CN106119987A - 一种圆柱面环形阵列的静电纺丝喷头及静电纺丝方法 - Google Patents

一种圆柱面环形阵列的静电纺丝喷头及静电纺丝方法 Download PDF

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黄泽峰
郭杰庄
杨晓林
温尊伟
梅晨
谢壁衡
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    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
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Abstract

本发明公开了一种圆柱面环形阵列的静电纺丝喷头和静电纺丝方法，包括本体，所述本体具有一圆柱面以及设有三组输出结构，所述输出结构包括开设在圆柱面上的多个连接孔以及分别连接在连接孔上的针式喷嘴，每组输出结构的连接孔均在一直线段上，各组输出结构沿圆柱面的圆周方向阵列布置从而三条直线段相互平行，各针式喷嘴沿圆柱面的法向延伸且等高。本发明的三组输出结构在圆柱面上沿圆周方向阵列布置，那么各输出结构对应位置的三个连接孔和针式喷嘴也是沿圆周方向阵列布置，这种布置方式相对于在平面上呈线性阵列轨迹布置的喷嘴的现有技术来说，各喷嘴电场强度差异较小，各喷嘴的尖端电场更加均匀。本发明可应用于静电纺丝。

Description

一种圆柱面环形阵列的静电纺丝喷头及静电纺丝方法
技术领域
本发明涉及静电纺丝领域，特别是涉及一种圆柱面环形阵列的静电纺丝喷头及静电纺丝方法。
背景技术
申请号为200910031948.2的发明专利公开了一种阵列多喷头静电纺丝设备，利用在平面上呈线性矩形阵列布置的多个喷头进行纺丝，可实现电纺纤维膜材的大批量生产。
然而经过长时间的使用后，技术人员发现当喷头呈矩形阵列布置后，各喷头尖端的电场会相互影响、干扰，使得不同喷头之间电场差异较大导致纺丝不均。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种圆柱面环形阵列的静电纺丝喷头。
本发明所采用的技术方案是：
一种圆柱面环形阵列的静电纺丝喷头，包括本体，所述本体具有一圆柱面以及设有三组输出结构，所述输出结构包括开设在圆柱面上的多个连接孔以及分别连接在连接孔上的针式喷嘴，每组输出结构的连接孔均在一直线段上，各组输出结构沿圆柱面的圆周方向阵列布置从而三条直线段相互平行，各针式喷嘴沿圆柱面的法向延伸且等高。
作为本发明的进一步改进，每组输出结构中相邻连接孔的间距相等。
作为本发明的进一步改进，相邻组输出结构的距离相等。
本发明还提供一种静电纺丝方法，其采用的技术方案是：
使用上述的静电纺丝喷头，将纺丝液涂覆于各针式喷嘴上，纺丝液在针式喷嘴、收集装置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装置形成纤维。
另外，本发明的静电纺丝喷头还可以采用以下结构：
所述针式喷嘴具有中空的出液腔，所述本体表面具有进液口，本体内部具有溶液通道，所述出液腔通过对应的连接孔、溶液通道连通进液口。
该静电纺丝喷头的静电纺丝方法如下：
将纺丝液通过溶液通道注入出液腔内并到达针式喷嘴顶端，纺丝液在针式喷嘴、收集装置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装置形成纤维。
本发明的有益效果是：本发明的三组输出结构在圆柱面上沿圆周方向阵列布置，那么各输出结构对应位置的三个连接孔和针式喷嘴也是沿圆周方向阵列布置，这种布置方式相对于在平面上呈线性阵列轨迹布置的喷嘴的现有技术来说，各喷嘴电场强度差异较小，各喷嘴的尖端电场更加均匀。
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是静电纺丝喷头的主视图；
图2是静电纺丝喷头的侧视图；
图3是静电纺丝喷头的俯视图；
图4是静电纺丝过程的示意图；
图5是传统技术喷头阵列布置的示意图；
图6是图5中传统喷头阵列布置方式的电场仿真结果示意图；
图7是本发明电场仿真结果示意图。
具体实施方式
如图1至图3所示的圆柱面环形阵列的静电纺丝喷头，包括本体1，本体1具有一圆柱面以及设有三组输出结构，所述的输出结构用于收集并喷射纺丝液。
每组输出结构由开设在圆柱面上的多个连接孔以及分别连接在连接孔上的针式喷嘴2组成。附图中的连接孔与针式喷嘴2重合，因此连接孔并没有标示。所述的各连接孔均在一直线段上，也就是将各连接孔进行连线后该连线为一直线段的轨迹，并且该直线段与圆柱面的轴线平行。各组输出结构中所构成的直线段分别为图3中的直线段轨迹3、4和5。参考图2和图3，各组输出结构沿圆柱面的圆周方向阵列布置从而三条直线段3、4和5相互平行。由于输出结构在圆柱面上阵列布置，即每组输出结构的连接孔、针式喷嘴数量相同，各输出结构对应位置的三个连接孔和针式喷嘴也是沿圆周方向阵列布置的。
上述的针式喷嘴2远离连接孔的末端为针尖结构，该种针式喷嘴为本领域常用的喷头结构，在此不作详细的描述。每组输出结构的针式喷嘴2都是等高的，而且不同组输出结构的各针式喷嘴2也是等高的，也即所有的针式喷嘴2均相对于圆柱面来说等高。这些针式喷嘴2沿圆柱面的法向延伸。
上述的本体1可以是完整的圆柱体结构从而其表面均为圆柱面，也可以是仅有一部分具有圆柱面的结构。
具有上述连接孔、针式喷嘴2轨迹的静电纺丝喷头能大大减少呈圆周阵列的三个针式喷嘴电场的相互影响，使得各针式喷嘴的尖端电场更加均匀。
进一步优选的，每组输出结构中相邻连接孔的间距相等。再进一步，相邻组输出结构的距离相等，即两两相邻的连接孔的距离均相等，这种等间距的结构更有利于保证尖端电场的均匀。
上述实施例的静电纺丝方法如下：
如图4所示，将纺丝液通过外部的涂覆装置均匀涂覆于各针式喷嘴2上，本体1相对于收集装置6是固定不动的，并且针式喷嘴2朝向收集装置6，纺丝液在针式喷嘴2、收集装置6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装置6形成纤维。
在静电纺丝喷头的其他实施例中，针式喷嘴2可以具有中空的出液腔，该出液腔贯通针式喷嘴2前后，在本体1表面具有进液口，本体1内部具有溶液通道，出液腔通过对应的连接孔、溶液通道连通进液口。此时，连接孔可以认为是一个喷孔。
采用该优选实施例的静电纺丝方法如下：
如图4所示，本体1相对于收集装置6是固定不动的，并且针式喷嘴2朝向收集装置6，将纺丝液通过溶液通道注入出液腔内并到达针式喷嘴2顶端，纺丝液在针式喷嘴2、收集装置6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装置6形成纤维。这种纺丝方法和纺丝结构能够持续而不间断地进行纺丝。
以下通过电场仿真来将实施例中的静电纺丝喷头与传统喷头阵列布置方式进行对比。
仿真参数如下：针式喷嘴2直径2mm，喷嘴端部至圆柱面的高度为15mm，在如图3所示的俯视图中，相邻喷嘴间距为20mm，材料为不锈钢，圆柱面的直径为100mm，长度为220mm，材料为不锈钢。分布在直线段6上的喷嘴顶端距离收集装置6距离为100mm，收集装置6宽为180mm，长为240mm，厚为2mm，材料为铝。仿真软件为comsol，仿真电压为50kv。所取电场均为喷嘴尖端1mm处电场。
对比仿真的喷嘴21在平面7上成三排线性阵列布置，如图5所示。喷嘴21直径2mm，喷嘴端部至平面7的高度为15mm，相邻喷嘴间距为20mm，材料为不锈钢。喷嘴21的顶端离并未图示的收集装置距离为100mm，收集装置宽为180mm，长为240mm，厚为2mm，材料为铝。仿真软件为comsol，仿真电压为50kv；所取电场均为喷嘴尖端1mm处电场。
对比图6和图7为仿真结果。如图6所示，每三个喷嘴中，中间喷嘴与两侧喷嘴的电场强度相差较远，而图7所示，三个喷嘴的电场强度相差较小；另外，若每三个喷嘴为一组，图7中每组的电场强度相差较小，而图6所示，每组的电场强度差距明显比图7中的大。因此采用本静电纺丝喷头所获得的电场更均匀。
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 (6)

1.一种圆柱面环形阵列的静电纺丝喷头，包括本体(1)，其特征在于：所述本体(1)具有一圆柱面以及设有三组输出结构，所述输出结构包括开设在圆柱面上的多个连接孔以及分别连接在连接孔上的针式喷嘴(2)，每组输出结构的连接孔均在一直线段上，各组输出结构沿圆柱面的圆周方向阵列布置从而三条直线段相互平行，各针式喷嘴(2)沿圆柱面的法向延伸且等高。
2.根据权利要求1所述的圆柱面环形阵列的静电纺丝喷头，其特征在于：每组输出结构中相邻连接孔的间距相等。
3.根据权利要求1所述的圆柱面环形阵列的静电纺丝喷头，其特征在于：相邻组输出结构的距离相等。
4.根据权利要求1或2或3所述的圆柱面环形阵列的静电纺丝喷头，其特征在于：所述针式喷嘴(2)具有中空的出液腔，所述本体(1)表面具有进液口，本体(1)内部具有溶液通道，所述出液腔通过对应的连接孔、溶液通道连通进液口。
5.一种静电纺丝方法，其特征在于：使用权利要求1至3中任一项所述的静电纺丝喷头，将纺丝液涂覆于各针式喷嘴(2)上，纺丝液在针式喷嘴(2)、收集装置(6)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装置(6)形成纤维。
6.一种静电纺丝方法，其特征在于：使用权利要求4所述的静电纺丝喷头，将纺丝液通过溶液通道注入出液腔内并到达针式喷嘴(2)顶端，纺丝液在针式喷嘴(2)、收集装置(6)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装置(6)形成纤维。
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