利用能更換的單獨噴射端限流器的陣列的電噴射/電紡絲陣列的製作方法

2023-07-03 15:12:16 1

專利名稱：利用能更換的單獨噴射端限流器的陣列的電噴射/電紡絲陣列的製作方法
利用能更換的單獨噴射端限流器的陣列的電噴射/電紡絲陣列
相關申請的交叉引用 無
關於聯邦政府資助的研究的聲明 不適用
背景技術：
本發明總體上涉及小的或所謂"納米"纖維或液滴的製造，其可通過向 液體填充的噴射端施加高的靜電場由此在噴射端開口處產生泰勒錐從而
"紡，，成纖維或"噴射"成液滴。Thandavamoorthy Subbiath, G S. Bhat， R.W Tock和S.S. Ramkumar在文章"Electrospinning of Nanofibers" , c/owma/ y4;7/ //et/Po/_ymer Sc/e"ce, Vol. 96， 557-569 (2205)， Wiley Periodicals, Inc.中對該 領域有所教導。如上述文章在第561頁所指出的，關於按比例放大該技術以 便以商業應用所需的沉積速率來製造納米纖維的可能性和實用性存在著爭 議。
所報導的關於納米纖維電紡絲的基礎性研發主要利用了單噴射管(通常 為中空的皮下注射管上的角切(squarecut)尖端末端)。在該現有技術中，通常 使用正排量泵(每個針一個泵)調節進入到各單獨噴射端中的液流。如果不為 各紡絲針單獨提供正排量液體噴射端流動，則進入到電紡絲孔中的液體的流 動可能是非常不穩定的。為了達到商用的沉積速率，該發明人展望需要數千 個包括"電紡絲陣列(array)"的噴射孔，當採用如此多的噴射端時使用單獨 的正排量泵變得不切實際。
美國專利No. 6,713,001教導了使用獨立的正排量泵以及改變選定噴射 端的局部電場。雖然美國專利No. 6,713,001 ^提出可^l利用加壓液體或單一的 正排量泵來製造紡絲陣列，但是其中的實施例僅利用了由正排量泵進料的單 一的噴射端。該發明人的意見是，單一的加壓流體或單一的正排量泵不能為 由許多獨立的管組成的實際的大紡絲陣列提供進料，否則所述單獨的管中的流動會不受限制。提出該意見是因為與其相鄰的管相比，各單獨的不受限制 的噴射端的流速是天生不穩定的。由間隙中帶電纖維或液滴的變化(部分地 由相鄰噴射端的紡絲或噴射而產生)所導致的一個噴射端上靜電場的變化通 過以靜電方式影響該噴射端的流體凸出部分處的有效表面張力平衡而影響 該噴射端的流動。這又影響著進入到其它噴射端中的流動(有效壓力)並因此 保持了不穩定性。
在鑽研以上間接提及的流動不穩定性的嘗試中，Kim和Park(WO 2005/090653 Al)教導了逆著重力向上紡絲的噴射端陣列，其中各噴射端提供 有過量的液體。然後將過量(滴下)的流體獨立地收集在與各紡絲端同軸的清 除間隙中。於是過量的液滴不汙染其上施加紡成纖維的產品。Kim和Park 還教導了在與紡絲端也同軸的另 一間隙中使用空氣流來使產生紡絲端液體 的泰勒錐保持逆著重力提升並由此適合於容許啟動泰勒紡絲。Kim和Park 還教導使用漏鬥形紡絲端來幫助形成泰勒池(Taylor pool)。從相對於產品來說 均提高至高電壓的許多紡絲端收集過量的流體意味著所收集的流體需要經 過絕緣"液滴分離器(isolator)"以返回到來源處的液體泵。因此，Kim和Park 的教導導致僅僅為了避免滴落物到達產品而含有許多流體流動路徑、許多流 量調節裝置、和精密的機械加工部件的複雜的頭(head)。該發明人談到WO 2005/0卯653 A1中的附圖顯示了通向噴射端的流體路徑，其為非常細的線， 並且可解釋為毛細管。沒有權利要求涉及該路徑並且形成(鑽成)具有合適長 徑比的工作毛細管將是最困難的。
Andrady等在專利申請公開US 2005/0224998 Al中公開了通過使用在流 體源歧管內的公共電極來控制多個紡絲(擠出)端中的流體流動的嘗試。

發明內容
基於類比，強有力的紡絲對電場強度和流體靜壓力的高靈敏度使人想起 了二極體電路的類似的公知特性(參見圖1),其中電壓/電流特性描述於圖2 中。在施加的電壓(V)101(非常像流體靜壓力Po或電場E)超過彎液面表面張 力閾值Vfl05之後，電流102(非常像液體流)快速增加。將固定電流保持為 lxl， 106(非常像保持纖維製造的紡絲或噴射流量)需要非常嚴格地控制施加的 電壓(在我們的類比中的流體靜壓力或E電場)。二極體103的特性發生小的 變化(類似於粘度、密度、表面張力或電導率的小變化)也會大大改變^106。在圖3中，我們向圖1的電路中加入了串聯電阻Rth 104，從而產生圖4 中所示的V-I特性。注意到通過改變V而實現的lx2, 107值的保持性在V或 二極體特性變化時穩定得多。在紡絲類比中，加入液體流動路徑中的串聯阻 抗將促進電流體力學(EHD)噴射或紡絲，其對於流體靜壓力P、噴射端處的E 電場、或者甚至液體參數的靈敏度要低得多。
因此，本公開內容在於有助於使用生產沉積所需的那麼多噴射端(數量 為J)的電紡絲或電噴射陣列(array)設計。各個噴射端不需要單獨的正排量泵 或局部電場調節以在滴落與紡絲或噴射之間保持平衡。本發明通過使用J個 "限制流阻，，(Flow Constraining Resistances, FCR)來實現各噴射端的流量匹 配，其中將從(優選地)共用的加壓流體進入到各噴射端(n)中的流量單獨地限 制為流速Fn。對各單獨的流量F廣F;提供幾乎相等的限制流阻，從而為陣列 中的J個噴射端中的每一個噴射端提供幾乎相等的流量。 一旦通過在各個孔 流動路徑中設置所設計的公用的FCR確立了流速，則可通過改變如下的一 個或多個來調節所有n個孔的泰勒錐紡絲或噴射靜電場、流體的物理性質、 或者共用液體池的壓力。 一旦確立了可接受的全局參數，則無需單獨的孔調 節裝置。
所有噴射端的靜電場幾乎是相同的並且首先近似為Kx V/s，其中V為 施加在噴射頭和與該噴射頭間隔s的平行沉積板之間的電壓，K為取決於噴 射端半徑和幾何結構的增強因子。通常K為1(沒有延伸到間隙中)至3(管充 分地延伸到間隙中)。這裡我們進行簡化假設，即噴射端具有較小的靜電相 互作用並且間隙中帶電的纖維或液滴雲對各個噴嘴的影響(減小電場)是均勻 的。可通過提高噴射端的物理間隔或通過添加"屏蔽電極"來使靜電相互作 用最小化。注意，使用的術語"流體"包括在紡絲設備的瞬時溫度下是液體 (流質的(fluent))材料或熔體。可在加熱的紡絲陣列中採用在升高的溫度下呈 現合適的紡絲粘度和電導率的材料(例如無溶劑的熔體)。參見例如Adrian G. Bailey的"五/e"rosto,/c xS/ raj/"g o/ Zi《wViy，， ， Research Studies Press LTD. Taunton, Somerset, England。
於是，適合用於該目的的紡絲/噴射材料包括純的材料、兩種或更多種材 料的混合物和組合，包括但不限於均相混合物、非均相混合物，其中"混合 物"包括溶液、分散體、乳液等，只要所紡的/噴射的材料在通過本文所公開 的設備時是"流質的"或可流動的。另外，在形成最終纖維的過程中，可在
7將一個或多個儲器的材料(或材料的混合物)進行混合、塗布、共混、或者以 其它方式使其彼此混合後，緊接著進行噴射/紡絲。而且，來自各儲器的纖維 可為相同的尺寸或為不同的尺寸以產生特殊效應。於是，可廣義地解釋用於
噴射/紡絲的材料。
本申請中所使用的術語"噴射端"表示開口和其相關的液體凸出物(通 常為泰勒噴射或紡絲錐)。該噴射端可位於管的末端或位於在有效平坦表面 中的孔的末端。
於是，本公開內容為電流體力學噴射或紡絲沉積系統，其包括加壓液體
共用源和兩個或更多個噴射端的陣列(an array of 2 or more spraying tips)，其 中各噴射端從加壓液體的共用源進料以產生兩條或更多條液體流動路徑。容 易清潔的、能移動的片在各個噴射端的單獨的液體流動路徑內提供單獨的流 動阻抗裝置。施加高壓電源以在噴射端陣列和沉積表面之間產生高壓電壓。 為了清楚起見，"紡絲"和"噴射，，是用於本發明目的的可互換的術語，術 語"電紡絲"和"電噴射，，也是可互換的。


為了更充分地理解本發明的性質和優點，應該結合附圖參考以下具體描 述，在附圖中
圖1為二極體電路的示意圖； 圖2為圖1的電路的電壓/電流特性(曲線)； 圖3為圖1添加了串聯電阻器後的示意圖； 圖4為圖3的電路的電壓/電流特性(曲線)；
圖5為介紹性的泰勒噴射或紡絲設備或陣列布置，其中加壓流體共用源 與各個獨立的噴射端連通並且陣列中各個噴射端具有其自身獨立的FCR(流 動阻抗裝置)；
圖6為圖5的泰勒噴射或紡絲設備或陣列布置的實施方式，其中通過能 移動的纖維片或多微孔片將加壓液體加料到具有產生噴射或紡絲端的開口 的噴射或紡絲管中，所述能移動的纖維片或多微孔片起到各噴射或紡絲端的 單獨的FCR的作用；
圖7為圖5的泰勒噴射或紡絲設備或陣列布置的另一實施方式，其中通 過穿過能移動的不能滲透的片的單獨的針孔將加壓液體進料到具有產生噴射或紡絲端的開口的噴射或紡絲管中，其中所述各針孔單獨地用作各噴射或
紡絲端的FCR;
圖7A為具有圖7中所示開口的噴射或紡絲管之一的分解圖；和
圖8為圖7的俯^L圖。
以下將更具體地描述各附圖。
具體實施例方式
流體限制流阻(FCR)的概念
首先參考圖5,我們假設在由頂部3和基底45構成的歧管腔內有保持壓 力為P2的流體1，基底45是部分示於4處的所需噴射端陣列所共用的。各 個噴射端流量13獨立地受其自身的FCR(流量控制限制器)5的限制，FCR 5 限制E, E初始近似於施加的電壓V9除以孔到沉積平面10的距離S 11。電 源9可具有任一極性。電源9還可以選定頻率變換極性，其中每種極性具有 一定的工作循環百分比。電源9還可為正弦交流電。在此再次聲明，術語"流 體"包括在紡絲設備的瞬時溫度下是液體或流體的材料(即該材料是流質的)。
的紡絲陣列中。
所得的紡成纖維(或液滴)12射到產品99上。產品99可為正在被塗覆的 單一的工件(包括三維物體)或產品材料的移動著的網(web)。可能必須對產品 99的表面進行改性或改變產品99的體積電導率以確保產品99的頂面接近沉 積平面IO的靜電電勢。靜電領域的從業者利用多種技術(包括以下的一種或 多種向多孔介質添加溼氣、將導電膜施加到否則便絕緣的材料上、和用"金 屬絲(tinsel)"對移動著的表面進行放電)來使產品99的間隙側上的電荷積累 最小化。
注意，對於給定的流量，取決於流體性質(粘度、表面張力和電導率)和 靜電場，噴射端可以各種模式進行噴射。參見例如Anatol Jaworek和Andrzej Krupa 在 http:〃www.imp.gda.pl/ehd/ehd—spry.html 的 E7e"ra/zj^ra辦wa脂'c S/ raj^g，其中僅討論了液體(液滴)噴射。在紡纖維時存在類似的才莫式，其中， 尤其是溶劑蒸發速率、表面張力、電導率和粘度變成控制是否得到未破損的 纖維的重要參數。 一旦為給定的產品應用配製成合適的流體，可靠的紡絲靜 電塗布體系便可能需要控制間隙中的溶劑蒸氣壓(溶劑分壓)。圖5描繪了進入示意性的限制器5的頂部時的流量13僅僅是為了引入
限制器的概念。
注意，我們之前已經介紹了泰勒錐紡絲發生在延伸到間隙E電場中的管 6的末端開口處。或者，紡絲可以在基底45底部中的接近齊平的開口處進行。 這種齊平的開口導致在泰勒錐上的電場強化較小，但是可有利地在多個開口 之間產生較小的電場相互作用。我們選擇蘊含有其中泰勒噴射(紡絲)作為"噴 射端"而發生的各種開口，並承認所述開口可具有各種幾何結構，並且其它 的電極構造(例如罩或額外的加強表面)也是可行的。
在以下討論中，我們將公開限制進入各個"噴射端"中的流體流量從而 控制進入各個"噴射端"中的流體流量的方法。不論開口是位於延伸到E電 場中(一種極端情況)的針狀管的末端，還是作為平面電極中的凹進去的開口 (另一種極端情況)，都可應用這些方法。
限流器的設計高度取決於正被紡絲的瞬時液體的粘度ia。我們將通過實 例公開並討論產生所需限制流阻(FCR)的兩種方式。我們的第一個實例設置 如下:
V=50KV s = 15 cm 粘度『6.1泊
我們假設選定的液體都具有足以"紡絲，，或"噴射，，的電導率。這種電 導率的調整(通常通過離子摻雜進行調整)是本領域技術人員所公知的(參見
例如，Adrian G. Bailey的 "E/e"raWa"c Spray/"g o/Zj々w/tis ", Research Studies Press LTD, Taunton, Somerset, England)。我們還假設正被紡絲的液體可含有 揮發性組分，該揮發性組分揮發以產生所需的固體(或粘性)纖維並且該液體 具有適於"紡成"纖維的表面張力和粘度值。關於以下兩個限流器類型的圖 僅用於具體描述相關的限流器細節。 實施例1
纖維.片或微孔片限流器
圖6描繪了紡絲陣列的一部分(這裡使用內徑約2mm且間隔約1"以使 靜電相互作用最小化的管6),其中纖維片20限制進入各個噴射端的流量。 使用24-磅的證券紙(Bondpaper)作為纖維片，我們得到粘度p-6.1泊的水基 流體的如下的恆定流量
1014psi .96 nL/分鐘/噴射端
使用濾紙(兩層的#4 Whatman定性濾紙，商標目錄編號為1004150)作為 纖維片和粘度^ = 6.1泊的水基流體，我們得到如下的恆定流量 1 psi 10 ^L/分鐘/噴射端
5psi 31nL/分鐘/噴射端 10psi 69laL/分鐘/噴射端
注意，在觀測形成具有噴射孔直徑的半球狀液滴(無靜電場)所需的時間 之後進行計算，由此測定流量。由纖維片限流器所引起的對流體流量的高度 限制導致該流量幾乎與施加靜電場時的流量相同。該特徵使噴射端與噴射端 之間的相互作用最小化，因為該電場對進入限流器的加壓流體1與噴射端的 末端之間的總壓力降幾乎沒有影響。這確保了不論噴射端的靜電場強度如4可 變化，所有噴射端中的流體流量都是一致的，這正是我們的目的。
我們發現，當使用證券紙時，我們的第一原型陣列中5根管的流量匹配 在15%以內。當使用(更均勻的)濾紙時，所有5個噴嘴的流量都在5%以內。 任何已嘗試由多個噴射端紡絲而不使用單獨的正排量泵或已嘗試精確匹配 分流的增壓室(tapped plenum)中若干流型的人都會欣賞這種使用單一的壓力 調節器將大量噴射端的流量可預計地設定在高於6:1的範圍的能力。
在纖維片(或過濾介質)中，各紡絲管6中的流體(顯示為例如噴射端之一 的流體21)通過纖維介質並積聚到排料口(relief opening)22中，排料口 22將 該流體導入瞬時管6中。排料口 22的直徑控制將流體限制到瞬時噴射端中 的纖維介質的面積。較大直徑的排料口 22或較薄的纖維氈片20將提高在給 定的液體粘度和壓力2下的流量。對於給定的流體粘度，可調節排料口 22 的直徑、纖維介質的厚度和孔隙率以及流體壓力所有這些因素以在(共用流 體歧管)陣列內所有類似尺寸的噴射端中產生期望的紡絲流速。
使用纖維材料片20的顯著優勢在於可更換整個片用於清洗或適應不同 的流體粘度範圍(或纖維片潤溼能力或與瞬時流體的化學相容性)。另一優勢 在於其筒易性和低成本。為了清楚起見，假設纖維材料是多孔性的以使待紡 絲/噴射的流動材料通過。
我們還公開纖維片可為兩層或多層片的疊層材料，其中孔隙率較大的 (底部)層提供橋接強度且孔隙率較小的(頂部)層提供主要的流動阻力而不影 響它們的脆性。我們還公開使用能更換的限流片，其包括否則便是不可滲透的膜中的微孔(通常小於5微米的有效直徑)。當然，不同類型的限制層的混 合堆疊是可行的並且可有利地進行使用。
纖維(或過濾介質)或微孔片的缺點在於它們均不可用於對含有(可能是 所需的)固體顆粒的流體進行電紡絲或電噴射，因為隨著紡絲流體的前進， 這些固體顆粒將被分離並堵塞纖維材料。
實施例2
有針孔的能更換的片
我們提出優選在薄的、不能滲透的且能更換的片中使用半徑為r或直徑 為d的孔。本發明的流量限制使紡絲或噴射陣列能夠利用可含有小顆粒的液體。
如果液體具有非常低的粘度(例如小於約IO釐泊)，我們可使用動態能量 守恆來表明通過這種針孔的流體體積V與孔半徑的平方以及孔的液體壓力 的平方根均成正比。流量還與液體粘度的平方根成反比，即
我們通過實驗發現所有良好地進行電紡絲而形成纖維的液體的粘度均 高於約100釐泊。對於這些更粘稠的液體，上述等式沒有正確地預測孔流量。 可使用如下毛細管流量方程更精確地預測孔流量
流量二0.00173(d4p/pl)
其中
流量單位為(aL/分鐘； d為孔的內徑&m);
P為毛細管的一端到另一端的壓力(PSI); p為粘度(;泊)；和 I為薄板的厚度Oim)。
特別令人感興趣的是如下事實使用多種技術在薄的材料中產生精確的 小孔是切實可行的。可以容易地在薄的材料中產生比實際毛細管的內徑小得 多的孔。例如，我們使用聚焦雷射脈衝、針刺、加熱的尖端、和^L械鑽孔在 各種聚酯膜上產生了 37微米直徑(士5。/。)的孑L PTFE膜特別期望進行雷射鑽孔。
現在參考圖7，其描繪了各自在7處產生噴射端的大量噴射管6。這些 管各自進料有通過其單獨的針孔40的加壓液體1，針孔40穿過否則便是不可滲透的片41。因此，各個管端7提供有類似於提供給陣列中的其它管端的 液體1的流量。實際上，管6的直徑比限制性針孔40的直徑大得多，並且 間隙電場8的作用比流體1的流體靜壓力的作用小得多。因此，紡絲端流量 主要由流體1的壓力、流體1的粘度、和相關孔40的直徑決定。優選地， 管6的內徑大於例如400微米，以允許當材料在管孔中乾燥、聚集、或固化 時可以容易地清潔管6(通過在除去限流器的情況下進行鉸孔或高速流動而 進行)。
例如，在沒有間隙電場8時，穿過IOO微米厚的片中50微米直徑的孔 的、加壓至2psi的、1100釐泊的液體的流動將紡絲端流量限制為約20微升 /分鐘。如果隨後接通間隙電場8使其達到間隙中有2.5 KV/cm的典型紡絲電 場，則紡絲端處的電場將為約7.5 KV/cm(因為在導電突出物處的電場在名義 上將有三倍的增強)。這種電場將在紡絲端處的液體上產生計算為約0.0006 psi的"表面壓力，，值，該值與2psi的歧管壓力相比是可忽略的。
排料區22確保管6相對於其針孔40可稍有偏離，並且仍然將液體進料 到瞬時噴射管中。排料區22的收集區不影響孔的流量，因為假設了不能滲 透的片41密封了排料區22的周邊並且流體僅穿過各自具有直徑d的針孔40 前進。
注意，在圖7A中，為了清楚起見放大了針孔40的孔尺寸。針孔40通 常非常小，直徑為約25微米至例如約IOO微米。比較起來，噴射管6的內 徑通常為約200微米~約2000微米，因而噴射端7的頂端的內徑通常為約 200微米~約2000微米。對於給定的期望的紡絲或噴射流量，較粘稠的液體 需要較大的針孔或較高的流體壓力。當管6的內徑比相關針孔40的內徑大 得多時，管6對噴射端流量的作用可忽略。
含有針孔的不能滲透的片41優選是可容易地移動和更換的，以調節給 定流體的流量和/或進行周期性的清洗。在作為圖7的俯^L(頂部)圖的圖8中 進一步描繪了利用能移動和能更換的針孔陣列的優選方式，其中不能滲透的 片41固定到邊框43上，邊框43通過將定位銷(dowelpin)44分度(index)而精 確地安置在排料區(relief area)22上面，定位銷44在含有液體的加壓歧管內， 該加壓歧管由基底45和可拆卸的蓋3組成。
因此能互換、能更換的針孔陣列可以在別處製造並通過可拆卸的蓋3插 入到頭中，然後使用扣件46將可拆卸的蓋3再次附著到基底45上。然後用液體1填充含有針孔陣列的組裝頭並通過管47加壓以製造受限流體，該受 限流體通過各限制性針孔40，然後通過管6，並進一步到達暴露於靜電場的 紡絲或噴射端7，紡絲或噴射端7暴露於靜電場8。
小針孔40可變得被流體1中(可能是所需的)顆粒的碎片或結塊堵塞。快 速替換整個限流器陣列的能力將是生產操作中容易被賞識的特徵。
通常例如通過機械鑽孔、衝孔、雷射鑽孔、化學蝕刻、或電鑄(如果片 41為金屬的話)中的一種或多種方法形成針孔40。或者當片41為聚合物時 可通過鑽孔、沖孔、或熱製造(例如，通過用加熱的尖狀物(point)或雷射束燒 穿)產生針孔。更昂貴和複雜的製造是可行的，由此不可滲透的片41帶有多 個小孔組成部分，例如寶石孔(jewel orifice)。
雖然已經參考若干實施方式描述了本發明，但本領域技術人員將理解， 可進行若干變化和可用等價物替換其元件而不脫離本發明的範圍。而且，可 進行許多改進以使特定的情況或材料適應於本發明的教導而不脫離本發明 的基本範圍。因此，本發明旨在不限於所公開的具體實施方式
，相反，本發 明包括落入所附權利要求範圍內的所有實施方式。在本申請中，所有單位均 符合所指明的計量制度，並且所有的量和百分比均以重量計，除非另外清楚
地說明。而且，本文引用的所有引文均特意引入本文作為參考。
權利要求
1.電流體力學噴射/紡絲沉積系統，其包括(a)在歧管內的加壓流質材料共用源；(b)兩個或更多個噴射端的陣列，所述各噴射端由在所述歧管內的加壓流質材料的所述共用源進料以產生液體流動路徑；(c)設置於所述各噴射端從所述加壓流質材料源流到所述各噴射端的單獨的液體流動路徑內的單獨的流動阻抗裝置，所述單獨的流動阻抗裝置包括以下的一種或多種(i)公用的能更換的多孔片區、或(ii)在公用的能更換的液體不能滲透的片中的一個或多個小孔；(d)沉積表面；和(e)高壓電源，其適於產生施加在所述噴射端陣列和沉積表面之間的高壓電壓。
2. 權利要求1的電流體力學噴射/紡絲沉積系統，其中所述加壓流質材 料從約0.01 psi加壓至約100psi。
3. 權利要求1的電流體力學噴射/紡絲沉積系統，其中所述流動阻抗裝 置位於較大直徑的腔的頂上，該較大直徑的腔引導流質材料流過所述多孔或 纖維片並進一步進入相連的噴射端中。
4. 權利要求1的電流體力學噴射/紡絲沉積系統，其中從所述阻抗裝置 到所述噴射或紡絲端的流動路徑包括將所述噴射或紡絲端延伸到高壓電場 中的管。
5. 權利要求1的電流體力學噴射/紡絲沉積系統，其中從所述阻抗裝置 到所述噴射端的流動路徑包括內徑大於約250微米的管。
6. 權利要求1的電流體力學噴射/紡絲沉積系統，其中所述能更換的多 孔片為以下的一種或多種濾膜、紙張、織造布、多孔陶瓷、壓縮的二氧化 矽球、嵌段共聚物、發泡聚合物、膨體聚四氟乙烯膜、開孔泡沫體、或多孔 金屬。
7. 權利要求1的電流體力學噴射/紡絲沉積系統，其中在所述不能滲透 的片中的一個或多個小孔包括直徑為約10微米~約200微米的一個或多個 孔或者產生接近約78 ~約31000平方微米的類似總有效面積的一組較小的孔。
8. 權利要求1的電流體力學噴射/紡絲沉積系統，其中所述多孔片包括 纖維片。
9. 權利要求8的電流體力學噴射/紡絲沉積系統，其中所述不能滲透的 片中的所述一個或多個小孔通過機械鑽孔、雷射鑽孔、電化學蝕刻、電鑄、 沖孔、穿孔中的一種或多種，或者通過穿過所述液體不能滲透的片的加熱的 尖狀物以積4戒方式形成。
10. 權利要求1的電流體力學噴射/紡絲沉積系統，其中含有所述孔的所 述不能滲透的片能從接近所述噴射端流體開口處移開。
11. 權利要求1的電流體力學噴射/紡絲沉積系統，其中含有所述孔的所 述不能滲透的片附著於框架上，當將該框架插入到所述歧管中時，對該框架 進行分度以使能移動的孔接近所述噴射端流體開口 。
12. 權利要求10的電流體力學噴射/紡絲沉積系統，其中當所述不能滲 透的片裝配在所述歧管中時，該不能滲透的片中的孔位於所述歧管中較大直 徑的腔的頂上，所述腔引導流質材料流從所述孔流出並進一步進入瞬時噴射 端流動路徑中。
13. 權利要求11的電流體力學噴射/紡絲沉積系統，其中當所述不能滲 透的片裝配在所述歧管中時，該不能滲透的片中的孔位於所述歧管中較大直 徑的腔的頂上，所述腔引導流質材料流從所述孔流出並進一步進入瞬時噴射 端流動^各徑中。
14. 權利要求1的電流體力學噴射/紡絲沉積系統，其中所述流動阻抗裝 置能從接近所述噴射端流體路徑處移開。
15. 權利要求1的電流體力學噴射/紡絲沉積系統，其中所述多孔片包括 多於一層的片。
16. 權利要求1的電流體力學噴射/紡絲沉積系統，其包括一個或多個歧 管，其中各歧管具有相同的材料或不同的材料。
17. 對流質材料進行電噴射/電紡絲的方法，其包括如下步驟 (a)提供電流體力學噴射/紡絲設備，其包括(i) 含有加壓流質材料共用源的歧管；(ii) 兩個或多個噴射端的陣列，所述各噴射端從含有加壓流質材料 的所述共用源的所述歧管進料以產生液體流動路徑；(iii) 設置在所述各噴射端從所述加壓流質材料源流到所述各噴射端的單獨的液體流動路徑內的單獨的流動阻抗裝置，所述單獨的流動阻抗裝置包括以下的一種或多種(i)公用的能更換的多孔片區、或(ii)^^用的能更換 的液體不能滲透的片中的一個或多個小孔；和(iv)高壓電源，其適於產生施加在所述噴射端陣列和沉積表面之間 施加的高壓電壓；(b)在歧管內用加壓流質材料共用源對所述歧管進行加料；(e) 接近於所述電流體力學噴射/紡絲設備設置沉積表面；和(f) 用所述電流體力學噴射/紡絲設備對所述流質材料進行電噴射/電紡 絲以在沉積表面上形成納米纖維。
18. 權利要求17的方法，其中所述流質材料包括具有蒸氣壓的揮發性溶 劑，其中在所述噴射端陣列和所述沉積表面之間的間隙中的電場強度維持在 用於對所述流質材料進行噴射或紡絲的可接受範圍內。
19. 權利要求17的方法，其中所述沉積表面具有維持在適於噴射或紡絲 的可接受範圍內的收集表面電荷電勢。
20. 權利要求19的方法，其中所述流質材料具有適於噴射或紡絲的電導率。
21. 權利要求19的方法，其中公用的能更換的多孔片包括多於一層的片。
22. 權利要求17的方法，其包括一個或多個歧管，其中提供多於一個歧 管，各歧管具有相同的材料或不同的材料；其中將所述相同或不同的材料電 噴射/電紡絲到所述沉積表面上。
全文摘要
本發明涉及電流體力學噴射或紡絲沉積系統，其包括位於歧管內的加壓液體共用源、以及兩個或更多個噴射端的陣列，各噴射端由加壓液體共用源進料以產生液體流動路徑。單獨的流動阻抗裝置設置於各噴射端從加壓液體源流到各噴射端的單獨的液體流動路徑內。所述單獨的流動阻抗裝置設置於能更換的片內，該片可容易地清潔或更換以適應具體的液體粘度和組成。施加高壓電源以產生施加在該噴射端陣列和沉積表面之間的高壓電壓。
文檔編號B29B9/00GK101610884SQ200680056904
公開日2009年12月23日 申請日期2006年12月6日 優先權日2006年12月5日
發明者約翰·A·羅伯遜, 阿什利·S·斯科特 申請人:納米靜力學公司