CN110079878A - 一种静电纺丝喷头及静电纺丝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种静电纺丝喷头及静电纺丝装置，静电纺丝喷头包括：用于盛放熔体纺丝材料的料筒；设置在料筒底部的第一喷嘴；设置在料筒顶部的开口；设置在料筒的外围、用于在第一喷嘴喷射熔体纺丝材料时对第一喷嘴的喷射区域内的环境温度进行控制的温控装置。本申请公开的上述技术方案，在静电纺丝喷头所包含的料筒外围设置温控装置，通过温控装置在第一喷嘴喷射熔体纺丝材料时对第一喷嘴喷射区域内的环境温度进行控制，以降低环境温度对熔体纺丝材料的影响，因此，相对于将整个静电纺丝装置放置在封闭空间中进行温度控制而言，可以缩小在对纺丝材料周围的环境温度进行控制时所占据的体积，并可以降低对纺丝材料周围的环境温度进行控制时的能耗。
Description
技术领域
本发明涉及静电纺丝技术领域，更具体地说，涉及一种静电纺丝喷头及静电纺丝装置。
背景技术
静电纺丝是一种利用聚合物溶液或熔体在强电场作用下形成喷射流进行纺丝加工的工艺。近年来，静电纺丝作为一种可制备超精细纤维的新型加工工艺已经引起人们的广泛关注。
在熔体静电纺丝的过程中，静电纺丝喷头所喷射出的熔点比较高的熔体状的纺丝材料会因与其周围的环境温度相差较大而快速冷却下来，冷却下来的纺丝材料的流动性会大大降低，最终会导致无法正常制备出该纺丝材料特定的纳米纤维结构。另外，在同轴纺中，若静电纺丝喷头所喷射出的熔体状的纺丝材料的熔点与其周围的环境温度相差不大，则纺丝材料不能在喷射后快速冷却成型，此时，同轴纺丝喷头所喷射出的两种或多种纺丝材料则会发生相互渗透而混合在一起，最终会对所制备出的同轴纳米纤维的质量造成影响。因此，则需要对纺丝材料周围的环境温度进行控制，以降低其对纺丝材料的影响。
目前，为了降低环境温度对纺丝材料的影响，现有做法是将整个静电纺丝装置放置在一个封闭的空间内，并在该封闭的空间内安装控温装置，通过控温装置对封闭空间内的温度进行控制，以降低环境温度对纺丝材料的影响。但是，由于需要将整个静电纺丝装置放置在一个封闭的空间内，因此，则会导致整个装置的体积比较大，而且由于需要控温装置对整个封闭空间内的温度进行控制和维持，因此，则会增大能耗。
综上所述，如何缩小在对纺丝材料周围的环境温度进行控制时所占据的体积，并降低对纺丝材料周围的环境温度进行控制时的能耗，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种静电纺丝喷头及静电纺丝装置，以缩小在对纺丝材料周围的环境温度进行控制时所占据的体积，并降低对纺丝材料周围的环境温度进行控制时的能耗。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种静电纺丝喷头，包括：
用于盛放熔体纺丝材料的料筒；
设置在所述料筒底部的第一喷嘴；
设置在所述料筒顶部的开口；
设置在所述料筒的外围、用于在所述第一喷嘴喷射所述熔体纺丝材料时对所述第一喷嘴的喷射区域内的环境温度进行控制的温控装置。
优选的，所述温控装置包括：
与所述料筒形成空腔的外壳；
设置在所述外壳上、用于供具有预定温度的辅助气流进入所述空腔的进气口；
设置在所述外壳的底部、用于供进入所述空腔内的所述辅助气流喷出的第二喷嘴。
优选的，所述料筒从外侧至内侧依次包括第一耐热金属层、第一隔热层、第二耐热金属层。
优选的，所述外壳从外侧至内侧依次包括第三耐热金属层、第二隔热层、第四耐热金属层。
优选的，所述第二喷嘴位于所述第一喷嘴的上方，且所述第二喷嘴的口径大于所述第一喷嘴的口径。
优选的，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴均为锥形喷嘴。
优选的，所述温控装置为温控仪。
优选的，还包括：
设置在所述料筒顶部的盖板；
设置在所述盖板底部、通过所述料筒顶部的所述开口插入所述料筒内部的加热件。
优选的，所述加热件为加热棒、加热管或加热丝。
一种静电纺丝装置，包括如上述任一项所述的静电纺丝喷头。
本发明提供了一种静电纺丝喷头及静电纺丝装置，其中，该静电纺丝喷头包括：用于盛放熔体纺丝材料的料筒；设置在料筒底部的第一喷嘴；设置在料筒顶部的开口；设置在料筒的外围、用于在第一喷嘴喷射熔体纺丝材料时对第一喷嘴的喷射区域内的环境温度进行控制的温控装置。
本申请公开的上述技术方案，在静电纺丝喷头所包含的用于盛放熔体纺丝材料的料筒外围设置温控装置，通过温控装置在第一喷嘴喷射熔体纺丝材料时对第一喷嘴喷射区域内的环境温度进行控制，以降低环境温度对熔体纺丝材料的影响。由于本申请是将温控装置集成在静电纺丝喷头上，因此，相对于将整个静电纺丝装置放置在一个封闭空间中进行温度控制而言，则可以缩小在对纺丝材料周围的环境温度进行控制时所占据的体积，并可以降低对纺丝材料周围的环境温度进行控制时的能耗。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种静电纺丝喷头的剖面图；
图2为本发明实施例提供的一种静电纺丝喷头的拆解图；
图3为本发明实施例提供的料筒的剖面示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种静电纺丝喷头的拆解示意图；
图5为本发明实施例提供的带有盖板的静电纺丝喷头的组装示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1和图2，其中，图1示出了本发明实施例提供的一种静电纺丝喷头的剖面图，图2示出了本发明实施例提供的一种静电纺丝喷头的拆解图。本发明实施例提供的一种静电纺丝喷头，可以包括：
用于盛放熔体纺丝材料的料筒1；
设置在料筒1底部的第一喷嘴2；
设置在料筒1顶部的开口3；
设置在料筒1的外围、用于在第一喷嘴2喷射熔体纺丝材料时对第一喷嘴2的喷射区域内的环境温度进行控制的温控装置4。
静电纺丝喷头可以料筒1和温控装置4。
其中，料筒1用于盛放熔体纺丝材料，料筒1的顶部设置有开口3，通过该开口3可以向料筒1内输送纺丝材料，另外，通过该开口3还可以为料筒1内的熔体纺丝材料提供气压，以使料筒1内的熔体纺丝材料可以高效、顺序地喷出。料筒1的底部设置有第一喷嘴2，其用于供盛放在料筒1内部的熔体纺丝材料从该第一喷嘴2内喷出，以用于形成纤维结构。需要说明的是，向料筒1内输送的纺丝材料具体可以为呈熔体状的熔体纺丝材料，以使该熔体纺丝材料可以直接从第一喷嘴2喷出，当然，也可以为未呈熔体状的纺丝材料，其中，未呈熔体状的纺丝材料可以在经过加工之后变为熔体状的熔体纺丝材料。
温控装置4设置在料筒1的外围，其用于在第一喷嘴2喷射熔体纺丝材料时对第一喷嘴2的喷射区域内的环境温度进行控制，即用于对熔体纺丝材料周围的环境温度进行控制。具体地，若需要保证熔体纺丝材料离开第一喷嘴2之后仍具有较高的流动性，则可以通过温控装置4提高第一喷嘴2的喷射区域内的环境温度，具体可以使第一喷嘴2的喷射区域内的环境温度与熔体纺丝材料本身的温度相接近，以防止熔体纺丝材料在离开第一喷嘴2之后因与环境温度相差比较大而冷却下来，从而制备出该熔体纺丝材料特定的纳米纤维结构；对于同轴纺而言，若需要保证熔体纺丝材料离开第一喷嘴2之后能够快速冷却下来，则可以通过温控装置4降低第一喷嘴2的喷射区域内的环境温度，以使熔体纺丝材料在离开第一喷嘴2之后可以快速冷却成型，从而避免两种或多种纺丝材料之间发生相互渗透，以提高最终所制备出的同轴纳米纤维的质量。
也就是说，通过在料筒1外围设置温控装置4而将对熔体纺丝材料周围的环境温度的控制集成在静电纺丝喷头上，以实现将对熔体纺丝材料周围的环境温度的控制集成在有效的空间内(即集成在第一喷嘴2的喷射区域内)，从而实现有效的环境温度控制，而且相对于将整个静电纺丝装置放置在一个封闭的空间内实现温度而言，由于本申请是将温控装置4集成在静电纺丝喷头上而实现温度控制的，因此，则可以缩小体积，降低能耗，并可以降低温控成本。
本申请公开的上述技术方案，在静电纺丝喷头所包含的用于盛放熔体纺丝材料的料筒外围设置温控装置，通过温控装置在第一喷嘴喷射熔体纺丝材料时对第一喷嘴喷射区域内的环境温度进行控制，以降低环境温度对熔体纺丝材料的影响。由于本申请是将温控装置集成在静电纺丝喷头上，因此，相对于将整个静电纺丝装置放置在一个封闭空间中进行温度控制而言，则可以缩小在对纺丝材料周围的环境温度进行控制时所占据的体积，并可以降低对纺丝材料周围的环境温度进行控制时的能耗。
本发明实施例提供的一种静电纺丝喷头，温控装置4可以包括：
与料筒1形成空腔的外壳41；
设置在外壳41上、用于供具有预定温度的辅助气流进入空腔的进气口42；
设置在外壳41的底部、用于供进入空腔内的辅助气流喷出的第二喷嘴43。
集成在静电纺丝喷头上且用于对第一喷嘴2的喷射区域内的环境温度进行控制的温控装置4可以包括设置在料筒1外围且与料筒1之间形成空腔的外壳41、设置在外壳41上的进气口42、设置在外壳41底部且位于第一喷嘴2的外围的第二喷嘴43。
其中，进气口42可以设置在外壳41侧壁的顶端(如图1和图2所示)或者可以设置在外壳41侧壁的中间位置，而且所设置的进气口42的数量可以为两个或者其他数量个，以使具有预定温度的辅助气流可以通过该进气口42进入到外壳41和料筒1所形成的空腔内，并可以通过外壳41上所设置的第二喷嘴43喷出到第一喷嘴2的喷射区域内，以利用具有预定温度的辅助气流对第一喷嘴2所喷射的熔体纺丝材料周围的环境温度进行控制。
其中，辅助气流可以由外部供气源来向进气口42进行提供，而且辅助气流的预定温度可以由外部供气源根据熔体纺丝材料对环境温度的要求而进行控制。
另外，需要说明的是，具有预定温度的辅助气流具体可以为空气或者惰性气体等，以避免与熔体纺丝材料发生反应，从而尽量避免对熔体纺丝材料的性能造成影响。
参见图3，其示出了本发明实施例提供的料筒的剖面示意图。本发明实施例提供的一种静电纺丝喷头，料筒1从外侧至内侧依次可以包括第一耐热金属层11、第一隔热层12、第二耐热金属层13。
料筒1可以由位于外侧的第一耐热金属层11、位于内侧的第二耐热金属层13以及位于外侧和内侧之间的第一隔热层12构成，其中，第一耐热金属层11和第二耐热金属层13可以为不锈钢层等。
通过第一耐热金属层11、第一隔热层12和第二耐热金属层13将位于料筒1内的熔体纺丝材料与位于空腔内的具有预定温度的辅助气流完全隔离开，以避免熔体纺丝材料和辅助气流之间发生热交换，从而避免熔体纺丝材料的温度和辅助气流的温度之间因相互影响而发生变化，进而提高最终所制备出的纳米纤维结构的质量，并提高辅助气流的温控效果。
本发明实施例提供的一种静电纺丝喷头，外壳41从外侧至内侧依次可以包括第三耐热金属层、第二隔热层、第四耐热金属层。
外壳41从外侧至内侧依次可以包括第三耐热金属层、第二隔热层、第四耐热金属层，其中，第三耐热金属层和第四耐热金属层也可以为不锈钢等，即外壳41的结构可以与料筒1的结构相类似。
将外壳41设置为上述结构可以将位于空腔内的辅助气流与位于外壳41外的空气隔离开，以避免辅助气流与外部空气之间发生热交换，从而避免辅助气流的温度因外部空气的影响而发生变化，进而提高辅助气流的温控效果。
本发明实施例提供的一种静电纺丝喷头，第二喷嘴43可以位于第一喷嘴2的上方，且第二喷嘴43的口径大于第一喷嘴2的口径。
参见图1，其中，第二喷嘴43可以位于第一喷嘴2的上方，并且第二喷嘴43的口径(即喷嘴端部的直径)可以大于第一喷嘴2的口径，以使从第二喷嘴43喷射出的辅助气流的温控范围可以囊括第一喷嘴2所喷射出的纺丝材料的喷出区域和沉积区域，从而使得辅助气流可以更好地对第一喷嘴2喷射区域内的环境温度进行控制。
本发明实施例提供的一种静电纺丝喷头，第一喷嘴2和第二喷嘴43均可以为锥形喷嘴。
设置在料筒1底部的第一喷嘴2、设置在外壳41底部的第二喷嘴43均可以为锥形喷嘴，以通过锥形喷嘴更好地喷射出熔体纺丝材料和辅助气流。
本发明实施例提供的一种静电纺丝喷头，温控装置4可以为温控仪。
设置在料筒1外围的温控装置4还可以为温控仪，以通过温控仪在第一喷嘴2喷射熔体纺丝材料时对第一喷嘴2喷射区域内的环境温度进行控制，从而减少环境温度对熔体纺丝材料的影响。
参见图4和图5，其中，图4示出了本发明实施例提供的另一种静电纺丝喷头的拆解示意图，图5示出了本发明实施例提供的带有盖板的静电纺丝喷头的组装示意图。本发明实施例提供的一种静电纺丝喷头，还可以包括：
设置在料筒1顶部的盖板6；
设置在盖板6底部、通过料筒1顶部的开口3插入料筒1内部的加热件。
静电纺丝喷头还可以包括设置在料筒1顶部的盖板6、设置在盖板6底部且通过料筒1顶部的开口3插入料筒1内部的加热件7。
其中，盖板6的顶部可以设置有盖板开口，该盖板开口可以供纺丝材料从此处送入到料筒1内部，并可以通过此盖板开口为料筒1内的熔体纺丝材料提供气压，盖板6则可以起到遮挡的作用，以防止外界尘埃等污染物对料筒1内的熔体纺丝材料造成影响。
位于盖板6底部的加热件7则可以对送入到料筒1内部的未呈熔体态的纺丝材料进行加热，以使其可以变为熔体状的熔体纺丝材料。通过加热件7对纺丝材料进行加热，以使其变为熔体纺丝材料的方式可以提高纺丝材料输送的便利性，而且可以减少熔体纺丝材料在输送过程中发生的能量损失，从而提高最终所制备出的纳米纤维结构的质量。
本发明实施例提供的一种静电纺丝喷头，加热件7可以为加热棒、加热管或加热丝。
设置在盖板6底部的加热件7具体可以为加热棒、加热管、加热丝中的任意一种，以实现对纺丝材料的加热，从而使其变为熔体纺丝材料。
本发明实施例还提供了一种静电纺丝装置，可以包括如上述任一种静电纺丝喷头。
由于上述任一种静电纺丝喷头均集成有对熔体纺丝材料周围的环境温度进行控制的功能，因此，在将上述任一种静电纺丝喷头应用在静电纺丝装置中，则无需将整个静电纺丝装置放置在一个封闭的空间中而进行温度控制，从而则可以降低对纺丝材料周围的环境温度进行控制时所占据的体积，并可以降低对纺丝材料周围的环境温度进行控制时的能耗。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本发明实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域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 (10)
1.一种静电纺丝喷头，其特征在于，包括：
用于盛放熔体纺丝材料的料筒；
设置在所述料筒底部的第一喷嘴；
设置在所述料筒顶部的开口；
设置在所述料筒的外围、用于在所述第一喷嘴喷射所述熔体纺丝材料时对所述第一喷嘴的喷射区域内的环境温度进行控制的温控装置。
2.根据权利要求1所述的静电纺丝喷头，其特征在于，所述温控装置包括：
与所述料筒形成空腔的外壳；
设置在所述外壳上、用于供具有预定温度的辅助气流进入所述空腔的进气口；
设置在所述外壳的底部、用于供进入所述空腔内的所述辅助气流喷出的第二喷嘴。
3.根据权利要求2所述的静电纺丝喷头，其特征在于，所述料筒从外侧至内侧依次包括第一耐热金属层、第一隔热层、第二耐热金属层。
4.根据权利要求2所述的静电纺丝喷头，其特征在于，所述外壳从外侧至内侧依次包括第三耐热金属层、第二隔热层、第四耐热金属层。
5.根据权利要求2所述的静电纺丝喷头，其特征在于，所述第二喷嘴位于所述第一喷嘴的上方，且所述第二喷嘴的口径大于所述第一喷嘴的口径。
6.根据权利要求5所述的静电纺丝喷头，其特征在于，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴均为锥形喷嘴。
7.根据权利要求1所述的静电纺丝喷头，其特征在于，所述温控装置为温控仪。
8.根据权利要求1至7任一项所述的静电纺丝喷头，其特征在于，还包括：
设置在所述料筒顶部的盖板；
设置在所述盖板底部、通过所述料筒顶部的所述开口插入所述料筒内部的加热件。
9.根据权利要求8所述的静电纺丝喷头，其特征在于，所述加热件为加热棒、加热管或加热丝。
10.一种静电纺丝装置，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的静电纺丝喷头。
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