盖端面并对端盖施加朝向进液管的支撑力。
作为本发明的进一步改进，所述进液管的外壁设置有连接外部配件用的定位部件。
作为本发明的进一步改进，所述定位部件包括设置在进液管外壁的外螺纹以及凸缘，所述凸缘处于外螺纹与微沟之间。
本发明还公开一种阵列式纺丝系统，其采用的技术方案是：
一种阵列式纺丝系统，包括由上下贯通的主体、密封连接主体底端的密封板所围成的进液腔，所述密封板上呈阵列状密封连接上述的静电纺丝喷头，各喷头的进液通道连通进液腔。
作为本发明的进一步改进，所述主体的外壁接有温控模块。
作为本发明的进一步改进，所述主体的端部设有连接供液部件的法兰结构。
本发明的有益效果是：本发明具有多个微沟及与之配套的多条凸筋，通过调整微沟与凸筋相对端面之间的出液间隙来调节纺丝的直径大小和纺丝效率，阵列式的微沟有效的增加了喷头的纺丝速率，而且，相比于传统微孔针头纺丝的方式，通过可调节的出液间隙同时避免了微孔加孔的高成本，维护困难，易堵塞等难题。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
图1是喷头的轴测示意图；
图2是喷头主视图；
图3是图2中A部分的放大示意图；
图4是图2的A-A剖面示意图；
图5是图2的B-B剖面示意图；
图6是出液间隙变大后的喷头示意图；
图7是图6中B部分的放大示意图；
图8是进液管的轴测示意图；
图9是阵列式纺丝系统的轴测示意图；
图10是阵列式纺丝系统的主视图；
图11是图10中的C-C剖面示意图。
具体实施方式
如图1、图2和图8所示的间隙可调的静电纺丝喷头，包括进液管1、端盖3和调节器。
进液管1为空心圆柱状，底端的端面环形阵列有若干微沟2，微沟2穿透进液管1的内、外壁，从而连通进液管1内部的进液通道和外界。
端盖3上环形阵列有若干凸筋4，各凸筋4逐一充填入微沟2中，也即每道微沟2中均填充有一根凸筋4。所述的填充是指凸筋4进入微沟2中而被容纳，而不一定是充满整个微沟2，即微沟2与凸筋4之间也是可存在间隙的。上述的凸筋4与微沟2等厚，当凸筋4填充微沟2后，仅在凸筋4的顶端面和微沟2的底端面这两个相对的端面之间形成两者的间隙，这个间隙即是纺丝溶液的出液间隙5，纺丝液从出液间隙5流出后可以在外界电场下形成射流。
因此，纺丝溶液的流向是进液管1的入口—进液通道—出液间隙5—外界。
所述的调节器用于驱动进液管1和端盖3对向或背向运动，其分别连接进液管1和端盖3。两者对向运动时，出液间隙5变小；而两者背向运动时，出液间隙5变大。调节器可以改变出液间隙5的距离，从而纺丝直径能够根据需要来进行调整。这种调整是连续的，相对于微孔式的射流纺丝方式来说，不容易造成纺丝液堵塞。而且多个微沟2与多个凸筋4构成了多道出液间隙5，使本喷头能够喷射多射流，大大提高了纺丝效率和纺丝产量。
进一步优选的，参考图1至图4，调节器包括调节螺杆6，实际上为一螺栓。该调节螺杆6的螺杆部分由下至上穿过端盖3后与进液管1内腔螺纹连接，调节螺杆6的头部61抵接端盖3端面并对端盖3施加朝向进液管1的支撑力。调节螺杆6的头部61并非固定连接端盖3，而只是起到一个承托的作用，为此端盖3不会随之转动。譬如参考图2和图3，在顺时针转动调节螺杆6时，可以将调节螺杆6拧入进液管1更深的位置，那么，其头部61对端盖3施加向上的推力，从而减小出液间隙5的距离，此时出液间隙5的距离为h；反之，参考图6和图7，逆时针转动调节螺杆6，在重力以及纺丝溶液压力的推动下，端盖3向下抵压调节螺杆6头部61，出液间隙5的距离也随之增大，此时出液间隙5的距离为H，H>h。
上述的调节螺杆6作为调节器，可以实现连续的调整出液间隙5；不仅如此，螺杆的丝牙一般比较密，大幅度旋转调节螺杆6也只是会将出液间隙5改变很小的距离，极利于微调，满足纺丝直径丝米级的调整变化。
参考图4和图8，进液通道由两部分构成，分别是通孔101和铣槽102。通孔101由进液管1的顶端开口处向下延伸，通孔101的底部接有螺纹孔103，调节螺杆6螺纹连接在螺纹孔103上；铣槽102有三道，呈等边三角形状开在螺纹孔的外壁并呈竖向设置，每道铣槽102的顶端连通通孔101，而底端通至微沟2。
进一步优选的，参考图1和图2，进液管1上部的外壁设置有连接外部配件用的定位部件。
具体来说，定位部件包括设置在进液管1外壁的外螺纹71以及凸缘72，凸缘72处于外螺纹71与微沟2之间，优选为六角形，用户可以通过旋转凸缘72以带动进液管1旋入外部配件中，并且凸缘72抵靠外部配件的端面，从而与外部配件装配定位。
参考图9至图11所示的阵列式纺丝系统，包括主体8和密封板9，主体8上、下贯通以方便进液，密封板9密封连接在主体8底端，从而与主体8内部围成一个进液腔10，该进液腔10同时起到缓冲纺丝溶液的作用。密封板9上呈阵列状设置有若干螺孔，每个螺孔上密封连接一个上述的静电纺丝喷头，喷头的凸缘72抵接密封板9的底端面从而将喷头定位。各喷头的进液通道连通进液腔10，从进液腔10接收纺丝溶液。
实施例中，在单个喷头纺丝的基础上阵列喷头，进一步提高纺丝的速率，大大的增加了纺丝产量。
进一步优选的，主体8的外壁接有温控模块11，用以控制纺丝溶液的温度，满足纺丝要求。
进一步优选的，主体8的顶端端部设有连接供液部件的法兰结构12。
以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制。

Claims (7)

1.一种间隙可调的静电纺丝喷头，其特征在于，包括：
进液管(1)，进液管(1)的一端端面环形阵列有若干微沟(2)，所述微沟(2)穿透进液管(1)的内、外壁，从而连通进液管(1)内部的进液通道和外界；
端盖(3)，端盖(3)上环形阵列有若干凸筋(4)，各凸筋(4)逐一充填入微沟(2)中并与微沟(2)等厚，凸筋(4)与微沟(2)相对的端面之间形成出液间隙(5)；
调节器，用于驱动进液管(1)和端盖(3)对向或背向运动，从而改变出液间隙(5)的距离，调节器分别连接进液管(1)和端盖(3)。
2.根据权利要求1所述的间隙可调的静电纺丝喷头，其特征在于：所述调节器包括调节螺杆(6)，所述调节螺杆(6)的螺杆部分穿过端盖(3)后与进液管(1)内腔螺纹连接，调节螺杆(6)的头部(61)抵接端盖(3)端面并对端盖(3)施加朝向进液管(1)的支撑力。
3.根据权利要求1或2所述的间隙可调的静电纺丝喷头，其特征在于：所述进液管(1)的外壁设置有连接外部配件用的定位部件。
4.根据权利要求3所述的间隙可调的静电纺丝喷头，其特征在于：所述定位部件包括设置在进液管(1)外壁的外螺纹(71)以及凸缘(72)，所述凸缘(72)处于外螺纹(71)与微沟(2)之间。
5.一种阵列式纺丝系统，其特征在于：包括由上下贯通的主体(8)、密封连接主体(8)底端的密封板(9)所围成的进液腔(10)，所述密封板(9)上呈阵列状密封连接权利要求1至4中任一项所述的喷头，各喷头的进液通道连通进液腔(10)。
6.根据权利要求5所述的间隙可调的静电纺丝喷头，其特征在于：所述主体(8)的外壁接有温控模块(11)。
7.根据权利要求5或6所述的间隙可调的静电纺丝喷头，其特征在于：所述主体(8)的端部设有连接供液部件的法兰结构(12)。
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