CN113718349B - 一种基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构及其使用方法，包括储液桶，安装在储液桶顶部的分流盒，分流盒的顶部安装有导流筒；分流盒的中部设有贯穿上下壁面的插筒，分流盒的顶面设有多个出气孔，出气孔与分流盒内部连通，分流盒的侧壁连通设有供气管、用以与外部高压供气设备连通；储液桶的底部连通设有供液管及排液管，且供液管的管径大于排液管的管径；导流筒的内部设有挥发结构，挥发结构的底部贯穿插筒、伸入储液桶的内部，挥发结构的上部为树状结构、且枝条上安装有多个海胆状的喷头；其结构新颖，采用无针头结构，使用方法简单，可防止喷头堵塞的问题，也可有效的增大纺丝溶液的扩散面，提高纺丝纤维的产率和质量。

Description

一种基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构及其使用方法

技术领域

本发明涉及无针静电纺丝纤维领域，更具体的，涉及一种基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构及其使用方法。

背景技术

静电纺丝是高分子射流静电雾化的一种特殊形式，伴随着纳米技术的不断发展，静电纺丝因其可以制备出纳米级的纤维成为当今的研究热点之一。但目前采用静电纺丝技术制备纳米纤维还存在一定的技术难题，产量低，大规模应用难度较大，发展高效率静电纺丝技术成为了解决这一问题的唯一有效途径。其中，发展高效率静电纺丝喷头是提高静电纺丝效率的最为直接有效的技术方案之一。当前，静电纺丝喷头可分为有针头和无针头两类，有针头的静电纺丝喷头由于受到针头数量的限制，往往生产效率低下，且针头在纺丝过程中极易堵塞，因此发展无针头静电纺丝喷头是实现大规模工业化生产的重要研究方向。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构及其使用方法，其结构新颖，采用无针头结构，可有效防止喷头堵塞的问题，且可有效的增大纺丝溶液的扩散面，从而有效提高纺丝纤维的产率和质量。

为达此目的，本发明采用以下的技术方案：

本发明提供了一种基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构，包括储液桶，安装在储液桶顶部的分流盒，分流盒的顶部安装有导流筒；分流盒的中部设有贯穿上下壁面的插筒，分流盒的顶面设有多个出气孔，出气孔与分流盒内部连通，分流盒的侧壁连通设有供气管，用以与外部高压供气设备连通；储液桶的底部连通设有供液管及排液管，且供液管的管径大于排液管的管径；导流筒的内部设有挥发结构，挥发结构的底部贯穿插筒、伸入储液桶的内部，挥发结构的上部为树状结构，且枝条上安装有多个海胆状的喷头。

在本发明较佳的技术方案中，挥发结构包括插杆，插杆的上部侧壁固定设有多条枝干，枝干的侧壁设有多条枝条，形成树状结构，各枝条上均安装有多个海胆状的喷头。

在本发明较佳的技术方案中，插杆的直径与插筒的直径适配，且插杆吸收溶液后膨胀，与所述插筒形成过盈配合。

在本发明较佳的技术方案中，喷头包括球体，固定设于球体外壁的多个锥头，多个锥头以球体的球心为中心，沿球体的球面均匀分布。

在本发明较佳的技术方案中，储液桶的底部内壁对应插筒固定设有支撑筒，支撑筒的内径与插杆的底端直径适配，支撑筒的内壁固定设有凸环，插杆的底端抵持于凸环的顶面，支撑筒的底部侧壁设有通孔，插杆的底端通过凸环进行架空，并经通孔与外部连通。

在本发明较佳的技术方案中，插杆上固定套设有震动环，震动环位于分流盒的上方。

在本发明较佳的技术方案中，分流盒的底面外缘固定设有第一凸管，第一凸管的内壁设有螺纹，储液桶的顶部外径与第一凸管的内径适配，且螺纹连接密封配合；分流盒的顶面外缘固定设有第二凸管，第二凸管的内壁设有螺纹，导流筒的底部外径与第二凸管的内径适配，且螺纹连接密封配合。

本发明还提供了一种基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构的使用方法，包括以下步骤：

S1、高压供气设备经供气管往分流盒内部供入高压气体，高压气体经出气孔往上吹送、形成气流；

S2、增压泵经供液管往储液桶内部供入纺丝溶液，纺丝溶液经排液管回流至储液箱，形成循环的供液，挥发结构吸收储液桶内部的纺丝溶液，并送至顶部经喷头散发；

S3、震动环带动挥发结构进行振动，促使纺丝溶液以小液滴的形式脱离挥发结构，在气流的带动下进一步被牵伸细化，从导流筒的顶部送出。

进一步地，在S1步骤中，往分流盒内部通入的气体流速在0.1L/min~20L/min之间；经出气孔排出的气体流速在0.1L/min~10L/min之间。

进一步地，在S2步骤中，根据储液桶内部安装的气压传感器检测的气压值，通过协调供液管上的第一流量阀及排液管上的第二流量阀，控制储液桶处流入量及流出量的差值，从而控制储液桶内部压力的大小，使气压维持在0.1~0.5Mpa；并且，流入量在100~200ml/h，流出量在50~100ml/h。

本发明的有益效果为：

本发明提供的一种基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构及其使用方法，其结构新颖，包括由下至上依次连接安装配合的储液桶、分流盒、导流筒，以及用于纺丝溶液吸收及散发的挥发结构，其中储液桶的底部连通设有供液管及排液管，通过供液管及排液管的流量协调，为储液桶内供入适量的纺丝溶液，也可调节储液桶内部气压处于预设范围内，以便挥发结构对纺丝溶液进行更好的吸收及导流；挥发结构的上部为树状结构、且枝条上安装有多个海胆状的喷头，可方便纺丝溶液的散发；而分流盒的设计，可与外部的高压供气设备配合，朝树状结构部位吹送气流，从而促使纺丝溶液牵伸细化；整体结构的设计及配合，采用无针头结构，可有效防止喷头堵塞的问题，且可有效的增大纺丝溶液的扩散面，从而有效提高纺丝纤维的产率和质量。

附图说明

图1是本发明的具体实施例中提供的一种基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构的结构示意图；

图2是图1中A部分的放大图；

图3是本发明的具体实施例中提供的喷头的结构示意图；

图4是本发明的具体实施例中提供的一种基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构的使用示意图。

图中：100、储液桶；110、供液管；120、排液管；130、支撑筒；131、凸环；132、通孔；200、分流盒；210、插筒；220、出气孔；230、供气管；240、第一凸管；250、第二凸管；300、导流筒；400、挥发结构；410、喷头；411、球体；412、锥头；420、插杆；430、枝干；440、枝条；500、震动环；600、储液箱；610、增压泵；620、第一流量阀；630、第二流量阀；700、高压供气设备；800、气压传感器。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1至图4所示，本发明的具体实施例中公开了一种基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构，包括储液桶100，安装在储液桶100顶部的分流盒200，分流盒200的顶部安装有导流筒300，采用可拆装的结构，方便生产加工及组装；分流盒200的中部设有贯穿上下壁面的插筒210，分流盒200的顶面设有多个出气孔220，出气孔220与分流盒200内部连通，分流盒200的侧壁连通设有供气管230，用以与外部高压供气设备连通，经分流盒对供入的高压气体进行分流，形成朝上吹送的多点位高压气流；储液桶100的底部连通设有供液管110及排液管120，且供液管110的管径大于排液管120的管径；导流筒300的内部设有挥发结构400，挥发结构400的底部贯穿插筒210、伸入储液桶100的内部，对纺丝溶液进行吸收及引导，挥发结构400的上部为树状结构，且枝条上安装有多个海胆状的喷头410，以便纺丝溶液进行快速的散发及滴落，配以高压气流形成拉伸拉成丝。

上述的一种基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构及其使用方法，其结构新颖，包括由下至上依次连接安装配合的储液桶、分流盒、导流筒，以及用于纺丝溶液吸收及散发的挥发结构，其中储液桶的底部连通设有供液管及排液管，通过供液管及排液管的流量协调，为储液桶内供入适量的纺丝溶液，也可调节储液桶内部气压处于预设范围内，以便挥发结构对纺丝溶液进行更好的吸收及导流；挥发结构的上部为树状结构、且枝条上安装有多个海胆状的喷头，可方便纺丝溶液的散发；而分流盒的设计，可与外部的高压供气设备配合，朝树状结构部位吹送气流，从而促使纺丝溶液牵伸细化；整体结构的设计及配合，采用无针头结构，可有效防止喷头堵塞的问题，且可有效的增大纺丝溶液的扩散面，从而有效提高纺丝纤维的产率和质量。

进一步地，挥发结构400包括插杆420，插杆420的上部侧壁固定设有多条枝干430，枝干430的侧壁设有多条枝条440，形成树状结构，各枝条440上均安装有多个海胆状的喷头410，该结构设计使得挥发结构的上部形成树状的轮廓结构，可有效增大纺丝溶液的散发区域，进而加速纺丝纤维的成型。

进一步地，插杆420的直径与插筒210的直径适配，且插杆420吸收溶液后膨胀，与所述插筒210形成过盈配合，以便对挥发结构形成一定的卡紧，防止其轻易松脱。

进一步地，喷头410包括球体411，固定设于球体411外壁的多个锥头412，多个锥头412以球体411的球心为中心，沿球体411的球面均匀分布，该结构设计可进一步过大纺丝溶液的散发面积，加速溶液散发；并且，纺丝溶液移动至锥头部位时，可更好的形成滴落的状态，方便后续随高压气流形成纺丝纤维。

进一步地，储液桶100的底部内壁对应插筒210固定设有支撑筒130，支撑筒130的内径与插杆420的底端直径适配，可对插杆的底端进行支撑限定，并且，插杆吸收溶液后膨胀，与支撑筒形成过盈配合，可进一步加强对插杆的卡接；支撑筒130的内壁固定设有凸环131，插杆420的底端抵持于凸环131的顶面，支撑筒130的底部侧壁设有通孔132，插杆420的底端通过凸环131进行架空，并经通孔132与外部连通，该结构设计可使得支撑筒的底部内壁与储液桶内部连通，确保纺丝溶液可与插杆的底端进行接触，进行有效的传递。

进一步地，供液管连通设于储液桶的底部中心处，与支撑筒的位置对应且连通，供液管供入的纺丝溶液进入支撑筒的内部，而后再从通孔处流出，形成有效的流动及接触；并且，该结构设计，可促使供入的纺丝溶液经通孔喷出时增大冲击力，从而进一步搅动储液桶内部的纺丝溶液，加速流动，方便挥发结构的吸收及引导。

进一步地，插杆420上固定套设有震动环500，震动环500位于分流盒200的上方；震动环产生的机械振动致使挥发结构进行高频振动，使得纺丝溶液以小液滴的形式脱离挥发结构，也可加强挥发结构的毛细管效应、促进吸收及引流，进而有效提高整体的纺丝成型效率及质量。

进一步地，分流盒200的底面外缘固定设有第一凸管240，第一凸管240的内壁设有螺纹，储液桶100的顶部外径与第一凸管240的内径适配，且螺纹连接密封配合；分流盒200的顶面外缘固定设有第二凸管250，第二凸管250的内壁设有螺纹，导流筒300的底部外径与第二凸管250的内径适配，且螺纹连接密封配合；该结构设计可方便导流筒、分流盒、储液桶之间的连接及配合，使用操作方便。

进一步地，导流筒的顶部直径大于底部直径，可方便气流的排出，也便于纺丝拉丝的飘出。

本发明还提供了一种基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构的使用方法，包括以下步骤：

S1、高压供气设备700经供气管往分流盒内部供入高压气体，高压气体经出气孔往上吹送、形成气流；

S2、增压泵610经供液管往储液桶内部供入纺丝溶液，纺丝溶液经排液管回流至储液箱600，形成循环的供液，挥发结构吸收储液桶内部的纺丝溶液，并送至顶部经喷头散发；

S3、震动环带动挥发结构进行振动，促使纺丝溶液以小液滴的形式脱离挥发结构，在气流的带动下进一步被牵伸细化，从导流筒的顶部送出。

进一步地，在S1步骤中，往分流盒内部通入的气体流速在0.1L/min~20L/min之间；经出气孔排出的气体流速在0.1L/min~10L/min之间，确保提供的气流维持在合适的范围，以便纺丝拉丝的成型及送出。

进一步地，在S2步骤中，根据储液桶内部安装的气压传感器800检测的气压值，通过协调供液管上的第一流量阀620及排液管上的第二流量阀630，控制储液桶处流入量及流出量的差值，从而控制储液桶内部压力的大小，使气压维持在0.1~0.5Mpa，通过与外部空间的气压差，促使挥发结构对纺丝溶液的吸收及引流，进一步提高毛细管效应；并且，流入量在100~200ml/h，流出量在50~100ml/h。

本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构，其特征在于：

包括储液桶，安装在储液桶顶部的分流盒，分流盒的顶部安装有导流筒；

分流盒的中部设有贯穿上下壁面的插筒，分流盒的顶面设有多个出气孔，出气孔与分流盒内部连通，分流盒的侧壁连通设有供气管，用以与外部高压供气设备连通；储液桶的底部连通设有供液管及排液管，且供液管的管径大于排液管的管径；

导流筒的内部设有挥发结构，挥发结构的底部贯穿插筒、伸入储液桶的内部，挥发结构的上部为树状结构，且枝条上安装有多个海胆状的喷头；

增压泵经供液管往储液桶内部供入纺丝溶液，纺丝溶液经排液管回流至储液箱，形成循环的供液，挥发结构吸收储液桶内部的纺丝溶液、并送至顶部经喷头散发；挥发结构包括插杆，插杆的上部侧壁固定设有多条枝干，枝干的侧壁设有多条枝条，形成树状结构，各枝条上均安装有多个海胆状的喷头；

储液桶的底部内壁对应插筒固定设有支撑筒，支撑筒的内径与插杆的底端直径适配，支撑筒的内壁固定设有凸环，插杆的底端抵持于凸环的顶面，支撑筒的底部侧壁设有通孔，插杆的底端通过凸环进行架空，并经通孔与外部连通；

插杆上固定套设有震动环，震动环位于分流盒的上方。

2.根据权利要求1所述的一种基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构，其特征在于：

插杆的直径与插筒的直径适配，且插杆吸收溶液后膨胀，与所述插筒形成过盈配合。

3.根据权利要求2所述的一种基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构，其特征在于：

喷头包括球体，固定设于球体外壁的多个锥头，多个锥头以球体的球心为中心，沿球体的球面均匀分布。

4.根据权利要求1所述的一种基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构，其特征在于：

分流盒的底面外缘固定设有第一凸管，第一凸管的内壁设有螺纹，储液桶的顶部外径与第一凸管的内径适配，且螺纹连接密封配合；

分流盒的顶面外缘固定设有第二凸管，第二凸管的内壁设有螺纹，导流筒的底部外径与第二凸管的内径适配，且螺纹连接密封配合。

5.一种用以权利要求4所述基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、高压供气设备经供气管往分流盒内部供入高压气体，高压气体经出气孔往上吹送、形成气流；

S2、增压泵经供液管往储液桶内部供入纺丝溶液，纺丝溶液经排液管回流至储液箱，形成循环的供液，挥发结构吸收储液桶内部的纺丝溶液，并送至顶部经喷头散发；

S3、震动环带动挥发结构进行振动，促使纺丝溶液以小液滴的形式脱离挥发结构，在气流的带动下进一步被牵伸细化，从导流筒的顶部送出。

6.根据权利要求5所述的基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构的使用方法，其特征在于：

在S1步骤中，往分流盒内部通入的气体流速在0.1L/min~20L/min之间；经出气孔排出的气体流速在0.1L/min~10L/min之间。

7.根据权利要求6所述的基于毛细管原理的静电纺丝喷头结构的使用方法，其特征在于：

在S2步骤中，根据储液桶内部安装的气压传感器检测的气压值，通过协调供液管上的第一流量阀及排液管上的第二流量阀，控制储液桶处流入量及流出量的差值，从而控制储液桶内部压力的大小，使气压维持在0.1~0.5Mpa；并且，流入量在100~200ml/h，流出量在50~100ml/h。

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