CN111515070A - 一种静电气喷雾热固化制备薄膜的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静电气喷雾热固化制备薄膜的方法及装置，装置包括运动支架平台、静电雾化辅助系统、供液系统。所述运动支架平台包括基座平台、支撑架、横梁、环电极调整机构、升降台。所述静电雾化辅助系统包括高压静电发生器、电热板、金属接收板、环电极、静电气喷装置、输气管、电极线、气泵。所述供液系统包括热固化静电混合液、储液罐、蠕动泵、输液管。本发明在气喷雾的前提下添加高压静电辅助，通过较大幅度增加液体流量提高了制备薄膜的效率，同时方法操作简单，对设备的要求较低，降低了制备薄膜的成本。

Description

一种静电气喷雾热固化制备薄膜的方法及装置

技术领域

本发明属于薄膜制备及静电雾化技术领域，涉及一种静电气喷雾热固化制备薄膜的方法及装置。

背景技术

静电喷雾热固化是一种薄膜制备的新方法，它利用高压静电场对带电液滴进行作用，增强了液滴的活性，增强了液滴与基底的结合强度并提高了原材料的利用率，改善了薄膜质量。目前，专利CN107236939A利用静电喷雾热解法制备薄膜，克服了传统喷雾热解法制备薄膜中存在的薄膜与基底结合力差、原材料利用率低等问题，但对设备的要求较高，且静电喷雾为了达到好的雾化效果，要求液体流量较小，这限制了制备薄膜的效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种静电气喷雾热固化制备薄膜的方法及装置。本发明在气喷雾的前提下添加高压静电辅助，通过较大幅度增加液体流量提高了制备薄膜的效率，同时方法操作简单，对设备的要求较低，降低了制备薄膜的成本。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种静电气喷雾热固化制备薄膜的装置，包括运动支架平台、静电雾化辅助系统、供液系统；

所述运动支架平台包括支撑架，支撑架上安装有横梁；横梁下方安装有金属接收板，金属接收板下方安装有电热板，电热板下方连接有升降台；横梁上安装有静电雾化辅助系统，静电雾化辅助系统右侧连接有供液系统；

所述静电雾化辅助系统包括固定在横梁上的静电气喷装置，静电气喷装置的喷口下方安装有环电极，环电极连接有环电极调整机构；静电气喷装置与气泵通过输气管相连；静电气喷装置的喷口处安装有枪帽，环电极通过电极线Ⅰ和高压静电发生器的负极相连，枪帽通过电极线Ⅱ和高压静电发生器的接地极相连；

所述供液系统包括与静电气喷装置连通的输液管；输液管连通有蠕动泵，蠕动泵连通有储液罐，储液罐内盛有热固化静电混合液。

进一步的改进，所述环电极调整机构包括基杆，基杆一端通过球关节杆连接球头杆，球头杆与环电极相连；基杆另一端通过紧固螺钉连接有基座，基座固定在支撑架上。

进一步的改进，所述支撑架底部固定有基座平台。

进一步的改进，所述静电气喷装置包括枪体，枪体通过枪盖连接有枪帽，枪帽内安装有喷嘴；枪帽通过液体通道与输液管直接连通；枪帽通过气体通道连通输气管，气体通道上安装有开关装置。

进一步的改进，所述开关装置包括连接套筒，连接套筒与枪体间的空间内安装有相配合设置的上按键、导向筋条和下按键；上按键连接有过渡杆，过渡杆连接有按钮，配合过渡杆安装有密封圈；下按键连接有气塞杆，气塞杆连接有弹簧，弹簧连接有固定在连接套筒上的气阀过渡件。所述开关装置的工作原理是：非工作状态时，导向筋条与下按键处于相配合的位置，当按下按钮后，所述开关装置内会实现按钮到过渡杆再到上按键最后到下按键的传动，当下按键到达极限位置时，会在弹簧的作用力下旋转一定角度，直到下按键被导向筋条卡住，气塞杆被推开，从而在连接套筒和下按键间形成间隙，接通气泵；再次按下按钮，经过同样的传动后，上按键将下按键往前推动，推动一定距离时，下按键在弹簧的作用力下再次旋转一定角度之后回到与导向筋条相配合的位置，气塞杆顶住连接套筒中的通道，从而与气泵断开。

一种静电气喷雾热固化制备薄膜的方法，包括如下步骤：

步骤一、将静电气喷装置安装于横梁上，将环电极调整机构安装于支撑架上，将环电极安装于环电极调整机构上，调节环电极调整机构使环电极与静电气喷装置同轴，通过调节升降台来调节金属接收板与环电极的距离；

步骤二、将高压静电发生器与静电气喷装置连接，其中负极与枪帽连接，接地极与环电极连接；

步骤三、将静电气喷装置的气体通道通过输气管与气泵连接，启动气泵；

步骤四、将热固化静电混合液搅拌均匀后加入储液罐中，将输液管安装到蠕动泵上，并将输液管的一端浸入储液罐里的热固化静电混合液，另一端与静电气喷装置的液体通道连接；

步骤五、启动电热板，调节至预设的加热温度；

步骤六、按下静电气喷装置的开关装置的按钮，接通气体通道；

步骤七、启动高压静电发生器，启动蠕动泵，将热固化静电混合液通过蠕动泵注入静电气喷装置的液体通道内，混合液以设定的流量从静电气喷装置的喷嘴喷出，在高压静电辅助作用下，将液滴更加均匀的喷射在接收板上；

步骤八、通过控制喷射时间，得到预设的不同厚度的薄膜；

步骤九、关闭蠕动泵；再次按下静电气喷装置的开关装置的按钮，断开气体通道；关闭气泵，关闭高压静电发生器，关闭电热板。

进一步的改进，所述电热板为铸铁加热板，最高加热温度为350℃。

进一步的改进，所述喷嘴内径为0.2mm～1mm；所述环电极为金属圆环，内径为20mm～40mm；所述金属接收板的直径为50mm～200mm。

进一步的改进，所述蠕动泵为小型蠕动泵，流量范围为0～80ml/min；所述气泵为小型气泵，调压范围为0～0.4MPa；所述高压静电发生器产生的电压为负高压，电压调节范围为-30KV～0KV；

本发明的优点及有益效果是：所述的一种静电气喷雾热固化制备薄膜的方法，操作简单，对实验设备的要求较低。此外，在高压静电的辅助作用下，液滴由于受到电场力作用，从喷嘴喷出时可以减小液滴的漂移和增大喷射的雾化角，从而提高液滴分布的均匀性，改善系统的雾化效果，这将提升所制备薄膜的性能。此外，本方法可用于制备多种功能性薄膜，适用性广。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

附图说明

图1是本发明的实施例的整体结构示意图；

图2是本发明所述环电极调整机构结构示意图；

图3是本发明所述静电气喷装置结构示意图；

图4是本发明所述开关装置工作示意图；

其中：

1—运动支架平台

101—基座平台，102—支撑架，103—横梁，104—环电极调整机构，105—升降台；10401—基座，10402—紧固螺钉，10403—基杆，10404—球关节杆，10405—球头杆；

2—静电雾化辅助系统

201—高压静电发生器，202—电热板，203—金属接收板，204—薄膜，205—雾化液滴，206—环电极，207—静电气喷装置，208—输气管，209—电极线Ⅰ，210—电极线Ⅱ，211—气泵，20701—枪帽，20702—枪盖，20703—液体通道，20704—枪体，20705—开关装置，20706—安装环，20707—气体通道，20708—喷嘴，2070501—按钮，2070502—过渡杆，2070503—密封圈，2070504—上按键，2070505—导向筋条，2070506—下按键，2070507—连接套筒，2070508—气塞杆，2070509—弹簧，2070510—气阀过渡件；

3—供液系统

301—热固化静电混合液，302—储液罐，303—蠕动泵，304—输液管。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

所述一种静电气喷雾热固化制备薄膜的方法，包括运动支架平台1、静电雾化辅助系统2、供液系统3。所述运动支架平台1包括基座平台101、支撑架102、横梁103、环电极调整机构104、升降台105。所述支撑架102上安装有横梁103和环电极调整机构104，所述横梁103和环电极调整机构104可以沿着滑轨上下平移。所述环电极调整机构104由基座10401、紧固螺钉10402、基杆10403、球关节杆10404、球头杆10405构成。所述环电极调整机构104的球关节杆10404可沿基杆10403平移。所述环电极调整机构104的球头杆10405可以绕球关节杆10404旋转。所述升降台105放置在基座平台101的后侧，位于静电气喷装置207下方，上面放置金属接收板203。所述静电雾化辅助系统2包括高压静电发生器201、电热板202、金属接收板203、环电极206、静电气喷装置207、输气管208、电极线Ⅰ209、电极线Ⅱ210、气泵211。所述环电极206为金属圆环，优选为铜环，直径优选为30mm。所述静电气喷装置207安装在横梁103中部，与环电极206的间距优选为7mm。所述静电气喷装置207由枪帽20701、枪盖20702、液体通道20703、枪体20704、开关装置20705、安装环20706、气体通道20707、喷嘴20708构成。所述喷嘴20708为金属制品，内径优选为0.3mm。所述开关装置20705由按钮2070501、过渡杆2070502、密封圈2070503、上按键2070504、导向筋条2070505、下按键2070506、连接套筒2070507、气塞杆2070508、弹簧2070509、气阀过渡件2070510构成。所述上按键2070504可做平移运动，所述导向筋条2070505固定在枪体20704的内腔，所述下按键2070504可做平移和旋转运动。所述高压静电发生器201放置在基座平台101上的左侧，其负极与枪帽20701通过电极线Ⅰ209相连接，接地极与环电极206通过电极线Ⅱ210相连接，电压优选为-7KV。所述金属接收板203的直径优选为100mm。所述气泵211放置在基座平台101旁的左侧，气压优选为0.3MPa。所述供液系统3由热固化静电混合液301、储液罐302、蠕动泵303、输液管304构成。所述储液罐302为玻璃容器，其容积为2L，其中盛有热固化静电混合液301。所述蠕动泵303放置在基座平台101上的右侧，其上安装有输液管304，流量优选为50ml/min。热固化静电混合液301按每1000ml二氯甲烷溶液中加入1000g的PDMS比例配置而成。

所述的一种静电气喷雾热固化制备薄膜的方法，其特征在于，制备方法包括如下步骤：

步骤一、将静电气喷装置207安装于横梁103上，将环电极206安装于环电极调整机构104内，调节环电极调整机构104使环电极206位于静电气喷装置207正下方，通过调节升降台105调节金属接收板203与环电极206的距离为7mm；

步骤二、将高压静电发生器201与静电气喷装置207连接，其中负极与枪帽20701通过所述电极线Ⅰ209连接，接地极与环电极206通过电极线Ⅱ210连接；

步骤三、将静电气喷装置207的气体通道20707通过输气管208与气泵211连接，启动气泵211；

步骤四、将热固化静电混合液301搅拌均匀后加入储液罐302中，将输液管304安装到蠕动泵303上，并将输液管304的一端浸入储液罐302里的热固化静电混合液301，另一端与静电气喷装置207的液体通道20703连接；

步骤五、打开静电气喷装置207的开关装置20705，接通气体通道20707；

步骤六、启动电热板202，调节加热温度为300℃，加热3分钟；

步骤七、启动高压静电发生器201，启动蠕动泵303，将热固化静电混合液301通过蠕动泵303注入静电气喷装置207的液体通道20703内，热固化静电混合液301以一定的流量从静电气喷装置207的喷嘴20708喷出，在高压静电辅助作用下，将雾化液滴205更加均匀的喷射在金属接收板203上，从而形成薄膜204；

步骤八、通过这种方法控制喷射时间，可得到厚度不同的PDMS超疏水薄膜；

步骤九、关闭蠕动泵303；再次按下静电气喷装置207的开关装置20705的按钮2070501，断开气体通道20707；关闭气泵211，关闭高压静电发生器201，关闭电热板202。

上述实施例阐明的内容应当理解为该实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (9)

1.一种静电气喷雾热固化制备薄膜的装置，其特征在于，包括运动支架平台、静电雾化辅助系统、供液系统；

所述运动支架平台包括支撑架，支撑架上安装有横梁；横梁下方安装有金属接收板，金属接收板下方安装有电热板，电热板下方连接有升降台；横梁上安装有静电雾化辅助系统，静电雾化辅助系统右侧连接有供液系统；

所述静电雾化辅助系统包括固定在横梁上的静电气喷装置，静电气喷装置的喷口下方安装有环电极，环电极连接有环电极调整机构；静电气喷装置与气泵通过输气管相连；静电气喷装置的喷口处安装有枪帽，环电极通过电极线Ⅰ和高压静电发生器的负极相连，枪帽通过电极线Ⅱ和高压静电发生器的接地极相连；

所述供液系统包括与静电气喷装置连通的输液管；输液管连通有蠕动泵，蠕动泵连通有储液罐，储液罐内盛有热固化静电混合液。

2.如权利要求1所述的静电气喷雾热固化制备薄膜的装置，其特征在于，所述环电极调整机构包括基杆，基杆一端通过球关节杆连接球头杆，球头杆与环电极相连；基杆另一端通过紧固螺钉连接有基座，基座固定在支撑架上。

3.如权利要求1所述的静电气喷雾热固化制备薄膜的装置，其特征在于，所述支撑架底部固定有基座平台。

4.如权利要求1所述的静电气喷雾热固化制备薄膜的装置，其特征在于，所述静电气喷装置包括枪体，枪体通过枪盖连接有枪帽，枪帽上安装有喷嘴；枪帽通过液体通道与输液管直接连通；枪帽通过气体通道连通输气管，气体通道上安装有开关装置。

5.如权利要求4所述的静电气喷雾热固化制备薄膜的装置，其特征在于，所述开关装置包括连接套筒，连接套筒与枪体之间的空间内安装有相配合设置的上按键、导向筋条和下按键；上按键连接有过渡杆，过渡杆连接有按钮，配合过渡杆安装有密封圈；下按键连接有气塞杆，气塞杆连接有弹簧，弹簧连接有固定在连接套筒上的气阀过渡件。

6.一种静电气喷雾热固化制备薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将静电气喷装置安装于横梁上，将环电极调整机构安装于支撑架上，将环电极安装于环电极调整机构上，调节环电极调整机构使环电极与静电气喷装置同轴，通过调节升降台来调节金属接收板与环电极的距离；

步骤二、将高压静电发生器与静电气喷装置连接，其中负极与枪帽连接，接地极与环电极连接；

步骤三、将静电气喷装置的气体通道通过输气管与气泵连接，启动气泵；

步骤四、将热固化静电混合液搅拌均匀后加入储液罐中，将输液管安装到蠕动泵上，并将输液管的一端浸入储液罐里的热固化静电混合液，另一端与静电气喷装置的液体通道连接；

步骤五、启动电热板，调节至预设的加热温度；

步骤六、按下静电气喷装置的开关装置的按钮，接通气体通道；

步骤七、启动高压静电发生器，启动蠕动泵，将热固化静电混合液通过蠕动泵注入静电气喷装置的液体通道内，混合液以设定的流量从静电气喷装置喷出，在高压静电辅助作用下，将液滴更加均匀的喷射在接收板上；

步骤八、通过控制喷射时间，得到预设的不同厚度的薄膜；

步骤九、关闭蠕动泵；再次按下静电气喷装置的开关装置的按钮，断开气体通道；关闭气泵，关闭高压静电发生器，关闭电热板。

7.如权利要求6的一种静电气喷雾热固化制备薄膜的方法，其特征在于：所述电热板为铸铁加热板，最高加热温度为350℃。

8.如权利要求6的一种静电气喷雾热固化制备薄膜的方法，其特征在于：所述静电气喷装置的喷嘴内径为0.2mm～1mm；所述环电极为金属圆环，内径为20mm～40mm；所述金属接收板的直径为50mm～200mm。

9.如权利要求6的一种静电气喷雾热固化制备薄膜的方法，其特征在于：所述蠕动泵为小型蠕动泵，流量范围为0～80ml/min；所述气泵为小型气泵，调压范围为0～0.4MPa；所述高压静电发生器产生的电压为负高压，电压调节范围为-30KV～0KV。

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