CN107245763A - 一种静电纺丝阵列式喷头 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种静电纺丝阵列式喷头，包括喷射本体和纺丝喷嘴，溶液在溶液通道内流动，经过连接孔并最终从纺丝喷嘴向外喷出，连接孔分布于喷射本体的顶面与两个斜面上，位于不同表面上的纺丝喷嘴之间具有夹角，溶液在电场力的引导下从纺丝喷嘴中喷出，相邻两个纺丝喷嘴之间的电场发生相互影响，垂直于纺丝喷嘴方向的电场力部分抵消，溶液在电场力的引导下沿着纺丝喷嘴的方向运动，形成的纺丝质量得以提高。在水平面的投影上连接孔划分为多组，每组连接孔均构成一个正六边形，每个正六边形的形心处设置一个连接孔。正六边形顶点处的纺丝喷嘴位于同一外接圆上，使电场力的抵消效果最佳，密度更高，能同时进行多根纺丝操作，工业生产的效率更高。

Description

一种静电纺丝阵列式喷头

技术领域

本发明涉及静电纺丝技术领域，更进一步涉及一种静电纺丝阵列式喷头。

背景技术

静电纺丝是高分子流体静电雾化的特殊形式，静电纺丝采用的是较高粘度的非牛顿流体，在高压静电发生器的作用下，喷丝装置与接收装置之间形成高压静电场，聚合物溶液在喷嘴处形成液滴并被充电，带电液滴在电场力作用下在Taylor锥顶被加速，当电场力足够大时，带电液滴克服表面张力形成带电射流，可以运行相当长的距离，带电射流在静电纺丝空间运行时，伴随溶剂挥发、弯曲和拉伸，最终被接收装置收集，固化形成纤维材料。

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。

工业生产过程中，需要设置多根纺丝喷嘴同时喷射多条纺丝，以满足大批量生产的要求。目前用于工业化生产的静电纺丝装置通常并排设置多组喷头，各喷头之间相互平行，但各喷头之间形成的电场之间发生相互干扰，电场线并非沿喷头的长度方向分布，因此喷头所喷出的纺丝就会受到其他方向的分力，影响最终成品的质量。

发明内容

本发明提供一种静电纺丝阵列式喷头，能够得到质量更好的纺丝，纺丝喷嘴的分布更为密集，提高了纺丝生产效率，具体方案如下：

一种静电纺丝阵列式喷头，包括喷射本体，所述喷射本体内开设至少具有两个进液口的溶液通道，溶液经过所述喷射本体内部的溶液通道、并从连接孔喷射到外部；所述连接孔分布于所述喷射本体的顶面与两个斜面上，每个所述连接孔分别连接纺丝喷嘴，不同表面上的所述纺丝喷嘴之间具有夹角，溶液在电场力的引导下从所述纺丝喷嘴中喷出；在水平面的投影上，所述连接孔划分为多组，并沿所述喷射本体的长度方向呈阵列分布；每组所述连接孔均构成一个正六边形，每个正六边形的形心处设置一个所述连接孔。

可选地，所述喷射本体为截面呈梯形的四棱柱。

可选地，所述纺丝喷嘴与其所在的平面相互垂直。

可选地，相邻两组所述纺丝喷嘴形成的六边形顶角相对，且相邻的两组之间共用相对顶点处的连接孔。

可选地，所述喷射本体的梯形截面为等腰梯形，梯形截面的底角角度为20～25度。

可选地，所述纺丝喷嘴的直径为0.5～1.5mm，长度为10～20mm，每个所述纺丝喷嘴的尺寸相同；由六个所述纺丝喷嘴构成的正六边形的边长为15～25mm；所述喷射本体梯形截面的高为6～7mm。

可选地，所述喷射本体的顶面距离收集装置的间距为150～175mm。

可选地，所述喷射本体、所述纺丝喷嘴和所述收集装置均由铜制成，所述纺丝喷嘴处施加的电压为20kV。

可选地，所述进液口的进液方向与所述溶液通道的长度方向相互垂直。

本发明提供了一种静电纺丝阵列式喷头，包括内部用于流通溶液的喷射本体，其内部设置溶液通道，溶液通道至少具有两个进液口，本体表面上开设连接孔，连接孔处连接纺丝喷嘴，溶液在溶液通道内流动，经过连接孔并最终从纺丝喷嘴向外喷出，连接孔分布于喷射本体的顶面与两个斜面上，位于不同表面上的纺丝喷嘴之间具有夹角，溶液在电场力的引导下从纺丝喷嘴中喷出，因为其具有夹角，当纺丝喷嘴施加电压后，相邻两个纺丝喷嘴之间的电场发生相互影响，垂直于纺丝喷嘴方向的电场力部分抵消，溶液在电场力的引导下沿着纺丝喷嘴的方向运动，形成的纺丝质量得以提高。

在水平面的投影上连接孔划分为多组，并沿喷射本体的长度方向呈阵列分布；每组连接孔均构成一个正六边形，每个正六边形的形心处设置一个连接孔。也即在一组包含六个位于正六边形顶点处的六个纺丝喷嘴，以及正六边形形心处的一个纺丝喷嘴；正六边形顶点处的纺丝喷嘴位于同一外接圆上，使电场力的抵消效果最佳，一组中具有七个纺丝喷嘴，密度更高，能同时进行多根纺丝操作，工业生产的效率更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明静电纺丝阵列式喷头一种具体实施方式的正视图；

图2为本发明静电纺丝阵列式喷头一种具体实施方式的侧视图；

图3为本发明静电纺丝阵列式喷头一种具体实施方式的俯视图；

图4A为采用本发明静电纺丝阵列式喷头得到的电场图；

图4B为平面中等间距平行布置喷嘴所得到的电场图；

图4C为平面中呈正六边形布置喷嘴所得到的电场图，

其中包括：

喷射本体1、纺丝喷嘴2。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种静电纺丝阵列式喷头，能够得到质量更好的纺丝，纺丝喷嘴的分布更为密集，提高了纺丝生产效率。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的静电纺丝阵列式喷头进行详细的介绍说明。

如图1所示，为本发明静电纺丝阵列式喷头一种具体实施方式的正视图，图2为侧视图，图3为俯视图。该静电纺丝阵列式喷头包括喷射本体1和纺丝喷嘴2，喷射本体1的内部设置溶液通道，用于纺丝的溶液在溶液通道内流动，溶液通道连通于外部，形成连接孔，连接孔位于喷射本体1的表面，作为溶液的出口，溶液经过喷射本体1内部的溶液通道并从连接孔喷射到外部。溶液通道至少具有两个进液口，通过至少两个进液口同时供液，使喷射本体1中各个位置均具有充足的进液量，避免出现断丝。

连接孔分布于喷射本体1的顶面与两个斜面上，共分布在三个表面上，本文是以三个表面中位于中间的一个为顶面，处于水平状态，其他两个与其之间具有夹角，称为斜面。每个连接孔分别连接一个纺丝喷嘴2，位于不同表面上的纺丝喷嘴2之间具有夹角，对纺丝喷嘴2施加电压时，自身会形成电场，由于纺丝收集装置处的电压为零，因此溶液在电场力的引导下从纺丝喷嘴2中喷出，被引导到收集装置上，因位于不同表面上的纺丝喷嘴2之间具有夹角，而不是相互平行的关系，对于每个纺丝喷嘴2来说，相互之间的电场产生影响，使垂直于纺丝喷嘴方向的电场力被部分或全部抵消，电场力沿纺丝喷嘴的延伸方向，纺丝不受其他方向分力的干扰，相对于传统平行设置的喷嘴结构成丝效果更佳。

在水平面的投影上，可将连接孔划分为多组，多组连接孔沿喷射本体1的长度方向呈阵列分布，也即六边形七喷嘴阵列布置，每组的布置结构相同；每组连接孔包含七个连接孔，其中位于外侧的六个连接孔构成一个正六边形，每个正六边形的形心处设置一个连接孔；也就是说，从俯视方向上看，六个纺丝喷嘴2与喷射本体1的连接点的连线形成正六边形，六边形的形心处还设有一个纺丝喷嘴2，使相邻的两个纺丝喷嘴2之间的间距相等。处于六边形顶点处的六个纺丝喷嘴2位于同一外接圆上，位于同一圆周上的纺丝喷嘴相互之间的电场影响的效果最好，成丝质量最优，同时本发明中的布置方式，使纺丝喷嘴2的密度更高，单位面积上设置更多的纺丝喷嘴，充分利用了喷射本体1上的空间，提高了工业生产效率。

在上述方案的基础上，喷射本体1为截面呈梯形的四棱柱，因仅在三个表面上布置纺丝喷嘴，其他的表面上不布置，因此喷射本体1可为四棱柱；当然，若另一表面设置为其他的形式也是可以的，例如圆弧面或者棱面，对纺丝喷嘴2最终所要达到的效果并不影响，这些具体的设置方式都应包含在本发明的保护范围之内。本发明中的纺丝喷嘴2与其所在的平面相互垂直，以便于加工制造。

更进一步，相邻两组纺丝喷嘴2形成的六边形顶角相对，在一组纺丝喷嘴中，顶面上布置三个纺丝喷嘴2，两个斜面上各自布置两个纺丝喷嘴2，使纺丝喷嘴2均匀地分布在三个面上。相邻的两组之间共用相对顶点处的连接孔，也即相邻的两组六边形有一个顶点重合，进而使每个纺丝喷嘴2与其相邻的另外两个纺丝喷嘴2的连线可构成一个等边三角形，各纺丝喷嘴2的间距相等，进一步提高空间利用率，同时有利于保证尖端电场的均匀。

优先地，本发明中喷射本体1的梯形截面为等腰梯形，梯形截面的底角角度为20～25度，纺丝喷嘴2与各自所在的平面垂直，使得电场力的垂直分量最大程度得到抵消。

纺丝喷嘴2远离连接孔的一端为针尖结构，其自身的直径为0.5～1.5mm，长度为10～20mm，每个纺丝喷嘴2的尺寸相同；由六个纺丝喷嘴2构成的正六边形的边长为15～25mm；喷射本体1梯形截面的高为6～7mm。优选地，喷射本体1的顶面距离收集装置的间距为150～175mm，收集装置处的电势为零，此间距保证电场对纺丝的引导效果更好，本文中所提供的尺寸范围均包含端值。

喷射本体1、纺丝喷嘴2和收集装置均由铜制成，在纺丝喷嘴2处施加的电压为20kV，所取电场均为纺丝喷嘴尖端0.5mm处电场。

具体地纺丝过程为：将纺丝液通过外部的涂覆装置均匀涂覆于各纺丝喷嘴2上，喷射本体1相对于收集装置是固定不动的，并且纺丝喷嘴2朝向装置，纺丝液在纺丝喷嘴2、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。

本发明在此提供一种具体的尺寸结构：针式喷嘴2直径1mm，长度15mm，相邻两个纺丝喷嘴的间距为20mm，喷射本体1梯形截面的上底为18mm，下底为52mm，高为6.28mm，四棱柱的长度为200mm。四棱柱顶面距离收集装置距离为165mm，收集装置宽为60mm，长为240mm，厚为2mm，材料为铜。如图4A所示，为本发明采用上述规格所得到的电场图。

作为对比，如图4B所示，为平面中等间距平行布置喷嘴所得到的电场图，其按以下规格设置得到：喷嘴的直径为1mm，喷嘴高度为15mm，相邻喷嘴间距为20mm。喷嘴的顶端与收集装置的距离为150mm，收集装置宽为60mm，长为240mm，厚为2mm，电压为20kV。

如图4C所示，为平面中呈正六边形布置喷嘴所得到的电场图，其按以下规格设置得到：喷嘴直径1mm，喷嘴高度为15mm，相邻喷嘴间距为20mm，材料为铜。喷嘴的顶端与收集装置距离为150mm，收集装置宽为60mm，长为240mm，厚为2mm，材料为铜，电压为20kV。

经过对比可以发现，采用本发明所提供的静电纺丝阵列式喷头，相邻纺丝喷嘴2的电场强度相差较小，并且每两或四个波峰为一组所形成曲线的电场强度相差较小；图4B与图4C中作为参照的两组数据中，相邻喷嘴的电场强度差距明显更大。因此采用本发明的静电纺丝阵列式喷头所获得的电场更均匀，且单位面积上的针头数目增加一倍。

进液口的进液方向与溶液通道的长度方向相互垂直，纺丝溶液进入溶液通道后经过直角转折，可以起到缓冲的作用。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种静电纺丝阵列式喷头，其特征在于，包括喷射本体(1)，所述喷射本体(1)内开设至少具有两个进液口的溶液通道，溶液经过所述喷射本体(1)内部的溶液通道、并从连接孔喷射到外部；所述连接孔分布于所述喷射本体(1)的顶面与两个斜面上，每个所述连接孔分别连接纺丝喷嘴(2)，不同表面上的所述纺丝喷嘴(2)之间具有夹角，溶液在电场力的引导下从所述纺丝喷嘴(2)中喷出；在水平面的投影上，所述连接孔划分为多组，并沿所述喷射本体(1)的长度方向呈阵列分布；每组所述连接孔均构成一个正六边形，每个正六边形的形心处设置一个所述连接孔。

2.根据权利要求1所述的静电纺丝阵列式喷头，其特征在于，所述喷射本体(1)为截面呈梯形的四棱柱。

3.根据权利要求2所述的静电纺丝阵列式喷头，其特征在于，所述纺丝喷嘴(2)与其所在的平面相互垂直。

4.根据权利要求3所述的静电纺丝阵列式喷头，其特征在于，相邻两组所述纺丝喷嘴(2)形成的六边形顶角相对，且相邻的两组之间共用相对顶点处的连接孔。

5.根据权利要求4所述的静电纺丝阵列式喷头，其特征在于，所述喷射本体(1)的梯形截面为等腰梯形，梯形截面的底角角度为20～25度。

6.根据权利要求5所述的静电纺丝阵列式喷头，其特征在于，所述纺丝喷嘴(2)的直径为0.5～1.5mm，长度为10～20mm，每个所述纺丝喷嘴(2)的尺寸相同；由六个所述纺丝喷嘴(2)构成的正六边形的边长为15～25mm；所述喷射本体(1)梯形截面的高为6～7mm。

7.根据权利要求6所述的静电纺丝阵列式喷头，其特征在于，所述喷射本体(1)的顶面距离收集装置的间距为150～175mm。

8.根据权利要求7所述的静电纺丝阵列式喷头，其特征在于，所述喷射本体(1)、所述纺丝喷嘴(2)和所述收集装置均由铜制成，所述纺丝喷嘴(2)处施加的电压为20kV。

9.根据权利要求8所述的静电纺丝阵列式喷头，其特征在于，所述进液口的进液方向与所述溶液通道的长度方向相互垂直。