CN106435770B - 龙卷风式静电纺丝喷头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种龙卷风式静电纺丝喷头，以满足提高静电纺丝效率、控制出丝方向、便于清洗的需求。该龙卷风式静电纺丝喷头主要由锥形外壳、外壳封盖、锥螺杆、螺杆密封圈、螺杆驱动装置、推进装置、供气装置、高压电源、接收装置几部分组成。通过锥螺杆旋转产生类似于龙卷风的气流，促使液滴发生反复旋转、碰撞、破碎，被雾化，再在高压气体、高压电场作用下喷出形成纳米纤维。
Description
技术领域
本发明涉及静电纺丝技术，特别是一种龙卷风式静电纺丝喷头。
背景技术
静电纺丝是一种近年来发展较快的纳米纤维制备方法，通过该方法获得的纳米纤维具有一系列优良的性能，例如超高的比表面积、良好的灵敏度、生物相溶性等，可用于制造传感器、药物载体、人造血管、过滤材料等产品，在化工、医疗、环保、快速消费品等领域发挥巨大的作用。
静电纺丝原通常使用按配方混合好的聚合物溶液和熔体作为原材料，在特定的装置中进行。该装置一般由原料注入设备、高压电源、喷射装置和接收装置几部分组成。喷射装置和接收装置分别接高压电源正负极。原料以液滴形式注入喷射装置，在高压电场作用下于喷射装置出口处形成泰勒锥，当电场力作用大于泰勒锥表面张力时，泰勒锥尖端形成喷射细流。带电细流在电场力作用下落向接收装置，同时溶剂蒸发，最终在接收装置上缠绕，形成纳米纤维毡。
尽管纳米纤维性能优良，但静电纺丝低下的生产效率严重制约了这一技术在市场上的推广应用。目前静电纺丝喷头主要分为有针和无针两类。使用针头作为喷射装置可以获得形状良好的泰勒锥，但针头易堵塞；多针头有利于提高效率，但多针头间电场互相干扰，影响纳米纤维质量。无针喷头是静电纺丝设备发展的方向，通过一次性产生多个泰勒锥或微液滴来提高纳米纤维生产效率，然而自由液面无针喷头生成的纳米纤维不易控制方向。此外，液滴形成速率也直接影响电纺丝效率，同一时刻泰勒锥或微液滴越多，形成的纤维也越多。以往研究中，用目筛或网孔等结构来获取微液滴，容易堵塞，清洗不方便。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种龙卷风式静电纺丝喷头，以满足提高静电纺丝效率、控制出丝方向、便于清洗的需求。
本发明的构思是：该静电纺丝喷头主要由锥形外壳、外壳封盖、锥螺杆、螺杆密封圈、螺杆驱动装置、推进装置、供气装置、高压电源、接收装置几部分组成。锥形外壳侧面开有溶液进料口。配置好的溶液通过推进装置按一定速度注入锥形外壳中。锥形外壳与外壳封盖通过螺钉连接。锥螺杆置于锥形外壳中。驱动装置带动锥螺杆旋转。外壳封盖上开有气孔，供气装置通过管路、气孔将气体注入锥形外壳。
液滴注入锥形外壳后，锥螺杆高速转动，锥形外壳内腔形成类似于龙卷风的气流，在气流作用下，液滴与液滴之间，液滴与喷嘴内腔内壁之间发生反复碰撞，破裂成为尺寸更小的微液滴，即将注入的液体雾化，同时打开气阀，高压气体通过管路、气孔进入锥形外壳内腔，将微液滴由锥形外壳底端开孔喷出，在电场力及高压气体作用下，微液滴被拉伸成为纳米纤维，收集到喷头下端的接收装置上。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种龙卷风式静电纺丝喷头，包括一个锥形外壳、一个锥螺杆、一个外壳封盖、一个螺杆密封圈、一套螺杆驱动装置、一套推进装置、一套供气装置、一套高压电源、一个接收装置。所述锥形外壳侧面开有孔，与所述推进装置连接；所述推进装置中装有配置好的溶液；所述锥形外壳底端为开口圆柱体，便于控制出丝方向；所述锥形外壳顶端开有六个螺纹孔；所述外壳封盖为台阶形，下边沿处开有六个孔，通过螺钉将所述外壳封盖安装到所述锥形外壳上；所述外壳封盖顶端开有六个气孔，气孔通过管路连接到所述供气装置上；外壳封盖顶端还开有所述锥螺杆安装孔及所述螺杆密封圈安装孔；所述锥螺杆上端为圆柱体安装杆，中间为台阶面，下端为带叶片的锥螺杆；所述锥螺杆的圆柱体安装杆穿过所述外壳封盖上的锥螺杆安装孔与所述驱动装置连接；所述锥螺杆在所述驱动装置带动下高速转动；所述螺杆密封圈安装在所述外壳封盖上，确保所述锥螺杆旋转时密封；所述高压电源正极与所述锥形外壳连接，负极与所述接收装置连接。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
(1)通过锥螺杆高速旋转，将推进装置输入液滴分离成若干微小带电液滴，同时纺出大量纳米纤维；
(2)输入高压气体，同时将大量微液滴快速排出锥形外壳，提高纺丝效率；
(3)锥形外壳底端设计成圆柱形，避免微液滴在排出时成伞状喷射，有利于控制纺丝方向；
4)锥形外壳与外壳封盖设计为可拆卸式，便于清洗；
5)外壳封盖顶部高压气体进气孔布置在一个环上，使得锥形外壳内腔气体流向均匀，微液体喷出时不发生偏转。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是图1中锥形外壳示意图。
图3是图1中锥螺杆示意图。
图4是图1中外壳封盖示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明优选实施例作进一步的说明。
参见图1～图4，本龙卷风式静电纺丝喷头特征在于：一种龙卷风式静电纺丝喷头，包括一个锥形外壳(1)、一个锥螺杆(2)、一个外壳封盖(10)、一个螺杆密封圈(8)、一套螺杆驱动装置(6)、一套推进装置(11)、一套供气装置(4)、一套高压电源(15)、一个接收装置(16)。其特征在于：所述锥形外壳(1)侧面开有孔(12)，与所述推进装置(11)连接；所述推进装置(11)中装有配置好的溶液；所述锥形外壳(1)底端为开口圆柱筒，便于控制出丝方向；所述锥形外壳(1)顶端开有六个螺纹孔；所述外壳封盖(10)为台阶形，下边沿处开有六个孔，通过螺钉将所述外壳封盖(10)安装到所述锥形外壳(1)上；所述外壳封盖(10)顶端开有六个气孔(9)，所述气孔(9)通过管路连接到所述供气装置(4)上；外壳封盖(10)顶端还开有所述锥螺杆(2)安装孔及所述螺杆密封圈(8)安装孔；所述锥螺杆(2)上端为圆柱体安装杆，中间为台阶面，下端为带叶片的锥螺杆；所述锥螺杆(2)的圆柱体安装杆穿过所述外壳封盖(10)上的锥螺杆安装孔与所述驱动装置(6)连接；所述锥螺杆在所述驱动装置带动下高速转动；所述螺杆密封圈(8)安装在所述外壳封盖(10)上，确保所述锥螺杆(2)旋转时密封；所述高压电源(15)正极与所述锥形外壳(1)连接，负极与所述接收装置(16)连接。
工作原理如下：
将本装置安装在静电纺丝机上，锥形外壳(1)顶部有螺纹孔(13)，外壳封盖(10)下端有安装孔(14)，锥形外壳(1)与外壳封盖(10)通过螺钉连接；锥螺杆(2)安装在锥螺杆(2)内腔，锥螺杆(2)穿过外壳封盖(10)与驱动装置(6)连接，锥螺杆(2)与外壳封盖(10)接触处通过螺杆密封圈(8)密封；外壳封盖(10)上有六个气孔(9)；供气装置(4)通过气阀(5)、气孔(9)向锥形外壳(1)内腔充入高压气体；高压电源(15)正负极分别与锥形外壳(1)、接收装置(16)连接，产生高压电场。
高压电源(15)上电，当推进装置(11)通过孔(12)将溶液注入锥形外壳(1)内腔时，驱动装置(6)带动锥螺杆(2)高速旋转，在锥形外壳(1)内腔内形成类似于龙卷风的气流，气流搅动注入液滴发生反复旋转、碰撞，使液滴破裂成为微米级小液滴，打开供气装置(4)，调节气阀(5)，控制供气速度，高压气体通过气孔(9)注入锥形外壳(1)内腔，将小液滴由锥形外壳(1)底端喷出，在高压电场、高压气体作用下，小液滴被拉伸，溶剂挥发，形成纳米纤维收集到接收装置(16)上，锥形外壳(1)下端为开口圆柱筒形状，避免小液滴喷出时发散，保持垂直向下的方向脱离锥形外壳(1)，从而控制纺丝方向。
锥螺杆(2)含有螺纹部分的锥度与锥形外壳(1)的一致，尖头部分的锥度比锥形外壳(1)大。尖头部分末端含有一个锥齿轮。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落在本方面的保护范围。
Claims (6)
1.一种龙卷风式静电纺丝喷嘴，其特征在于：所述纺丝喷嘴包括一个锥形外壳(1)、一个锥螺杆(2)、一个外壳封盖(10)、一个螺杆密封圈(8)、一套螺杆驱动装置(6)、一套推进装置(11)、一套供气装置(4)、一套高压电源(15)、一个接收装置(16)，所述锥形外壳(1)侧面开有孔(12)，与所述推进装置(11)连接；所述推进装置(11)中装有配置好的溶液；所述锥形外壳(1)底端为开口圆柱筒，便于控制出丝方向；所述锥形外壳(1)顶端开有六个螺纹孔，用于与所述外壳封盖(10)连接；
所述锥螺杆(2)穿过所述外壳封盖(10)与所述螺杆驱动装置(6)连接，所述螺杆密封圈(8)安装在所述外壳封盖(10)上；所述外壳封盖(10)顶端开有六个气孔(9)，所述气孔(9)通过管路连接到所述供气装置(4)上；所述高压电源(15)正极与所述锥形外壳(1)连接，负极与所述接收装置(16)连接。
2.根据权利要求1所述的龙卷风式静电纺丝喷嘴，其特征在于：所述外壳封盖(10)为台阶形，下边沿处开有六个孔，通过螺钉将所述外壳封盖(10)安装到所述锥形外壳(1)上；所述外壳封盖(10)顶端开有六个气孔(9)，所述气孔(9)通过管路连接到所述供气装置(4)上；所述气孔(9)在所述外壳封盖(10)顶端呈圆周布置，有利于高压气体均匀地充入所述锥形外壳(1)内腔，保证出丝均匀；外壳封盖(10)顶端还开有所述锥螺杆(2)安装孔及所述螺杆密封圈(8)安装孔。
3.根据权利要求1所述的龙卷风式静电纺丝喷嘴，其特征在于：所述锥螺杆(2)上端为圆柱体安装杆，中间为台阶面，下端为带叶片；所述锥螺杆(2)的圆柱体安装杆穿过所述外壳封盖(10)上的锥螺杆安装孔与所述驱动装置(6)连接；所述锥螺杆在所述驱动装置带动下高速转动；所述螺杆密封圈(8)安装在所述外壳封盖(10)上，确保所述锥螺杆(2)旋转时密封。
4.根据权利要求1所述的龙卷风式静电纺丝喷嘴，其特征在于：所述锥形外壳(1)与所述锥螺杆(2)采用锥形配合安装方式，通过调节所述锥螺杆(2)旋转速度来进一步获取更小尺寸的液滴。
5.根据权利要求1所述的龙卷风式静电纺丝喷嘴，其特征在于：所述供气装置(4)通过气阀(5)、气孔(9)向锥形外壳(1)内腔充入高压气体；高压电源(15)正负极分别与锥形外壳(1)、接收装置(16)连接，产生高压电场。
6.根据权利要求1所述的龙卷风式静电纺丝喷嘴，其特征在于：所述高压电源(15)上电，当推进装置(11)通过孔(12)将溶液注入锥形外壳(1)内腔时，驱动装置(6)带动锥螺杆(2)高速旋转，在锥形外壳(1)内腔内形成类似于龙卷风的气流，气流搅动注入液滴发生反复旋转、碰撞，使液滴破裂成为微米级小液滴，打开供气装置(4)，调节气阀(5)，控制供气速度，高压气体通过气孔(9)注入锥形外壳(1)内腔，将小液滴由锥形外壳(1)底端喷出，在高压电场、高压气体作用下，小液滴被拉伸，溶剂挥发，形成纳米纤维收集到接收装置(16)上。
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