龍捲風式靜電紡絲噴頭的製作方法

2023-11-30 23:43:08

本發明涉及靜電紡絲技術，特別是一種龍捲風式靜電紡絲噴頭。

背景技術：

靜電紡絲是一種近年來發展較快的納米纖維製備方法，通過該方法獲得的納米纖維具有一系列優良的性能，例如超高的比表面積、良好的靈敏度、生物相溶性等，可用於製造傳感器、藥物載體、人造血管、過濾材料等產品，在化工、醫療、環保、快速消費品等領域發揮巨大的作用。

靜電紡絲原通常使用按配方混合好的聚合物溶液和熔體作為原材料，在特定的裝置中進行。該裝置一般由原料注入設備、高壓電源、噴射裝置和接收裝置幾部分組成。噴射裝置和接收裝置分別接高壓電源正負極。原料以液滴形式注入噴射裝置，在高壓電場作用下於噴射裝置出口處形成泰勒錐，當電場力作用大於泰勒錐表面張力時，泰勒錐尖端形成噴射細流。帶電細流在電場力作用下落向接收裝置，同時溶劑蒸發，最終在接收裝置上纏繞，形成納米纖維氈。

儘管納米纖維性能優良，但靜電紡絲低下的生產效率嚴重製約了這一技術在市場上的推廣應用。目前靜電紡絲噴頭主要分為有針和無針兩類。使用針頭作為噴射裝置可以獲得形狀良好的泰勒錐，但針頭易堵塞；多針頭有利於提高效率，但多針頭間電場互相干擾，影響納米纖維質量。無針噴頭是靜電紡絲設備發展的方向，通過一次性產生多個泰勒錐或微液滴來提高納米纖維生產效率，然而自由液面無針噴頭生成的納米纖維不易控制方向。此外，液滴形成速率也直接影響電紡絲效率，同一時刻泰勒錐或微液滴越多，形成的纖維也越多。以往研究中，用目篩或網孔等結構來獲取微液滴，容易堵塞，清洗不方便。

技術實現要素：

本發明的目的在於針對已有技術存在的缺陷，提供一種龍捲風式靜電紡絲噴頭，以滿足提高靜電紡絲效率、控制出絲方向、便於清洗的需求。

本發明的構思是：該靜電紡絲噴頭主要由錐形外殼、外殼封蓋、錐螺杆、螺杆密封圈、螺杆驅動裝置、推進裝置、供氣裝置、高壓電源、接收裝置幾部分組成。錐形外殼側面開有溶液進料口。配置好的溶液通過推進裝置按一定速度注入錐形外殼中。錐形外殼與外殼封蓋通過螺釘連接。錐螺杆置於錐形外殼中。驅動裝置帶動錐螺杆旋轉。外殼封蓋上開有氣孔，供氣裝置通過管路、氣孔將氣體注入錐形外殼。

液滴注入錐形外殼後，錐螺杆高速轉動，錐形外殼內腔形成類似於龍捲風的氣流，在氣流作用下，液滴與液滴之間，液滴與噴嘴內腔內壁之間發生反覆碰撞，破裂成為尺寸更小的微液滴，即將注入的液體霧化，同時打開氣閥，高壓氣體通過管路、氣孔進入錐形外殼內腔，將微液滴由錐形外殼底端開孔噴出，在電場力及高壓氣體作用下，微液滴被拉伸成為納米纖維，收集到噴頭下端的接收裝置上。

根據上述發明構思，本發明採用下述技術方案：

一種龍捲風式靜電紡絲噴頭，包括一個錐形外殼、一個錐螺杆、一個外殼封蓋、一個螺杆密封圈、一套螺杆驅動裝置、一套推進裝置、一套供氣裝置、一套高壓電源、一個接收裝置。所述錐形外殼側面開有孔，與所述推進裝置連接；所述推進裝置中裝有配置好的溶液；所述錐形外殼底端為開口圓柱體，便於控制出絲方向；所述錐形外殼頂端開有六個螺紋孔；所述外殼封蓋為臺階形，下邊沿處開有六個孔，通過螺釘將所述外殼封蓋安裝到所述錐形外殼上；所述外殼封蓋頂端開有六個氣孔，氣孔通過管路連接到所述供氣裝置上；外殼封蓋頂端還開有所述錐螺杆安裝孔及所述螺杆密封圈安裝孔；所述錐螺杆上端為圓柱體安裝杆，中間為臺階面，下端為帶葉片的錐螺杆；所述錐螺杆的圓柱體安裝杆穿過所述外殼封蓋上的錐螺杆安裝孔與所述驅動裝置連接；所述錐螺杆在所述驅動裝置帶動下高速轉動；所述螺杆密封圈安裝在所述外殼封蓋上，確保所述錐螺杆旋轉時密封；所述高壓電源正極與所述錐形外殼連接，負極與所述接收裝置連接。

本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點：

(1)通過錐螺杆高速旋轉，將推進裝置輸入液滴分離成若干微小帶電液滴，同時紡出大量納米纖維；

(2)輸入高壓氣體，同時將大量微液滴快速排出錐形外殼，提高紡絲效率；

(3)錐形外殼底端設計成圓柱形，避免微液滴在排出時成傘狀噴射，有利於控制紡絲方向；

4)錐形外殼與外殼封蓋設計為可拆卸式，便於清洗；

5)外殼封蓋頂部高壓氣體進氣孔布置在一個環上，使得錐形外殼內腔氣體流向均勻，微液體噴出時不發生偏轉。

附圖說明

圖1是本發明結構示意圖。

圖2是圖1中錐形外殼示意圖。

圖3是圖1中錐螺杆示意圖。

圖4是圖1中外殼封蓋示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明優選實施例作進一步的說明。

參見圖1～圖4，本龍捲風式靜電紡絲噴頭特徵在於：一種龍捲風式靜電紡絲噴頭，包括一個錐形外殼(1)、一個錐螺杆(2)、一個外殼封蓋(10)、一個螺杆密封圈(8)、一套螺杆驅動裝置(6)、一套推進裝置(11)、一套供氣裝置(4)、一套高壓電源(15)、一個接收裝置(16)。其特徵在於：所述錐形外殼(1)側面開有孔(12)，與所述推進裝置(11)連接；所述推進裝置(11)中裝有配置好的溶液；所述錐形外殼(1)底端為開口圓柱筒，便於控制出絲方向；所述錐形外殼(1)頂端開有六個螺紋孔；所述外殼封蓋(10)為臺階形，下邊沿處開有六個孔，通過螺釘將所述外殼封蓋(10)安裝到所述錐形外殼(1)上；所述外殼封蓋(10)頂端開有六個氣孔(9)，所述氣孔(9)通過管路連接到所述供氣裝置(4)上；外殼封蓋(10)頂端還開有所述錐螺杆(2)安裝孔及所述螺杆密封圈(8)安裝孔；所述錐螺杆(2)上端為圓柱體安裝杆，中間為臺階面，下端為帶葉片的錐螺杆；所述錐螺杆(2)的圓柱體安裝杆穿過所述外殼封蓋(10)上的錐螺杆安裝孔與所述驅動裝置(6)連接；所述錐螺杆在所述驅動裝置帶動下高速轉動；所述螺杆密封圈(8)安裝在所述外殼封蓋(10)上，確保所述錐螺杆(2)旋轉時密封；所述高壓電源(15)正極與所述錐形外殼(1)連接，負極與所述接收裝置(16)連接。

工作原理如下：

將本裝置安裝在靜電紡絲機上，錐形外殼(1)頂部有螺紋孔(13)，外殼封蓋(10)下端有安裝孔(14)，錐形外殼(1)與外殼封蓋(10)通過螺釘連接；錐螺杆(2)安裝在錐螺杆(2)內腔，錐螺杆(2)穿過外殼封蓋(10)與驅動裝置(6)連接，錐螺杆(2)與外殼封蓋(10)接觸處通過螺杆密封圈(8)密封；外殼封蓋(10)上有六個氣孔(9)；供氣裝置(4)通過氣閥(5)、氣孔(9)向錐形外殼(1)內腔充入高壓氣體；高壓電源(15)正負極分別與錐形外殼(1)、接收裝置(16)連接，產生高壓電場。

高壓電源(15)上電，當推進裝置(11)通過孔(12)將溶液注入錐形外殼(1)內腔時，驅動裝置(6)帶動錐螺杆(2)高速旋轉，在錐形外殼(1)內腔內形成類似於龍捲風的氣流，氣流攪動注入液滴發生反覆旋轉、碰撞，使液滴破裂成為微米級小液滴，打開供氣裝置(4)，調節氣閥(5)，控制供氣速度，高壓氣體通過氣孔(9)注入錐形外殼(1)內腔，將小液滴由錐形外殼(1)底端噴出，在高壓電場、高壓氣體作用下，小液滴被拉伸，溶劑揮發，形成納米纖維收集到接收裝置(16)上，錐形外殼(1)下端為開口圓柱筒形狀，避免小液滴噴出時發散，保持垂直向下的方向脫離錐形外殼(1)，從而控制紡絲方向。

錐螺杆(2)含有螺紋部分的錐度與錐形外殼(1)的一致，尖頭部分的錐度比錐形外殼(1)大。尖頭部分末端含有一個錐齒輪。

上述具體實施方式用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護範圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落在本方面的保護範圍。