CN207013185U - 一种制备涂层用液体静电喷涂喷嘴结构及静电喷涂装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种制备涂层用液体静电喷涂喷嘴结构及静电喷涂装置，喷嘴包括圆筒形的喷嘴主体和设置在喷嘴主体喷口处的至少一个凸出的延伸体，延伸体的末端设有尖端；延伸体与喷嘴主体的外壁沿喷嘴的轴心线呈‑45°～45°的锥角。本实用新型在使用过程中随着加载在喷嘴处的高压电场逐渐增强的过程中，静电喷涂模式也从稳定的锥喷模式向多喷射模式转换，液面从突出在喷嘴外的圆锥逐渐收缩至尖端处，射流也由原有的位于圆锥中心尖端的一条逐渐演变至各尖端处产生的多条射流。本实用新型的喷嘴可以增加位置可控的喷涂射流的数量，实现稳定喷涂的同时，提升了静电喷涂速度，提高了生产效率，兼顾了较低的多喷技术的系统成本。

Description

一种制备涂层用液体静电喷涂喷嘴结构及静电喷涂装置

技术领域

本实用新型涉及静电喷涂技术领域，尤其涉及一种制备涂层用液体静电喷涂喷嘴结构及静电喷涂装置，用于提高制备涂层时静电喷涂过程中的喷涂速度。

背景技术

静电喷涂技术是一种通过高压电场的静电作用实现物料分散化的涂覆方法。具体喷涂原理是液体的物料通过高压电场的作用离子化，带有电荷，液体物料在喷嘴处形成泰勒锥，并在锥体的尖端产生稳定的射流，将液体物料以雾滴的形式喷出，由于液滴在飞行的过程中，溶剂会不断的蒸发，当液滴所带的电荷密度超过液体的表面张力时，液滴会分散成更小的微米尺寸、甚至纳米尺寸的液滴，在高压电场的作用下，液滴最终沉积到收集端，从而实现了均匀分散和喷涂过程。

静电喷涂的工作原理使得该技术可以用于在具有结构复杂的物件上制备涂层能力，且制备的涂层包覆性高、均匀好、一致性高，同时涂料的利用率高，节省成本。因此，静电喷涂技术在涂层制备领域、太阳能电池、锂电池、燃料电池所需薄膜制造领域具有广泛的应用前景。

现有的适用于液体的静电喷涂设备中，稳态锥喷模式需要在较为苛刻控制条件下进行，例如需要较低的液体进料速度、合适的电压操作区间，而且一个喷嘴只能喷出一条射流，且流速缓慢，以上特征反映出稳态的喷涂模式下喷涂过程的生产速度缓慢，周期长，制约了液体静电喷涂技术用于大面积涂层的批量制造。目前已有的提高喷涂速度方式是通过增加喷嘴的数量，喷嘴的排列方式既可以是线性排列也可以是阵列式的排布，增加喷涂的射流的数量提升整体的喷涂速度。通过气流辅助雾化的方式提高雾滴的雾化速度也可以提高喷涂的速度。

这种喷嘴与喷嘴之间的排列方式为线性排布或者阵列式排布的喷嘴，可以增加整体的喷涂速度，但是单一喷嘴的喷涂速度仍没有改善，而且喷嘴之间的密集程度是有一定限制的，继续提高喷涂速度具有一定的困难。气流辅助式喷涂可以提高静电喷涂速度，但气流辅助的雾滴分散性不如直接通过静电喷涂方式的分散性高。因此，有必要设计一种喷嘴结构以解决现有技术的不足。

实用新型内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种制备涂层用液体静电喷涂喷嘴结构及静电喷涂装置。本实用新型主要利用在喷嘴口增设多个凸出的尖端，从而起到喷涂速度提升且在保证静电喷涂中雾滴的分散性的同时实现涂层的制备效率的提升。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种制备涂层用液体静电喷涂喷嘴结构，其特征在于，所述喷嘴包括圆筒形的喷嘴主体和设置在所述喷嘴主体喷口处的至少一个凸出的延伸体，所述延伸体的末端设有尖端；所述延伸体与所述喷嘴主体的外壁沿所述喷嘴的轴心线呈-45°～45°的锥角。

进一步地，所述延伸体是自所述喷嘴主体喷口处向喷口外侧延伸的且相邻延伸体之间具有圆弧过渡缺口的延伸部。

进一步地，所述延伸体沿所述喷嘴的轴向投影为具有三角形的锯齿结构或者具有多边形的锯齿结构。

进一步地，所述尖端由三角形结构的一角构成或者由多边形结构的一角构成。

进一步地，所述尖端为尖角或平面。

进一步地，所述尖端数量为2～10个。

本实用新型还公开了一种应用上述的液体静电喷涂喷嘴结构制备涂层的静电喷涂装置，其特征在于：所述喷嘴通过输液管与装有静电喷涂溶液的注射器连接，高压电源连接所述喷嘴，高压电源极性为正或负，金属材质的电荷收集板接地线，控制所述喷嘴距离所述电荷收集板具有预设高度。

进一步地，所述电荷收集板处于静止、旋转移动或往复移动状态。

通常静电喷涂应用在锥喷模式下，在泰勒锥的尖端只产生一个稳定的射流，但是这种情况下需要合适的电压控制，过低的电压，泰勒锥不稳定，形成喷涂的低落模式；若电压超过了稳定的区间，锥喷模型会变成多喷模式，此模式的显著特征是，锥形液面由稳态的锥形变成近似水平的液面，而且液面上射流由一条转变成多条射流，但此时多条射流的方向不受控制，随着时间发生随机改变。因此，多喷模式喷涂的涂层厚度具有随机性和不均匀性。

较现有技术相比，本实用新型设计的喷嘴结构，在喷嘴上具有多个尖端，在带电的液体留到尖端与接地平板之间构成强电场，产生液体射流，射流的数量与尖端的数量成正比。由于电荷密度与曲率成正比，因此，附着在尖端上液体会带有较高的电荷密度。同时喷嘴的尖端与对电极距离更近，因此，尖端处的电场强度更高。通过这种结构设计实现凸出的尖端引导多重喷射射流的方向，实现对喷涂区域的控制，通过旋转收集板，实现涂层的均匀制备。同时利用多喷模式的所具有的锥喷模式不具备的高流速适应性，射流增加喷涂速度，通过多条射流的途径，倍增整个喷嘴的喷涂速度，从而提高静电喷涂过程的生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的喷嘴具有两个延伸体为三角形结构的结构示意图。

图2为本实用新型的喷嘴具有三个延伸体为三角形结构的结构示意图。

图3为本实用新型的喷嘴具有两个延伸体为梯形结构的结构示意图。

图4为传统的圆形结构喷嘴的结构示意图。

图5为本实用新型静电喷涂装置的示意图。

图6为本实用新型喷嘴喷涂过程示意图，其中，(a)为圆形结构喷嘴喷涂示意图；(b)为具有两个延伸体为三角形结构的喷嘴喷涂示意图；(c) 为具有三个延伸体为三角形结构的喷嘴喷涂示意图；(d)为具有两个延伸体为梯形结构的喷嘴喷涂示意图。

图中：1、高压电源；2、注射器；3、输液管；4、喷嘴；41、喷嘴主体；42、延伸体；43、尖端；5、电荷收集板；6、地线。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-图3所示，一种制备涂层用液体静电喷涂喷嘴结构，所述喷嘴4 包括圆筒形的喷嘴主体41和设置在所述喷嘴主体41喷口处的至少一个凸出的延伸体42，所述延伸体42的末端设有尖端43；所述延伸体42与所述喷嘴主体41的外壁沿所述喷嘴4的轴心线呈-45°～45°的锥角。所述延伸体42 是自所述喷嘴主体41喷口处向喷口外侧延伸的且相邻延伸体42之间具有圆弧过渡缺口的延伸部。所述延伸体42沿所述喷嘴4的轴向投影为具有三角形的锯齿结构或者具有多边形的锯齿结构。所述尖端43由三角形结构的一角构成或者由多边形结构的一角构成。所述尖端43为尖角或平面。所述尖端 43数量为2～10个，所述喷嘴4的材料是金属材料或合金的导体材料，也可以是聚乙烯、聚氯乙烯、环氧树脂、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乳酸、聚苯硫醚、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物等高分子聚合物树脂等刚性绝缘材料。

如图5所示，一种应用上述的液体静电喷涂喷嘴结构制备涂层的静电喷涂装置，所述喷嘴4通过输液管3与装有静电喷涂溶液的注射器2连接，高压电源1的正极连接所述喷嘴4，金属材质的电荷收集板5接地线6，控制所述喷嘴4距离所述电荷收集板5具有预设高度；所述电荷收集板5处于静止、旋转移动或往复移动状态，所述电荷收集板5上可以放置质子交换膜、碳纸、铝箔、导电玻璃板、铁板等，通过喷涂不同的溶液制备不同的涂层；所述高压电源1所使用的电压需达到多重喷射现象的电压，高于产生锥喷时的电压；注射器2中的液体可以是溶液、胶体、悬浊液或乳浊液等等。

实施例1

采用如图5所示的实验装置及如图1所示的喷嘴结构，即具有两个延伸体42为三角形结构的喷嘴4，喷嘴材料为聚醚醚酮，尖端43为尖角，采用乙醇作为静电喷涂的溶液装入注射器2中，控制喷嘴4距离电荷收集板5的高度为5cm。控制溶液的流速为2mL/h，电压控制在9.2kV时，喷涂过程如图6(b)所示，在喷嘴4的两个尖端43处产生两条射流，每条射流在飞行的过程中演化分散成雾滴。

实施例2

采用如图5所示的实验装置及如图2所示的喷嘴结构，即具有三个延伸体42为三角形结构的喷嘴4，喷嘴材料为聚醚醚酮，尖端43为三角形平面，采用乙醇作为静电喷涂的溶液装入注射器2中，控制喷嘴4距离电荷收集板 5的高度为5cm。控制溶液的流速为3mL/h，电压控制在10kV时，喷涂过程如图6(c)所示，在喷嘴的两个尖端处产生三条射流，每条射流在飞行的过程中演化分散成雾滴。

实施例3

采用如图5所示的实验装置及如图3所示的喷嘴结构，即具有两个延伸体42为梯形结构的喷嘴4，喷嘴材料为聚醚醚酮，尖端43为矩形平面，采用乙醇作为静电喷涂的溶液装入注射器2中，控制喷嘴4距离电荷收集板5 的高度为5cm。控制溶液的流速为3mL/h，电压控制在10.4kV时，喷涂过程如图6(d)所示，在喷嘴4的梯形尖端43处产生四条射流，每条射流在飞行的过程中演化分散成雾滴。

比较例

采用如图5所示的实验装置及如图4所示的喷嘴结构，为传统的圆形结构喷嘴时，液体流速为1mL/h，电压控制为8kV时，喷嘴4的实际喷涂过程如图6(a)所示的锥喷模式，在锥形液面下产生了一条射流。

有上述实施例可知，本实用新型在使用过程中随着加载在喷嘴处的高压电场逐渐增强的过程中，静电喷涂模式也从稳定的锥喷模式向多喷射模式转换，液面从突出在喷嘴外的圆锥逐渐收缩至尖端处，此时射流也由原有的位于圆锥中心尖端的一条逐渐演变至各尖端处产生的多条射流。此结构喷嘴可以增加位置可控的喷涂射流的数量，实现稳定喷涂的同时，提升了静电喷涂速度，提高了生产效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种制备涂层用液体静电喷涂喷嘴结构，其特征在于，所述喷嘴(4)包括圆筒形的喷嘴主体(41)和设置在所述喷嘴主体(41)喷口处的至少一个凸出的延伸体(42)，所述延伸体(42)的末端设有尖端(43)；所述延伸体(42)与所述喷嘴主体(41)的外壁沿所述喷嘴(4)的轴心线呈-45°～45°的锥角。

2.根据权利要求1所述的制备涂层用液体静电喷涂喷嘴结构，其特征在于，所述延伸体(42)是自所述喷嘴主体(41)喷口处向喷口外侧延伸的且相邻延伸体(42)之间具有圆弧过渡缺口的延伸部。

3.根据权利要求2所述的制备涂层用液体静电喷涂喷嘴结构，其特征在于，所述延伸体(42)沿所述喷嘴(4)的轴向投影为具有多边形的锯齿结构。

4.根据权利要求3所述的制备涂层用液体静电喷涂喷嘴结构，其特征在于，所述尖端(43)由多边形结构的一角构成。

5.根据权利要求4所述的制备涂层用液体静电喷涂喷嘴结构，其特征在于，所述尖端(43)为尖角或平面。

6.根据权利要求4所述的制备涂层用液体静电喷涂喷嘴结构，其特征在于，所述尖端(43)数量为2～10个。

7.一种应用权利要求1～6任意权利要求所述的液体静电喷涂喷嘴结构制备涂层的静电喷涂装置，其特征在于：所述喷嘴(4)通过输液管(3)与装有静电喷涂溶液的注射器(2)连接，高压电源(1)的正极连接所述喷嘴(4)，金属材质的电荷收集板(5)接地线(6)，控制所述喷嘴(4)距离所述电荷收集板(5)具有预设高度。

8.根据权利要求7所述的静电喷涂装置，其特征在于：所述电荷收集板(5)处于静止、旋转移动或往复移动状态。