CN116356434A - 一种静电纺丝复合喷头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及静电纺丝领域，公开了一种静电纺丝复合喷头，包括喷头基板和多个点胶针头，喷头基板上设有多个阵列排布的纺丝通孔，纺丝通孔的一端安装有快接头，纺丝通孔的另一端安装有鲁尔接头，点胶针头的数量小于或等于鲁尔接头的数量，每个点胶针头至少与一个鲁尔接头可拆卸连接，多个点胶针头阵列排布，喷头基板的内部设有气流腔，喷头基板的侧面设有连通气流腔的气流入口，喷头基板上位于鲁尔接头的周围设有气流出口，本发明能够灵活调整点胶针头的位置，气流出口有效抑制阵列中点胶针头之间的电场干扰，保证静电纺丝的顺利进行。

Description

一种静电纺丝复合喷头

技术领域

本发明涉及静电纺丝领域，特别是一种静电纺丝复合喷头。

背景技术

静电纺丝技术是制造纳米纤维的主流技术，其具有成本低廉、原料广泛、设备简单等优点。生产出的纳米纤维膜具有孔隙率高、比表面积大、力学特性优异等特点，在环境处理、生物医疗、动力电池等领域有广泛的应用和发展前景。现有的静电纺丝设备，多为喷头式和无针式。其中无针式具有较快的纺丝效率但有纤维直径很难控制均匀等缺点。喷头式分为单针喷头和多针喷头，单针喷头多为实验、小规模测试生产用，主要工业生产采用的多是多针喷头。

现有的多针喷头技术如公开号为CN1092671608A的专利文献提出的一种弧形阵列静电纺丝喷头，设有上盖板、针头安装板、导电板、支撑板、针头阵列和气罩；上盖板设进液孔，上盖板与供液装置连接；针头安装板为阶梯结构，阶梯结构的高度差与对应位置针头的高度差一致；导电板与高压电源正极相连；支撑板与导电板配合，支撑板设支撑板通孔，与导电板上的孔等大同轴分布；针头阵列设按弧形阵列排布的针头；气罩设有两个进气孔，气罩通过导气管与供气装置相连。可减小静电纺丝多射流喷头之间的电场抑制干涉及多射流之间的静电干扰，提高多射流密度和喷射稳定性，提高静电纺丝纳米纤维沉积效率，实现大面积均匀纳米纤维膜的快速成型。

然而，上述方案功能单一，现有多针喷头大多如上述方案一样所有针头统一供液，且所有针头排布安装固定，无法满足不同材料进行静电纺丝所需的不同针头排布和针头类型。且针头安装在喷头内部，更换清洗拆卸不方便。

发明内容

为此，需要提供一种静电纺丝复合喷头，解决现有针头的排布方式无法灵活调整，以使用多种材料静电纺丝的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种静电纺丝复合喷头，包括喷头基板和多个点胶针头，所述喷头基板上设有多个阵列排布的纺丝通孔，所述纺丝通孔的一端安装有快接头，所述纺丝通孔的另一端安装有鲁尔接头，所述点胶针头的数量小于或等于鲁尔接头的数量，每个所述点胶针头至少与一个鲁尔接头可拆卸连接，多个所述点胶针头阵列排布，所述喷头基板的内部设有气流腔，所述喷头基板的侧面设有连通气流腔的气流入口，所述喷头基板上位于鲁尔接头的周围设有气流出口。

进一步，每个所述鲁尔接头的周围设有四个长条形的气流出口和四个圆形的气流出口，四个所述长条形的气流出口，围合成方形区域，所述鲁尔接头位于方向区域内，四个所述圆形的气流出口分别位于方向区域的四个角。长条形的气流出口未完全分隔方形区域，方形区域的角落通过圆形的气流出口分隔，从而使得气流出口喷出气流时，能够完全分隔点胶针头。

进一步，相邻的两个方形区域共用两者之间的气流出口。共用气流出口，减少喷头基板底面的开口面积，保证气流出口气流的流速。

进一步，所述气流出口在喷头基板的底面呈网格分布，每个所述鲁尔接头位于每个网格中间。气流出口完全隔断分离鲁尔接头的周围，有效隔离点胶针头，避免相邻点胶针头。

进一步，每个所述鲁尔接头的周围均设有环形的气流出口。气流出口为圆环形，充分保证气流隔离相邻点胶针头之间的隔离效果。

进一步，所述鲁尔接头包括连接头、连接内筒和防护外筒，所述连接内筒和防护外筒同轴设置在连接头上，所述连接头与纺丝通孔螺纹连接，所述点胶针头上固定有第一连接座，所述连接内筒插入第一连接座内，所述防护外筒向下延伸超过第一连接座的顶部。

连接内筒和第一连接座的设置方便点胶针头和鲁尔接头的快速连接，同时防护外筒对连接内筒和第一连接座的连接处起到一定的保护作用。

进一步，所述点胶针头为同轴针头，所述同轴针头包括内轴通道和外轴通道，所述点胶针头上设有第二连接座，所述第一连接座连通同轴针头的内轴通道，所述第二连接座连通同轴针头的外轴通道，所述第一连接座和第二连接座分别与相邻的两个鲁尔接头连接。同轴针头可以用于制备核壳结构的电纺纤维，第一连接座和第二连接座的结构相同，均与鲁尔接头的连接内筒相连接。

进一步，所述喷头基板上的纺丝通孔呈矩形或圆形阵列排布。喷头基板根据不同静电纺丝的需要选择不同的排列。

进一步，所述喷头基板为矩形板，所述喷头基板上的多个纺丝通孔呈矩形排布，所述鲁尔接头呈对应的矩形排列，多个所述点胶针头的排列方式为：重复多组排列，每组包括两列，同一组两列的点胶针头反向错位排列，每一列至多连续排列两个点胶针头，相邻两组之间间隔一列鲁尔接头。

上述技术方案具有以下有益效果：

本发明中，多个点胶针头与鲁尔接头快速安装，可以任意调整点胶针头的排列方式，工作使用时，连通点胶针头的快接头连接外部的纺丝溶液，从而进行多种针头排列方式的纺丝，进而可以灵活使用多种材料的静电纺丝，鲁尔接头和点胶针头可拆卸连接，方便针头的清洗，气流出口向下，点胶针头纺丝时，气流出口喷出气流，有效抑制点胶针头阵列中点胶针头之间的电场干扰，增强静电纺丝射流的稳定性，提高静电纺丝纳米纤维沉积效率。

附图说明

图1为实施例1所述静电纺丝复合喷头的结构图；

图2为实施例1所述静电纺丝复合喷头的结构图；

图3为实施例1所述静电纺丝复合喷头的侧面结构图；

图4为实施例1所述静电纺丝复合喷头的沿图3A-A线的剖面结构图；

图5为实施例1所述静电纺丝复合喷头的俯视结构图；

图6为实施例1所述静电纺丝复合喷头的沿图5B-B线的剖面结构图；

图7为另一种实施方式所述静电纺丝复合喷头的喷头基板的剖面结构图；

图8为另一种实施方式所述静电纺丝复合喷头的喷头基板的剖面结构图；

图9为实施例2所述静电纺丝复合喷头的结构图；

图10为实施例2所述静电纺丝复合喷头的剖面结构图；

图11为实施例3所述静电纺丝复合喷头的结构图；

附图标记说明：

1、喷头基板；11、纺丝通孔；12、气流腔；13、气流入口；14、气流出口；

2、点胶针头；21、第一连接座；22、内轴通道；23、外轴通道；24、第二连接座；

3、快接头；

4、鲁尔接头；41、连接头；42、连接内筒；43、防护外筒。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

实施例1

请参阅图1-6，本实施例公开了一种静电纺丝复合喷头，包括喷头基板1和多个点胶针头2，喷头基板1上设有多个阵列排布的纺丝通孔11，纺丝通孔11的一端安装有快接头3，纺丝通孔11的另一端安装有鲁尔接头4，点胶针头2的数量小于或等于鲁尔接头4的数量，每个点胶针头2至少与一个鲁尔接头4可拆卸连接，多个点胶针头2阵列排布，喷头基板1的内部设有气流腔12，喷头基板1的侧面设有连通气流腔12的气流入口13，喷头基板1上位于鲁尔接头4的周围设有气流出口14。

本实施例中，纺丝通孔11为M4螺纹孔，快接头3和鲁尔接头4与纺丝通孔11螺纹连接，使用时，快接头3通过软管连接外部电纺溶液，气流入口13通过软管连接外部气泵。

每个鲁尔接头4的周围设有四个长条形的气流出口14和四个圆形的气流出口14，四个长条形的气流出口14，围合成方形区域，鲁尔接头4位于方向区域内，四个圆形的气流出口14分别位于方向区域的四个角，相邻的两个方形区域共用两者之间的气流出口14。

长条形的气流出口14未完全分隔方形区域，方形区域的角落通过圆形的气流出口14分隔，从而使得气流出口14喷出气流时，能够完全分隔点胶针头2。共用气流出口14，减少喷头基板1底面的开口面积，保证气流出口14气流的流速。

如图7，另一种实施方式，气流出口14在喷头基板1的底面呈网格分布，每个鲁尔接头4位于每个网格中间。气流出口14完全隔断分离鲁尔接头4的周围，有效隔离点胶针头2，避免相邻点胶针头2。

如图8，另一种实施方式，每个鲁尔接头4的周围均设有环形的气流出口14。气流出口14为圆环形，充分保证气流隔离相邻点胶针头2之间的隔离效果。

上述两种实施方式中，为了保证气流出口14气流的气压和流速，喷头基板1的四个侧面可以同时设置气流入口13，保证气压流速的同时，也保证气流分布的均匀性。

本实施例中，鲁尔接头4包括连接头41、连接内筒42和防护外筒43，连接内筒42和防护外筒43同轴设置在连接头41上，连接头41与纺丝通孔11螺纹连接，点胶针头2上固定有第一连接座21，连接内筒42插入第一连接座21内，防护外筒43向下延伸超过第一连接座21的顶部。

连接内筒42和第一连接座21的设置方便点胶针头2和鲁尔接头4的快速连接，同时防护外筒43对连接内筒42和第一连接座21的连接处起到一定的保护作用。

喷头基板1上的纺丝通孔11呈矩形或圆形阵列排布，喷头基板1根据不同静电纺丝的需要选择不同的排列。

本实施例中，喷头基板1为矩形板，喷头基板1上的纺丝通孔11呈九列十排的矩形排布，点胶针头2呈矩形阵列排列，点胶针头2的数量与鲁尔接头4数量相等。

另一种实施方式，喷头基板1为圆形板，喷头基板1上的纺丝通孔11呈圆形排布。

本实施例的两种使用方式：

第一种：

本实施例为最基础的应用，在应用时，九列十排的矩形鲁尔接头4阵列上固定有九列十排的矩形单轴点胶针头2阵列。点胶针头2阵列中点胶针头2长度为30mm，内径为0.51mm。M4螺纹孔中的一个接入25kV高压静电，高压静电通过喷头基板1和鲁尔接头4阵列传输至点胶针头2阵列，在喷头和收集装置中形成电场以进行静电纺丝。气流入口13通过软管和气泵相连，为喷头引入气压为0.2Mpa的气流，通过气流出口14产生环绕鲁尔接头4阵列，方向为喷头纺丝方向的气流，抑制喷头点胶针头2阵列中点胶针头2之间的电场干扰，增强静电纺丝射流的稳定性，提高静电纺丝纳米纤维沉积效率。九列十排的矩形快接头3阵列，所有快接头3通过软管和转接头集合成1路，与供液泵相连，为喷头引入静电纺丝溶液A，供液速度为10mL/h。通过上述电场，将流出点胶针头2阵列的溶液拉伸为纳米纤维，并沉积到收集装置上，进行纳米纤维膜的生产。

第二种：

本实施例为两种材料复合纳米纤维膜生产，九列十排的矩形鲁尔接头4阵列上固定有九列十排的矩形单轴点胶针头2阵列。点胶针头2阵列中从左到右奇数排针头为针头组A，针头组A对应的快接头3为快接头3组A，针头组A中点胶针头2长度为17mm，内径为0.51mm；偶数排针头为针头组B，针头组B对应的快接头3为快接头3组B，针头组B中针头长度为21mm，内径为0.23mm。M4螺纹孔中的一个接入30kV高压静电，高压静电通过喷头基板1和鲁尔接头4阵列传输至点胶针头2阵列，在喷头和收集装置中形成电场以进行静电纺丝。气流入口13通过软管和气泵相连，为喷头引入气压为0.2Mpa的气流，通过气流出口14产生环绕鲁尔接头4阵列，方向为喷头纺丝方向的气流，抑制喷头点胶针头2阵列中点胶针头2之间的电场干扰，增强静电纺丝射流的稳定性，提高静电纺丝纳米纤维沉积效率。通过九列十排的矩形快接头3阵列，快接头3组A通过软管和转接头集合成1路，与供液泵A相连，为喷头引入静电纺丝溶液A，供液速度为10mL/h；快接头3组B通过软管和转接头集合成1路，与供液泵B相连，为喷头引入静电纺丝溶液B，供液速度为6mL/h。通过上述电场，将流出点胶针头2阵列的溶液拉伸为纳米纤维，并沉积到收集装置上，进行两种材料复合纳米纤维膜的生产。

实施例2

请参阅图9-10，本实施例公开了一种静电纺丝复合喷头，与实施例1相比的不同点是：

点胶针头2为同轴针头，同轴针头包括内轴通道22和外轴通道23，点胶针头2上设有第二连接座24，第一连接座21连通同轴针头的内轴通道22，第二连接座24连通同轴针头的外轴通道23，第一连接座21和第二连接座24分别与相邻的两个鲁尔接头4连接。

同轴针头可以用于制备核壳结构的电纺纤维，第一连接座21和第二连接座24的结构相同，均与鲁尔接头4的连接内筒42相连接。点胶针头2呈矩形阵列排列。

本实施例的使用方式如下：

九列十排的矩形鲁尔接头4阵列上固定有九列五排的矩形同轴点胶针头2阵列。点胶针头2阵列中点胶针头2长度为17mm，外轴内径为1.01mm；内轴外径为0.72mm，内径为0.41mm。同轴点胶针头2中内轴通道22对应的快接头3为快接头3组D，外轴通道23对应的快接头3为快接头3组E。M4螺纹孔中的一个接入30kV高压静电，高压静电通过喷头基板1和鲁尔接头4阵列传输至点胶针头2阵列，在喷头和收集装置中形成电场以进行静电纺丝。气流入口13通过软管和气泵相连，为喷头引入气压为0.2Mpa的气流，通过气流出口14产生环绕鲁尔接头4阵列，方向为喷头纺丝方向的气流，抑制喷头点胶针头2阵列中点胶针头2之间的电场干扰，增强静电纺丝射流的稳定性，提高静电纺丝纳米纤维沉积效率。通过九列十排的矩形快接头3阵列，快接头3组D通过软管和转接头集合成1路，与供液泵D相连，为喷头引入内轴静电纺丝溶液D，供液速度为4mL/h；快接头3组E通过软管和转接头集合成1路，与供液泵E相连，为喷头引入静电纺丝溶液E，供液速度为6mL/h。通过上述电场，将流出点胶针头2阵列的溶液拉伸为核壳结构纳米纤维，并沉积到收集装置上，进行核壳结构纳米纤维膜的生产。

实施例3

请参阅图11，本实施例公开了一种静电纺丝复合喷头，与实施例1相比的不同点是：

喷头基板1为矩形板，喷头基板1上的多个纺丝通孔呈矩形排布，鲁尔接头4呈对应的矩形排列，多个点胶针头2的排列方式为：重复多组排列，每组包括两列，同一组两列的点胶针头2反向错位排列，每一列至多连续排列两个点胶针头2，相邻两组之间间隔一列鲁尔接头4。

具体的，本实施例中，喷头基板1上的纺丝通孔呈九列十排的矩形排布，鲁尔接头4呈对应的矩形排列，多个点胶针头2的排列方式为：重复三组排列，每组包括两列，每列包括五个点胶针头2，同一组中，第一列先排列一个点胶针头2，之后间隔两个鲁尔接头4，再依次设置两个点胶针头2，第二列的点胶针头2与第一列的点胶针头2反向错位排列，相邻两组之间间隔一列鲁尔接头4。本实施例点胶针头的排列方式在同等电压条件下，相较矩形阵列，针尖处的电场强度更高，均匀性更好。可以对纺丝条件要求更高的材料进行纺丝。

本实施例的使用方式：

如图11所示，九列十排的矩形鲁尔接头4阵列上固定单轴点胶针头2阵列。点胶针头2阵列中点胶针头2长度为21mm，内径为0.51mm。M4螺纹孔中的一个接入40kV高压静电，高压静电通过喷头基板11和鲁尔接头4阵列传输至点胶针头2阵列，在喷头和收集装置中形成电场以进行静电纺丝。气流入口13通过软管和气泵相连，为喷头引入气压为0.2Mpa的气流，通过气流出口14产生环绕鲁尔接头4阵列，方向为喷头纺丝方向的气流，抑制喷头点胶针头2阵列中点胶针头2之间的电场干扰，增强静电纺丝射流的稳定性，提高静电纺丝纳米纤维沉积效率。点胶针头2相对应的快接头3，通过软管和转接头集合成1路，与供液泵相连，为喷头引入静电纺丝溶液C，供液速度为3mL/h。静电纺丝溶液C进行静电纺丝需要较高电场，通过本实施例的排列方式，增大针头之间的距离，提高电场均匀性和强度。使针头阵列产生的电场满足溶液C静电纺丝的需求。通过上述电场，将流出点胶针头2阵列的溶液拉伸为纳米纤维，并沉积到收集装置上，进行特殊材料纳米纤维膜的生产。同时，可以采用圆形阵列等其他阵列来满足其他材料进行静电纺丝的需求。

本发明中，多个点胶针头2与鲁尔接头4快速安装，可以任意调整点胶针头2的排列方式，工作使用时，连通点胶针头2的快接头3连接外部的纺丝溶液，从而进行多种针头排列方式的纺丝，进而可以灵活使用多种材料的静电纺丝，鲁尔接头4和点胶针头2可拆卸连接，方便针头的清洗，气流出口14向下，点胶针头2纺丝时，气流出口14喷出气流，有效抑制点胶针头2阵列中点胶针头2之间的电场干扰，增强静电纺丝射流的稳定性，提高静电纺丝纳米纤维沉积效率。

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、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种静电纺丝复合喷头，其特征在于，包括喷头基板和多个点胶针头，所述喷头基板上设有多个阵列排布的纺丝通孔，所述纺丝通孔的一端安装有快接头，所述纺丝通孔的另一端安装有鲁尔接头，所述点胶针头的数量小于或等于鲁尔接头的数量，每个所述点胶针头至少与一个鲁尔接头可拆卸连接，多个所述点胶针头阵列排布，所述喷头基板的内部设有气流腔，所述喷头基板的侧面设有连通气流腔的气流入口，所述喷头基板上位于鲁尔接头的周围设有气流出口。

2.如权利要求1所述的静电纺丝复合喷头，其特征在于，每个所述鲁尔接头的周围设有四个长条形的气流出口和四个圆形的气流出口，四个所述长条形的气流出口，围合成方形区域，所述鲁尔接头位于方向区域内，四个所述圆形的气流出口分别位于方向区域的四个角。

3.如权利要求2所述的静电纺丝复合喷头，其特征在于，相邻的两个方形区域共用两者之间的气流出口。

4.如权利要求1所述的静电纺丝复合喷头，其特征在于，所述气流出口在喷头基板的底面呈网格分布，每个所述鲁尔接头位于每个网格中间。

5.如权利要求1所述的静电纺丝复合喷头，其特征在于，每个所述鲁尔接头的周围均设有环形的气流出口。

6.如权利要求1所述的静电纺丝复合喷头，其特征在于，所述鲁尔接头包括连接头、连接内筒和防护外筒，所述连接内筒和防护外筒同轴设置在连接头上，所述连接头与纺丝通孔螺纹连接，所述点胶针头上固定有第一连接座，所述连接内筒插入第一连接座内，所述防护外筒向下延伸超过第一连接座的顶部。

7.如权利要求6所述的静电纺丝复合喷头，其特征在于，所述点胶针头为同轴针头，所述同轴针头包括内轴通道和外轴通道，所述点胶针头上设有第二连接座，所述第一连接座连通同轴针头的内轴通道，所述第二连接座连通同轴针头的外轴通道，所述第一连接座和第二连接座分别与相邻的两个鲁尔接头连接。

8.如权利要求1所述的静电纺丝复合喷头，其特征在于，所述喷头基板上的纺丝通孔呈矩形或圆形阵列排布。

9.如权利要求8所述的静电纺丝复合喷头，其特征在于，所述喷头基板为矩形板，所述喷头基板上的多个纺丝通孔呈矩形排布，所述鲁尔接头呈对应的矩形排列，多个所述点胶针头的排列方式为：重复多组排列，每组包括两列，同一组两列的点胶针头反向错位排列，每一列至多连续排列两个点胶针头，相邻两组之间间隔一列鲁尔接头。

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