CN109440201A - 一种用于熔体静电纺丝的电流体喷头装置 - Google Patents

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吴学洲
董淼
程又来
黄永安
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    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
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Abstract

本发明公开了一种用于熔体静电纺丝的电流体喷头装置，一种用于熔体静电纺丝的电流体喷头装置，包括料筒、氧化铝陶瓷管、加热块、隔热侧板、隔热盖板、锥形喷嘴；料筒套放于氧化铝陶瓷管内，氧化铝陶瓷管的外围安放有加热块；加热块的外侧加装隔热侧板，料筒、氧化铝陶瓷管和加热块的上端加装隔热盖板；料筒的下端开口连接喷嘴，料筒的上端开口作为供气口。本装置采用直接加热,设备简单，引入绝缘陶瓷结构避免了电击穿问题。应用本装置可以喷印聚合物、金属等构成的溶液及聚合物、金属熔体，适用的喷印材料广泛。

Description

一种用于熔体静电纺丝的电流体喷头装置
技术领域
本发明属于电流体喷头相关技术领域，具体涉及一种用于熔体静电纺丝的电流体喷头装置。
背景技术
随着纳米科技的发展，静电纺丝作为制备连续纳米纤维最有前景的工艺方法，受到了学术和工业界的普遍重视。静电纺丝的基本原理是基于电流体动力喷印，即聚合物溶液或熔体在几千至几万伏高压静电场下克服表面张力从而产生带电射流，射流在喷印过程中固化，最终落在接收基板上形成纤维。静电纺丝制备的纤维具有高比表面积、高孔隙率和一些特殊的物化性能，在生物医药、高效过滤、催化负载和电池材料等领域有着广阔的应用前景。
按照喷印材料性质，静电纺丝分为溶液静电纺丝和熔体静电纺丝，其中溶液静电纺丝依靠溶剂的蒸发，溶质固化形成纤维，而熔体静电纺丝则依靠热量散失，熔融状态的喷印材料经冷凝固化形成纤维。相比于溶液静电纺丝，熔体静电纺丝装置较为复杂，目前熔体静电纺丝设备的研究基本上还处于初期阶段，熔体纺丝装置按照材料塑化方式的不同分为电加热或直接加热以及激光、红外等间接加热。采用直接加热的方式容易导致加热电路或金属元件同高压电极的击穿问题，因此目前绝大多数研究者采用间接加热的实验装置。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明提供一种用于熔体静电纺丝的电流体喷头装置，采用直接加热方式，加热快速均匀，设备简单，且避免了加热电路或金属元件同高压电极的击穿问题。
一种用于熔体静电纺丝的电流体喷头装置，包括料筒、氧化铝陶瓷管、加热块、隔热侧板、隔热盖板、锥形喷嘴；料筒套放于氧化铝陶瓷管内，氧化铝陶瓷管的外围安放有加热块；加热块的外侧加装隔热侧板，料筒、氧化铝陶瓷管和加热块的上端加装隔热盖板；料筒的下端开口连接喷嘴，料筒的上端开口作为供气口。
进一步，还包括均匀分布于加热块内部的多个加热棒。
进一步，还包括均匀分布于加热块内部的多个温度传感器。
进一步，还包括适配器和管接头，所述供气口通过适配器连接管接头。
进一步，还包括安放于供气口与适配器相接处的密封圈。
进一步，还包括用于锁紧喷嘴的喷嘴压套。
进一步，所述适配器、隔热盖板、隔热侧板均为聚酰亚胺PI材料；所述密封圈采用全氟醚材料的O型圈；所述加热块采用紫铜制作；所述料筒材料采用45号钢且表面镀铬处理。
进一步，所述喷嘴与料筒之间采用鲁尔接口进行连接。
进一步，所述适配器采用C型结构，所述喷嘴采用锥形喷嘴。
进一步，所述加热块顶部开有凹槽，以将加热棒和温度传感器的导线连接到外部。
总体而言，本发明与已有技术相比，主要有以下有益技术效果：
本发明喷头中设有加热装置。用于溶液电纺丝时通过加热改变材料的粘度以便获得所需喷印性能的流体；也可通过加热将固态聚合物或金属加热至熔融状态以实现熔体静电纺丝。加热快速均匀，喷头温度调节方便。通过均匀布置加热棒和传感器实现料筒均匀、快速加热。所述料筒和加热块之间采用氧化铝陶瓷管隔开，保证加热块热量能够快速传递到料筒的同时保证加热块和料筒之间绝缘不导电。
本发明装置简单且操作安全。相比于间接加热，本装置采用直接加热,设备简单，设计中引入绝缘陶瓷结构避免了电击穿问题。本发明可以喷印聚合物、金属等构成的溶液及聚合物、金属熔体，适用的喷印材料广泛。
附图说明
图1是本发明实施例中料筒加热装置的三维总体图；
图2是本发明实施例中料筒加热装置的正视图；
图3是本发明实施例中加热装置的正面剖视图；
图4是本发明实施例中加热装置的俯视剖视图；
图5是本发明实施例中熔体静电纺丝的供墨原理图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-管接头，2-适配器，3-密封圈，4-隔热盖板，5-隔热侧板，6-加热块，7-氧化铝陶瓷管，8-喷嘴压套，9-锥形喷嘴，10-料筒，11-温度传感器，12-隔热前板，13-隔热后板，14-加热棒，15-圆柱销。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1-4示出了本发明熔体静电纺丝的较佳实施方式。料筒10套放于氧化铝陶瓷管7内，氧化铝陶瓷管7的外围安放有加热块6；加热块6的外侧加装隔热侧板5，料筒10、氧化铝陶瓷管7和加热块6的上端加装隔热盖板4；料筒10的下端开口连接锥形喷嘴9，料筒10的上端开口作为供气口。料筒10用于存放溶液或熔体，通过加热块对其进行加热来使溶液和熔体升温或熔化为液态，然后通过锥形喷嘴将聚合物、金属熔体进行喷印。氧化铝陶瓷管7位于料筒10的外围，其导热性能好，同时绝缘的特性能起到很好的导热和绝缘的效果；加热块6位于氧化铝陶瓷管的外围，其导热系数极高，能够被快速加热，并将热量传导给料筒10。隔热侧板位于加热块的前后左右四周，用于隔绝加热块与四周空气，隔热盖板用于隔绝下方热气扩散到上方来。锥形喷嘴9可通过喷嘴压套8安装于料筒10的下端，溶液或熔体从锥形喷嘴处喷出。
供气口通过适配器2连接管接头1，供气口与适配器2相接处安装有密封圈3。管接头1用于在喷墨纺丝过程中提供连接气管供气给料筒；适配器2用于连接管接头和锁紧料筒；密封圈3用于密封料筒，防止适配器和料筒连接处漏气。
还可在加热块内部增设加热棒，数量有多个，并均匀分布，能够快速均匀的加热块。以及在加热块内部增设温度传感器，数量有多个，并均匀分布，能够准确检测出加热块内部各个位置的温度，通过传感器反馈温度数据，对加热效果进行实时监控，保证料筒内温度的精度，提高喷印到基板上的打印效果。
适配器、隔热盖板、隔热侧板、隔热前板、隔热后板均为聚酰亚胺PI材料，该材料隔热、耐高温，可防止使用过程中产生热交换降低熔融销量，同时防止人员烫伤。
适配器采用C型结构，能够快速锁紧并密封料筒。
所述圆柱销通过过盈配合安装于所述隔热盖板对应的两个安装孔中，并与适配器对应的孔形成间隙配合，三者共同作用对所述料筒起到定位的作用。
所述加热块6采用紫铜制作，其热传导系数高，能够快速加热并将温度传递给料筒。
所述加热块6顶部开有凹槽，可以将加热棒和温度传感器的导线连接到外部。
所述隔热盖板4、隔热侧板5均为中心挖空设计，由于空气导热系数极低，这样可以很好的阻止加热块的热量传导到外围。
所述密封圈3采用全氟醚材料的O型圈，能够承受300度以上的高温。
所述料筒10材料采用具有良好导热和导电性的45号钢且表面镀铬处理增强其耐腐性。
所述喷嘴9采用金属不锈钢锥形针头，流道短不易堵塞喷嘴，喷嘴与料筒采用鲁尔接口进行连接，以方便拆卸和更换喷嘴，喷嘴压套采用具有较好导热和导电性能的黄铜材料组成，以增大喷嘴处的传热量。
所述喷嘴牙套8与所述的料筒10通过螺纹进行连接，防止在较大气压作用下喷嘴与料筒出现脱落。
图2是本发明实施例中整体的正面结构示意图，在工作前，将连为一体的管接头1、适配器2、料筒10、锥形喷嘴9、喷嘴压套8一起插入氧化铝陶瓷管7，然后通过圆柱销进行定位，保证料筒不会进行圆周方向旋转移动。
图3是本发明实施例中熔体静电纺丝的纵向剖视图，内部料筒10与加热块6通过氧化铝陶瓷管7隔开，避免了电击穿问题，同时加热块与大气通过隔热板隔开，避免对操作员的无意烫伤。
图4是本发明实施例中熔体静电纺丝的横向剖视图，内部加热棒与温度传感器均匀布置，可以实现料筒均匀、快速、精准的加热。
本发明装置利用电流体动力喷印原理在纺丝上的应用，实现了溶液和熔体静电纺丝制备纤维。图5是本发明实施例中熔体静电纺丝的工作原理，加热料筒内的熔融喷印材料，通过高压电和气压共同作用下降喷印材料打印到基板表面。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于熔体静电纺丝的电流体喷头装置，其特征在于，包括料筒(10)、氧化铝陶瓷管(7)、加热块(6)、隔热侧板(5)、隔热盖板(4)和锥形喷嘴(9)；料筒(10)套放于氧化铝陶瓷管(7)内，氧化铝陶瓷管(7)的外围安放有加热块(6)；加热块(6)的外侧加装隔热侧板(5)，料筒(10)、氧化铝陶瓷管(7)和加热块(6)的上端加装隔热盖板(4)；料筒(10)的下端开口连接喷嘴(9)，料筒(10)的上端开口作为供气口。
2.根据权利要求1所述的用于熔体静电纺丝的电流体喷头装置，其特征在于，还包括均匀分布于加热块内部的多个加热棒。
3.根据权利要求1所述的用于熔体静电纺丝的电流体喷头装置，其特征在于，还包括均匀分布于加热块内部的多个温度传感器。
4.根据权利要求1或2或3所述的用于熔体静电纺丝的电流体喷头装置，其特征在于，还包括适配器(2)和管接头(1)，所述供气口通过适配器(2)连接管接头(1)。
5.根据权利要求4所述的用于熔体静电纺丝的电流体喷头装置，其特征在于，还包括安放于供气口与适配器2相接处的密封圈3。
6.根据权利要求1或2或3所述的用于熔体静电纺丝的电流体喷头装置，其特征在于，还包括用于锁紧喷嘴(9)的喷嘴压套(8)。
7.根据权利要求5所述的用于熔体静电纺丝的电流体喷头装置，其特征在于，所述适配器(2)、隔热盖板(4)、隔热侧板(5)均为聚酰亚胺PI材料；所述密封圈采用全氟醚材料的O型圈；所述加热块采用紫铜制作；所述料筒材料采用45号钢且表面镀铬处理。
8.如据权利要求1或2或3所述的用于熔体静电纺丝的电流体喷头装置，其特征在于，所述喷嘴(9)与料筒(10)之间采用鲁尔接口进行连接。
9.根据权利要求1或2或3所述的用于熔体静电纺丝的电流体喷头装置，其特征在于，所述适配器采用C型结构，所述喷嘴(9)采用锥形喷嘴。
10.根据权利要求1或2或3所述的用于熔体静电纺丝的电流体喷头装置，其特征在于，所述加热块(6)顶部开有凹槽，以将加热棒和温度传感器的导线连接到外部。
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