圓柱面六邊形間隔陣列的靜電紡絲噴頭及靜電紡絲方法與流程

本發明涉及靜電紡絲領域，特別是涉及一種圓柱面六邊形間隔陣列的靜電紡絲噴頭及靜電紡絲方法。

背景技術：

申請號為200910031948.2的發明專利公開了一種陣列多噴頭靜電紡絲設備，利用在平面上呈線性矩形陣列布置的多個噴頭進行紡絲，可實現電紡纖維膜材的大批量生產。

然而經過長時間的使用后，技術人員發現當噴頭在平面上呈陣列布置后，各噴頭尖端的電場會相互影響、干擾，使得不同噴頭之間電場差異較大導致紡絲不均。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種圓柱面六邊形間隔陣列的靜電紡絲噴頭，其噴嘴的尖端電場較為均勻。

本發明所采用的技術方案是：

一種圓柱面六邊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有至少兩組輸出結構，各組輸出結構沿圓柱面的軸線方向呈線性陣列布置，后一組輸出結構相對于前一組輸出結構在圓柱面的軸線方向上對稱并間隔一段距離，各組輸出結構包括開設在圓柱面上的六個連接孔，每個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，同一組輸出結構中各連接孔在水平面上的投影分別處于等邊六邊形的端點上，且相鄰兩個等邊六邊形的其中一個頂角正對。

作為本發明的進一步改進，同一組輸出結構中各連接孔在水平面上的投影分別處于正六邊形的端點上。

作為本發明的進一步改進，相鄰組輸出結構的間距與正六邊形的邊長相等。

本發明還提供一種靜電紡絲方法，其采用的技術方案是：

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電場下產生誘導射流，誘導射流被誘導至收集裝置形成纖維。

另外，本發明的靜電紡絲噴頭還可以采用以下結構：

所述針式噴嘴具有中空的出液腔，所述本體表面具有進液口，本體內部具有溶液通道，所述出液腔通過對應的連接孔、溶液通道連通進液口。

該靜電紡絲噴頭的靜電紡絲方法如下：

將紡絲液通過溶液通道注入出液腔內并到達針式噴嘴頂端，紡絲液在針式噴嘴、收集裝置所形成的誘導電場下產生誘導射流，誘導射流被誘導至收集裝置形成纖維。

本發明的有益效果是：本發明各組輸出結構沿圓柱面的軸線方向呈線性陣列布置，各組輸出結構的六個連接孔在水平面上的投影分別處于等邊六邊形的端點上，那么各連接孔在投影面上的投影點連線形成六邊形對稱陣列的軌跡，這種布置方式相對于在平面上呈陣列軌跡布置的噴嘴的現有技術來說，各噴嘴電場強度差異較小，各噴嘴的尖端電場更加均勻。

附圖說明

下面結合附圖和實施方式對本發明進一步說明。

圖1是靜電紡絲噴頭的主視圖；

圖2是靜電紡絲噴頭的側視圖；

圖3是靜電紡絲噴頭的俯視圖；

圖4是靜電紡絲過程的示意圖；

圖5是在平面上呈三排線性陣列布置噴頭的示意圖；

圖6是在平面上呈六邊形陣列布置噴頭的示意圖；

圖7是圖5中布置方式的電場仿真結果示意圖；

圖8是圖6中布置方式的電場仿真結果示意圖；

圖9是本發明電場仿真結果示意圖。

具體實施方式

如圖1至圖3所示的圓柱面六邊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有至少兩組輸出結構，所述的輸出結構用于收集并噴射紡絲液。

每組輸出結構由開設在圓柱面上的六個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中沒有標示。如圖3所示，這六個連接孔在水平面上投影分別處于等邊六邊形的端點上，也就是將投影點連線后構成等邊六邊形的軌跡。該所述的等邊六邊形中相對的其中兩個端點的連線平行于圓柱面的軸線，另外四個端點以圓柱面的軸線為對稱軸分別位于圓柱面頂線的兩側。

實施例中，各組輸出結構沿圓柱面的軸線上呈線性陣列布置，后一組輸出結構相對于前一組輸出結構在圓柱面的軸線方向上對稱并間隔一段距離，由此，所有輸出結構在水平面上的投影即構成了多個間隔的等邊六邊形的線性陣列圖形。具體來說，參考圖3，上述兩兩相鄰的等邊六邊形具有正對的一對頂角，這對頂角的頂點31、32即分別為兩組輸出結構相對的連接孔的投影點，頂點31、32的距離即為相鄰組輸出結構的間距d。

上述的針式噴嘴2遠離連接孔的末端為針尖結構，該種針式噴嘴2為本領域常用的噴頭結構，在此不作詳細的描述。每組輸出結構的針式噴嘴2都是等高的，而且不同組輸出結構的各針式噴嘴2也是等高的，也即所有的針式噴嘴2均相對于圓柱面來說等高。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構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構。

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的相互影響，使得各針式噴嘴的尖端電場更加均勻。

優選的，同一組輸出結構中各連接孔在水平面上的投影分別處于正六邊形的端點上，也即六個連接孔在投影面上的軌跡構成一個正六邊形。這種布置結構更有利于保證尖端電場的均勻。

更優選的，相鄰組輸出結構的間距（即上述的間距d）與正六邊形的邊長相等，這種布置結構更有利于保證尖端電場的均勻。

上述實施例的靜電紡絲方法如下：

如圖4所示，將紡絲液通過外部的涂覆裝置均勻涂覆于各針式噴嘴2上，本體1相對于收集裝置4是固定不動的，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所形成的誘導電場下產生誘導射流，誘導射流被誘導至收集裝置4形成纖維。

在靜電紡絲噴頭的其他實施例中，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表面具有進液口，本體1內部具有溶液通道，出液腔通過對應的連接孔、溶液通道連通進液口。此時，連接孔可以認為是一個噴孔。

采用該優選實施例的靜電紡絲方法如下：

如圖4所示，本體1相對于收集裝置4是固定不動的，并且針式噴嘴2朝向收集裝置4，將紡絲液通過溶液通道注入出液腔內并到達針式噴嘴2頂端，紡絲液在針式噴嘴2、收集裝置4所形成的誘導電場下產生誘導射流，誘導射流被誘導至收集裝置4形成纖維。這種紡絲方法和紡絲結構能夠持續而不間斷地進行紡絲。

以下通過電場仿真來將實施例中的靜電紡絲噴頭與在平面上呈線性陣列布置以及六邊形陣列布置的噴頭進行對比。

仿真參數如下：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，相鄰噴嘴投影點的間距為20mm，噴嘴材料為不銹鋼，圓柱面的直徑為100mm，長度為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。所取電場均為噴嘴尖端1mm處電場。

對比仿真的噴嘴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；所取電場均為噴嘴尖端1mm處電場。

如圖6所示，對比仿真的噴嘴51在平面5上成六邊形對稱間隔陣列布置，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；所取電場均為噴嘴尖端1mm處電場。

對比圖7、圖8和圖9為仿真結果，圖9中相鄰針式噴嘴的電場強度相差較小，并且每個區域（每兩個波峰為一組所形成的曲線）的電場強度相差較小；而圖7和圖8所示，相鄰噴嘴的電場強度差距明顯比圖9中的大。因此采用本靜電紡絲噴頭所獲得的電場更均勻。

以上所述只是本發明優選的實施方式，其并不構成對本發明保護范圍的限制。