圆柱面菱形间隔阵列的静电纺丝喷头及静电纺丝方法与流程

本发明涉及静电纺丝领域，特别是涉及一种圆柱面菱形间隔阵列的静电纺丝喷头及静电纺丝方法。

背景技术：

申请号为200910031948.2的发明专利公开了一种阵列多喷头静电纺丝设备，利用在平面上呈线性矩形阵列布置的多个喷头进行纺丝，可实现电纺纤维膜材的大批量生产。

然而经过长时间的使用后，技术人员发现当喷头在平面上呈阵列布置后，各喷头尖端的电场会相互影响、干扰，使得不同喷头之间电场差异较大导致纺丝不均。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种圆柱面菱形间隔阵列的静电纺丝喷头，其喷嘴的尖端电场较为均匀。

本发明所采用的技术方案是：

一种圆柱面菱形间隔阵列的静电纺丝喷头，包括本体，所述本体具有一位于顶部的圆柱面以及设有至少两组输出结构，各组输出结构沿圆柱面的轴线方向呈线性阵列布置，后一组输出结构相对于前一组输出结构在圆柱面的轴线方向上对称并间隔一段距离，各组输出结构包括开设在圆柱面上的四个连接孔，每个连接孔上均接有针式喷嘴，各针式喷嘴沿圆柱面的法向延伸且等高，同一组输出结构中各连接孔在水平面上的投影分别处于菱形的端点上，且相邻两个菱形的其中一个顶角正对。

作为本发明的进一步改进，相邻组输出结构的间距与菱形的边长相等。

作为本发明的进一步改进，同一组输出结构中各连接孔在水平面上的投影分别处于正方形的端点上。

本发明还提供一种静电纺丝方法，其采用的技术方案是：

使用上述的静电纺丝喷头，将纺丝液涂覆于各针式喷嘴上，纺丝液在针式喷嘴、收集装置所形成的诱导电场下产生诱导射流，诱导射流被诱导至收集装置形成纤维。

另外，本发明的静电纺丝喷头还可以采用以下结构：

所述针式喷嘴具有中空的出液腔，所述本体表面具有进液口，本体内部具有溶液通道，所述出液腔通过对应的连接孔、溶液通道连通进液口。

该静电纺丝喷头的静电纺丝方法如下：

将纺丝液通过溶液通道注入出液腔内并到达针式喷嘴顶端，纺丝液在针式喷嘴、收集装置所形成的诱导电场下产生诱导射流，诱导射流被诱导至收集装置形成纤维。

本发明的有益效果是：本发明各组输出结构沿圆柱面的轴线方向呈线性阵列布置，各组输出结构的四个连接孔在水平面上的投影分别处于菱形的端点上，那么各连接孔在投影面上的投影点连线形成菱形对称阵列的轨迹，这种布置方式相对于在平面上呈阵列轨迹布置的喷嘴的现有技术来说，各喷嘴电场强度差异较小，各喷嘴的尖端电场更加均匀。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

图1是静电纺丝喷头的主视图；

图2是静电纺丝喷头的侧视图；

图3是静电纺丝喷头的俯视图；

图4是静电纺丝过程的示意图；

图5是在平面上呈三排线性阵列布置喷头的示意图；

图6是在平面上呈菱形阵列布置喷头的示意图；

图7是图5中布置方式的电场仿真结果示意图；

图8是本发明第一实施例电场仿真结果示意图；

图9是图6中布置方式的电场仿真结果示意图；

图10是本发明第二实施例电场仿真结果示意图；

图11是与图10第二实施例的投影轨迹具有相同轨迹图形的喷头的电场仿真结果示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示的圆柱面菱形间隔阵列的静电纺丝喷头，包括本体1，本体1具有一位于顶部的圆柱面以及设有至少两组输出结构，所述的输出结构用于收集并喷射纺丝液。

每组输出结构由开设在圆柱面上的四个连接孔以及分别连接在连接孔上的针式喷嘴2组成，附图中的连接孔与针式喷嘴2重合，因此连接孔在图1和图2中没有标示。如图3所示，这四个连接孔在水平面上投影分别处于菱形的端点上，也就是将投影点连线后构成菱形的轨迹。该所述的菱形中，短轴平行于圆柱面所在的轴线，长轴垂直于圆柱面的轴线，也即相应组输出结构中的其中两个相对的两个连接孔位于圆柱面的顶线上，另外两个连接孔对称位于圆柱面顶线的两侧。

实施例中，各组输出结构沿圆柱面的轴线上呈线性阵列布置，后一组输出结构相对于前一组输出结构在圆柱面的轴线方向上对称并间隔一段距离，由此，所有输出结构在水平面上的投影即构成了多个间隔的菱形的线性阵列图形。具体来说，参考图3，上述两两相邻的菱形具有正对的一对顶角，这对顶角的顶点31、32即分别为两组输出结构相对的连接孔的投影点，顶点31、32的距离即为相邻组输出结构的间距d。

上述的针式喷嘴2远离连接孔的末端为针尖结构，该种针式喷嘴2为本领域常用的喷头结构，在此不作详细的描述。每组输出结构的针式喷嘴2都是等高的，而且不同组输出结构的各针式喷嘴2也是等高的，也即所有的针式喷嘴2均相对于圆柱面来说等高。这些针式喷嘴2沿圆柱面的法向延伸。

上述的本体1可以是完整的圆柱体结构从而其表面均为圆柱面，也可以是仅有一部分具有圆柱面的结构。

具有上述连接孔、针式喷嘴轨迹的静电纺丝喷头能大大减少呈各针式喷嘴电场的相互影响，使得各针式喷嘴的尖端电场更加均匀。

优选的，相邻组输出结构的间距（即上述投影点31、32的间距d）与菱形的边长（投影点31、33的距离）相等，这种布置结构更有利于保证尖端电场的均匀。

更优选的，同一组输出结构中各连接孔在水平面上的投影分别处于正方形的端点上，也即四个连接孔在投影面上的轨迹构成一个斜置的正方形。这种布置结构更有利于保证尖端电场的均匀。

上述实施例的静电纺丝方法如下：

如图4所示，将纺丝液通过外部的涂覆装置均匀涂覆于各针式喷嘴2上，本体1相对于收集装置4是固定不动的，并且针式喷嘴2朝向收集装置4，纺丝液在针式喷嘴2、收集装置4所形成的诱导电场下产生诱导射流，诱导射流被诱导至收集装置4形成纤维。

在静电纺丝喷头的其他实施例中，针式喷嘴2可以具有中空的出液腔，该出液腔贯通针式喷嘴2前后，在本体1表面具有进液口，本体1内部具有溶液通道，出液腔通过对应的连接孔、溶液通道连通进液口。此时，连接孔可以认为是一个喷孔。

采用该优选实施例的静电纺丝方法如下：

如图4所示，本体1相对于收集装置4是固定不动的，并且针式喷嘴2朝向收集装置4，将纺丝液通过溶液通道注入出液腔内并到达针式喷嘴2顶端，纺丝液在针式喷嘴2、收集装置4所形成的诱导电场下产生诱导射流，诱导射流被诱导至收集装置4形成纤维。这种纺丝方法和纺丝结构能够持续而不间断地进行纺丝。

以下通过电场仿真来将实施例中的静电纺丝喷头与在平面上呈线性阵列布置以及菱形间隔阵列布置的喷头进行对比。

实施例一：

圆柱面上有5组输出结构，每组输出结构的连接孔在水平面上的投影轨迹可看做是由两个轴对称的正三角形组成。

仿真参数如下：针式喷嘴2直径2mm，喷嘴端部至圆柱面的高度为15mm，在如图3所示的俯视图（水平投影）中，相邻喷嘴投影点的间距为20mm，喷嘴材料为不锈钢，圆柱面的直径为100mm，长度为220mm，材料为不锈钢。圆柱面顶线距离收集装置距离为115mm，收集装置宽为180mm，长为240mm，厚为2mm，材料为铝。仿真软件为comsol，仿真电压为50kv。所取电场均为喷嘴尖端1mm处电场。

对比仿真的喷嘴61在平面6上成三排线性阵列布置，如图5所示。喷嘴61直径2mm，喷嘴端部至平面6的高度为15mm，相邻喷嘴间距为20mm，材料为不锈钢。喷嘴61的顶端离并未图示的收集装置距离为100mm，收集装置宽为180mm，长为240mm，厚为2mm，材料为铝。仿真软件为comsol，仿真电压为50kv；所取电场均为喷嘴尖端1mm处电场。

如图6所示，对比仿真的喷嘴51在平面5上菱形对称间隔阵列布置，该布置所形成图形与本静电纺丝喷头各连接孔在水平投影面上投影所上形成的图形一致。喷嘴51直径2mm，喷嘴端部至平面5的高度为15mm，相邻喷嘴间距为20mm，材料为不锈钢。喷嘴51的顶端离并未图示的收集装置距离为100mm，收集装置宽为180mm，长为240mm， 厚为2mm，材料为铝。仿真软件为comsol，仿真电压为50kv；所取电场均为喷嘴尖端1mm处电场。

对比图7、图8和图9为仿真结果，图8中相邻针式喷嘴的电场强度相差较小，并且每个区域（每四个波峰为一组所形成的曲线）的电场强度相差较小；而图7和图9所示，相邻喷嘴的电场强度差距明显比图8中的大。因此采用本实施例静电纺丝喷头所获得的电场更均匀。

实施例二：

圆柱面上有4组输出结构，每组输出结构的连接孔在水平面上的投影轨迹为正方形。其他仿真参数与实施例一中一致。

对比仿真的喷嘴在平面上成三排线性阵列布置，如图5所示。喷嘴直径2mm，喷嘴端部至平面的高度为15mm，相邻喷嘴间距为20mm，材料为不锈钢。喷嘴的顶端离并未图示的收集装置距离为100mm，收集装置宽为180mm，长为240mm，厚为2mm，材料为铝。仿真软件为comsol，仿真电压为50kv；所取电场均为喷嘴尖端1mm处电场。

对比仿真的喷嘴在平面上菱形对称间隔阵列布置，大致的形状可参考图6，区别的是只有4组菱形，且该菱形也为正方形。该布置所形成图形与实施例二的投影轨迹形成的图形一致。喷嘴直径2mm，喷嘴端部至平面的高度为15mm，相邻喷嘴间距为20mm，材料为不锈钢。喷嘴的顶端离并未图示的收集装置距离为100mm，收集装置宽为180mm，长为240mm， 厚为2mm，材料为铝。仿真软件为comsol，仿真电压为50kv；所取电场均为喷嘴尖端1mm处电场。

对比图7、图10和图11为仿真结果，图10中相邻针式喷嘴的电场强度相差较小；而图7和图11所示，相邻喷嘴的电场强度差距明显比图10中的大。因此采用本实施例静电纺丝喷头所获得的电场更均匀。

以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制。