本發(fā)明涉及靜電紡絲領(lǐng)域，特別是涉及一種圓柱面菱形間隔陣列的靜電紡絲噴頭及靜電紡絲方法。

背景技術(shù)：

申請(qǐng)?zhí)枮?00910031948.2的發(fā)明專利公開(kāi)了一種陣列多噴頭靜電紡絲設(shè)備，利用在平面上呈線性矩形陣列布置的多個(gè)噴頭進(jìn)行紡絲，可實(shí)現(xiàn)電紡纖維膜材的大批量生產(chǎn)。

然而經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用后，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)噴頭在平面上呈陣列布置后，各噴頭尖端的電場(chǎng)會(huì)相互影響、干擾，使得不同噴頭之間電場(chǎng)差異較大導(dǎo)致紡絲不均。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種圓柱面菱形間隔陣列的靜電紡絲噴頭，其噴嘴的尖端電場(chǎng)較為均勻。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種圓柱面菱形間隔陣列的靜電紡絲噴頭，包括本體，所述本體具有一位于頂部的圓柱面以及設(shè)有至少兩組輸出結(jié)構(gòu)，各組輸出結(jié)構(gòu)沿圓柱面的軸線方向呈線性陣列布置，后一組輸出結(jié)構(gòu)相對(duì)于前一組輸出結(jié)構(gòu)在圓柱面的軸線方向上對(duì)稱并間隔一段距離，各組輸出結(jié)構(gòu)包括開(kāi)設(shè)在圓柱面上的四個(gè)連接孔，每個(gè)連接孔上均接有針式噴嘴，各針式噴嘴沿圓柱面的法向延伸且等高，同一組輸出結(jié)構(gòu)中各連接孔在水平面上的投影分別處于菱形的端點(diǎn)上，且相鄰兩個(gè)菱形的其中一個(gè)頂角正對(duì)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，相鄰組輸出結(jié)構(gòu)的間距與菱形的邊長(zhǎng)相等。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，同一組輸出結(jié)構(gòu)中各連接孔在水平面上的投影分別處于正方形的端點(diǎn)上。

本發(fā)明還提供一種靜電紡絲方法，其采用的技術(shù)方案是：

使用上述的靜電紡絲噴頭，將紡絲液涂覆于各針式噴嘴上，紡絲液在針式噴嘴、收集裝置所形成的誘導(dǎo)電場(chǎng)下產(chǎn)生誘導(dǎo)射流，誘導(dǎo)射流被誘導(dǎo)至收集裝置形成纖維。

另外，本發(fā)明的靜電紡絲噴頭還可以采用以下結(jié)構(gòu)：

所述針式噴嘴具有中空的出液腔，所述本體表面具有進(jìn)液口，本體內(nèi)部具有溶液通道，所述出液腔通過(guò)對(duì)應(yīng)的連接孔、溶液通道連通進(jìn)液口。

該靜電紡絲噴頭的靜電紡絲方法如下：

將紡絲液通過(guò)溶液通道注入出液腔內(nèi)并到達(dá)針式噴嘴頂端，紡絲液在針式噴嘴、收集裝置所形成的誘導(dǎo)電場(chǎng)下產(chǎn)生誘導(dǎo)射流，誘導(dǎo)射流被誘導(dǎo)至收集裝置形成纖維。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明各組輸出結(jié)構(gòu)沿圓柱面的軸線方向呈線性陣列布置，各組輸出結(jié)構(gòu)的四個(gè)連接孔在水平面上的投影分別處于菱形的端點(diǎn)上，那么各連接孔在投影面上的投影點(diǎn)連線形成菱形對(duì)稱陣列的軌跡，這種布置方式相對(duì)于在平面上呈陣列軌跡布置的噴嘴的現(xiàn)有技術(shù)來(lái)說(shuō)，各噴嘴電場(chǎng)強(qiáng)度差異較小，各噴嘴的尖端電場(chǎng)更加均勻。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是靜電紡絲噴頭的主視圖；

圖2是靜電紡絲噴頭的側(cè)視圖；

圖3是靜電紡絲噴頭的俯視圖；

圖4是靜電紡絲過(guò)程的示意圖；

圖5是在平面上呈三排線性陣列布置噴頭的示意圖；

圖6是在平面上呈菱形陣列布置噴頭的示意圖；

圖7是圖5中布置方式的電場(chǎng)仿真結(jié)果示意圖；

圖8是本發(fā)明第一實(shí)施例電場(chǎng)仿真結(jié)果示意圖；

圖9是圖6中布置方式的電場(chǎng)仿真結(jié)果示意圖；

圖10是本發(fā)明第二實(shí)施例電場(chǎng)仿真結(jié)果示意圖；

圖11是與圖10第二實(shí)施例的投影軌跡具有相同軌跡圖形的噴頭的電場(chǎng)仿真結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1至圖3所示的圓柱面菱形間隔陣列的靜電紡絲噴頭，包括本體1，本體1具有一位于頂部的圓柱面以及設(shè)有至少兩組輸出結(jié)構(gòu)，所述的輸出結(jié)構(gòu)用于收集并噴射紡絲液。

每組輸出結(jié)構(gòu)由開(kāi)設(shè)在圓柱面上的四個(gè)連接孔以及分別連接在連接孔上的針式噴嘴2組成，附圖中的連接孔與針式噴嘴2重合，因此連接孔在圖1和圖2中沒(méi)有標(biāo)示。如圖3所示，這四個(gè)連接孔在水平面上投影分別處于菱形的端點(diǎn)上，也就是將投影點(diǎn)連線后構(gòu)成菱形的軌跡。該所述的菱形中，短軸平行于圓柱面所在的軸線，長(zhǎng)軸垂直于圓柱面的軸線，也即相應(yīng)組輸出結(jié)構(gòu)中的其中兩個(gè)相對(duì)的兩個(gè)連接孔位于圓柱面的頂線上，另外兩個(gè)連接孔對(duì)稱位于圓柱面頂線的兩側(cè)。

實(shí)施例中，各組輸出結(jié)構(gòu)沿圓柱面的軸線上呈線性陣列布置，后一組輸出結(jié)構(gòu)相對(duì)于前一組輸出結(jié)構(gòu)在圓柱面的軸線方向上對(duì)稱并間隔一段距離，由此，所有輸出結(jié)構(gòu)在水平面上的投影即構(gòu)成了多個(gè)間隔的菱形的線性陣列圖形。具體來(lái)說(shuō)，參考圖3，上述兩兩相鄰的菱形具有正對(duì)的一對(duì)頂角，這對(duì)頂角的頂點(diǎn)31、32即分別為兩組輸出結(jié)構(gòu)相對(duì)的連接孔的投影點(diǎn)，頂點(diǎn)31、32的距離即為相鄰組輸出結(jié)構(gòu)的間距d。

上述的針式噴嘴2遠(yuǎn)離連接孔的末端為針尖結(jié)構(gòu)，該種針式噴嘴2為本領(lǐng)域常用的噴頭結(jié)構(gòu)，在此不作詳細(xì)的描述。每組輸出結(jié)構(gòu)的針式噴嘴2都是等高的，而且不同組輸出結(jié)構(gòu)的各針式噴嘴2也是等高的，也即所有的針式噴嘴2均相對(duì)于圓柱面來(lái)說(shuō)等高。這些針式噴嘴2沿圓柱面的法向延伸。

上述的本體1可以是完整的圓柱體結(jié)構(gòu)從而其表面均為圓柱面，也可以是僅有一部分具有圓柱面的結(jié)構(gòu)。

具有上述連接孔、針式噴嘴軌跡的靜電紡絲噴頭能大大減少呈各針式噴嘴電場(chǎng)的相互影響，使得各針式噴嘴的尖端電場(chǎng)更加均勻。

優(yōu)選的，相鄰組輸出結(jié)構(gòu)的間距（即上述投影點(diǎn)31、32的間距d）與菱形的邊長(zhǎng)（投影點(diǎn)31、33的距離）相等，這種布置結(jié)構(gòu)更有利于保證尖端電場(chǎng)的均勻。

更優(yōu)選的，同一組輸出結(jié)構(gòu)中各連接孔在水平面上的投影分別處于正方形的端點(diǎn)上，也即四個(gè)連接孔在投影面上的軌跡構(gòu)成一個(gè)斜置的正方形。這種布置結(jié)構(gòu)更有利于保證尖端電場(chǎng)的均勻。

上述實(shí)施例的靜電紡絲方法如下：

如圖4所示，將紡絲液通過(guò)外部的涂覆裝置均勻涂覆于各針式噴嘴2上，本體1相對(duì)于收集裝置4是固定不動(dòng)的，并且針式噴嘴2朝向收集裝置4，紡絲液在針式噴嘴2、收集裝置4所形成的誘導(dǎo)電場(chǎng)下產(chǎn)生誘導(dǎo)射流，誘導(dǎo)射流被誘導(dǎo)至收集裝置4形成纖維。

在靜電紡絲噴頭的其他實(shí)施例中，針式噴嘴2可以具有中空的出液腔，該出液腔貫通針式噴嘴2前后，在本體1表面具有進(jìn)液口，本體1內(nèi)部具有溶液通道，出液腔通過(guò)對(duì)應(yīng)的連接孔、溶液通道連通進(jìn)液口。此時(shí)，連接孔可以認(rèn)為是一個(gè)噴孔。

采用該優(yōu)選實(shí)施例的靜電紡絲方法如下：

如圖4所示，本體1相對(duì)于收集裝置4是固定不動(dòng)的，并且針式噴嘴2朝向收集裝置4，將紡絲液通過(guò)溶液通道注入出液腔內(nèi)并到達(dá)針式噴嘴2頂端，紡絲液在針式噴嘴2、收集裝置4所形成的誘導(dǎo)電場(chǎng)下產(chǎn)生誘導(dǎo)射流，誘導(dǎo)射流被誘導(dǎo)至收集裝置4形成纖維。這種紡絲方法和紡絲結(jié)構(gòu)能夠持續(xù)而不間斷地進(jìn)行紡絲。

以下通過(guò)電場(chǎng)仿真來(lái)將實(shí)施例中的靜電紡絲噴頭與在平面上呈線性陣列布置以及菱形間隔陣列布置的噴頭進(jìn)行對(duì)比。

實(shí)施例一：

圓柱面上有5組輸出結(jié)構(gòu)，每組輸出結(jié)構(gòu)的連接孔在水平面上的投影軌跡可看做是由兩個(gè)軸對(duì)稱的正三角形組成。

仿真參數(shù)如下：針式噴嘴2直徑2mm，噴嘴端部至圓柱面的高度為15mm，在如圖3所示的俯視圖（水平投影）中，相鄰噴嘴投影點(diǎn)的間距為20mm，噴嘴材料為不銹鋼，圓柱面的直徑為100mm，長(zhǎng)度為220mm，材料為不銹鋼。圓柱面頂線距離收集裝置距離為115mm，收集裝置寬為180mm，長(zhǎng)為240mm，厚為2mm，材料為鋁。仿真軟件為comsol，仿真電壓為50kv。所取電場(chǎng)均為噴嘴尖端1mm處電場(chǎng)。

對(duì)比仿真的噴嘴61在平面6上成三排線性陣列布置，如圖5所示。噴嘴61直徑2mm，噴嘴端部至平面6的高度為15mm，相鄰噴嘴間距為20mm，材料為不銹鋼。噴嘴61的頂端離并未圖示的收集裝置距離為100mm，收集裝置寬為180mm，長(zhǎng)為240mm，厚為2mm，材料為鋁。仿真軟件為comsol，仿真電壓為50kv；所取電場(chǎng)均為噴嘴尖端1mm處電場(chǎng)。

如圖6所示，對(duì)比仿真的噴嘴51在平面5上菱形對(duì)稱間隔陣列布置，該布置所形成圖形與本靜電紡絲噴頭各連接孔在水平投影面上投影所上形成的圖形一致。噴嘴51直徑2mm，噴嘴端部至平面5的高度為15mm，相鄰噴嘴間距為20mm，材料為不銹鋼。噴嘴51的頂端離并未圖示的收集裝置距離為100mm，收集裝置寬為180mm，長(zhǎng)為240mm， 厚為2mm，材料為鋁。仿真軟件為comsol，仿真電壓為50kv；所取電場(chǎng)均為噴嘴尖端1mm處電場(chǎng)。

對(duì)比圖7、圖8和圖9為仿真結(jié)果，圖8中相鄰針式噴嘴的電場(chǎng)強(qiáng)度相差較小，并且每個(gè)區(qū)域（每四個(gè)波峰為一組所形成的曲線）的電場(chǎng)強(qiáng)度相差較小；而圖7和圖9所示，相鄰噴嘴的電場(chǎng)強(qiáng)度差距明顯比圖8中的大。因此采用本實(shí)施例靜電紡絲噴頭所獲得的電場(chǎng)更均勻。

實(shí)施例二：

圓柱面上有4組輸出結(jié)構(gòu)，每組輸出結(jié)構(gòu)的連接孔在水平面上的投影軌跡為正方形。其他仿真參數(shù)與實(shí)施例一中一致。

對(duì)比仿真的噴嘴在平面上成三排線性陣列布置，如圖5所示。噴嘴直徑2mm，噴嘴端部至平面的高度為15mm，相鄰噴嘴間距為20mm，材料為不銹鋼。噴嘴的頂端離并未圖示的收集裝置距離為100mm，收集裝置寬為180mm，長(zhǎng)為240mm，厚為2mm，材料為鋁。仿真軟件為comsol，仿真電壓為50kv；所取電場(chǎng)均為噴嘴尖端1mm處電場(chǎng)。

對(duì)比仿真的噴嘴在平面上菱形對(duì)稱間隔陣列布置，大致的形狀可參考圖6，區(qū)別的是只有4組菱形，且該菱形也為正方形。該布置所形成圖形與實(shí)施例二的投影軌跡形成的圖形一致。噴嘴直徑2mm，噴嘴端部至平面的高度為15mm，相鄰噴嘴間距為20mm，材料為不銹鋼。噴嘴的頂端離并未圖示的收集裝置距離為100mm，收集裝置寬為180mm，長(zhǎng)為240mm， 厚為2mm，材料為鋁。仿真軟件為comsol，仿真電壓為50kv；所取電場(chǎng)均為噴嘴尖端1mm處電場(chǎng)。

對(duì)比圖7、圖10和圖11為仿真結(jié)果，圖10中相鄰針式噴嘴的電場(chǎng)強(qiáng)度相差較?。欢鴪D7和圖11所示，相鄰噴嘴的電場(chǎng)強(qiáng)度差距明顯比圖10中的大。因此采用本實(shí)施例靜電紡絲噴頭所獲得的電場(chǎng)更均勻。

以上所述只是本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，其并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。