一種靜電紡絲噴頭的制作方法
本發明涉及靜電紡絲技術領域，更進一步涉及一種靜電紡絲噴頭。
背景技術：
靜電紡絲是高分子流體靜電霧化的特殊形式，靜電紡絲采用的是較高粘度的非牛頓流體，在高壓靜電發生器的作用下，噴絲裝置與接收裝置之間形成高壓靜電場，聚合物溶液在噴嘴處形成液滴并被充電，帶電液滴在電場力作用下在taylor錐頂被加速，當電場力足夠大時，帶電液滴克服表面張力形成帶電射流，可以運行相當長的距離，帶電射流在靜電紡絲空間運行時，伴隨溶劑揮發、彎曲和拉伸，最終被接收裝置收集，固化形成纖維材料。
隨著納米技術的發展，靜電紡絲作為一種簡便有效的可生產納米纖維的新型加工技術，將在生物醫用材料、過濾及防護、催化、能源、光電、食品工程、化妝品等領域發揮巨大作用。
工業生產過程中，需要設置多根噴針同時噴射多條紡絲，以滿足大批量生產的要求。目前用于工業化生產的靜電紡絲裝置通常并排設置多組噴頭，各噴頭之間相互平行，但各噴頭之間形成的電場之間發生相互干擾，電場線并非沿噴頭的長度方向分布，因此噴頭所噴出的紡絲就會受到其他方向的分力，影響最終成品的質量。
技術實現要素：
本發明提供一種靜電紡絲噴頭，使電場更加均勻，提高了紡絲的噴射質量，具體方案如下：
一種靜電紡絲噴頭，包括本體和噴針，所述噴針連接于所述本體上，所述噴針連通于所述本體內的溶液通道，紡絲溶液從溶液通道中經所述噴針噴出并被電場引導；所述噴針沿所述本體的長度方向成排分布且至少設置兩排，相鄰兩排所述噴針之間具有夾角，通過夾角抵消垂直于所述噴針方向的電場分量。
可選地，位于同一排的所述噴針相互平行。
可選地，所述本體為截面呈梯形的四棱柱，所述噴針設置為三排、分別位于所述本體的上表面及兩個斜面，每個所述噴針與各自所在的平面垂直。
可選地，五個所述噴針能夠構成一個噴針組，所述本體上沿長度方向至少設置兩個所述噴針組；每個所述噴針組中的四個所述噴針在底面上的投影位于矩形的四個頂點，另一所述噴針位于矩形的形心。
可選地，所述本體的梯形截面為等腰梯形，所述本體梯形截面的底角角度為20～25度。
可選地，每個所述噴針組中構成矩形的四個所述噴針與所述本體的連接點位于同一圓周上。
可選地，每個所述噴針組中由四個所述噴針連線構成的矩形的長寬比為
可選地，各個所述噴針組沿所述本體的長度方向呈線性陣列分布；相鄰的兩個所述噴針組之間的間距大于或等于四個所述噴針構成的矩形的寬度。
可選地，所述噴針的直徑為0.5～1.5mm，長度為10～20mm，每個所述噴針的尺寸相同；所述噴針組中由四個所述噴針構成的矩形的寬度為15～25mm；梯形截面的高為6～7mm；所述本體的上表面距離收集裝置的間距為150～175mm。
可選地，所述本體、所述噴針和所述收集裝置均由銅制成，所述噴針處施加的電壓為20kv。本發明提供一種靜電紡絲噴頭，包括本體和噴針，噴針連接于本體上，并連通于本體內的溶液通道，本體中通入溶液，對噴針施加特定電壓后，由電場引導拉絲，溶液可以從噴針中噴出，最終形成紡絲；噴針沿本體的長度方向成排分布且至少設置兩排，相鄰兩排噴針之間具有夾角，紡絲時在噴針上施加電壓，使噴針處產生電場，電場之間會發生相互影響，若兩排噴針保持平行，則電場分布并不均勻，會產生垂直于噴針方向的電場力分量，紡絲所受到的電場力并不與噴針的長度方向相同，紡絲效果受到影響，而本發明使相鄰兩排的噴針形成一定的夾角，此結構分布可以抵消垂直于噴針方向的電場分量，紡絲噴射所受的電場力與噴針的延伸方向一致，噴針的針尖處的電場分布比較均勻，從而提高紡絲的質量。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明靜電紡絲噴頭一種具體結構的正視圖；
圖2為本發明靜電紡絲噴頭一種具體結構的側視圖；
圖3為本發明靜電紡絲噴頭一種具體結構的俯視圖；
圖4為本發明靜電紡絲噴頭所得到的一種具體的電場圖；
圖5a為平板上橫縱均勻布置噴針的結構圖；
圖5b為平板上橫縱均勻布置噴針所對應的電場圖；
圖6a為平面中按照矩形布置噴針的俯視圖；
圖6b為平面中按照矩形布置噴針所對應的電場圖。
其中包括：
本體1、噴針2。
具體實施方式
本發明的核心在于提供一種靜電紡絲噴頭，使電場更加均勻，提高了紡絲的噴射質量。
為了使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面將結合附圖及具體的實施方式，對本發明的靜電紡絲噴頭進行詳細的介紹說明。
如圖1所示，為本發明靜電紡絲噴頭一種具體結構的正視圖，圖2為側視圖，圖3為俯視圖。該靜電紡絲噴頭包括本體1和噴針2，噴針2固定安裝于本體1上，并連通于本體1內的溶液通道，溶液通道中流通紡絲溶液，紡絲溶液在電場力的引導下經噴針2向外噴出；本發明中的噴針2成排分布于本體1的外表面，噴針2沿本體1的長度方向成排分布，并且至少設置兩排，這里指的噴針2成排分布并不僅限于噴針2呈一條直線排列，只要大致沿本體1的長度方向分布，都應包含在本發明的保護范圍之內。
相鄰兩排噴針2之間具有夾角，紡絲時在噴針2上施加電壓，使噴針處產生電場，電場之間會發生相互影響，若兩排噴針保持平行，則電場之間的干擾造成分布不均，會產生垂直于噴針方向的電場力分量，紡絲所受到的電場力并不與噴針的長度方向相同，紡絲受電場力的引導方向出現偏差，降低了紡絲成型的質量；本發明使相鄰兩排的噴針2形成一定的夾角，此結構分布可以抵消垂直于噴針2方向的電場分量，紡絲噴射所受的電場力與噴針2的延伸方向一致，噴針的針尖處的電場分布比較均勻，從而提高紡絲的質量。
優選地，本發明中位于同一排的噴針2相互平行，以方便生產加工，但上述方案中所指的兩排噴針2間具有夾角并非僅限于兩排平行，在同一排中的各個噴針也可以呈一定的夾角交錯設置，這些方案也包含在本發明的設計構思之中。
本發明中本體1為截面呈梯形的四棱柱，噴針2設置為三排，分別設置于本體1的上表面及兩個斜面，也即噴針2設置在梯形截面的上底與兩個腰所在的表面上，設有噴針2的表面共有三個，這三個表面之間相互具有一定的夾角，在第四個的表面，也就是梯形下底所在的表面不設置噴針，因此其還可設置為其他的形狀，例如圓弧面等，因此用四棱柱面是一種優選的方案，使本體1的體積最小，至于其他的形狀也應包含在本發明的保護范圍之內。
每個噴針2的軸向分別與各自所在的平面垂直，因三個表面呈一定的夾角，即在不同表面的噴針2之間呈一定的夾角，當噴針2施加電壓后，每個噴針2與其他噴針2所形成的電場會發生相互干涉，垂直于噴針軸向的電場力分量會被部分抵消，從而使電場力的合力沿噴針長度方向，使電場的分布更為均勻，從噴針中滴出的溶液能夠沿噴針的延伸方向噴射，提高了紡絲的成品質量。
每五個噴針2能夠構成一個噴針組，本體1上沿長度方向至少設置兩個噴針組，設置多組噴針能夠實現工業化生產，有助于提高生產效率。每個噴針組其中的四個噴針2在底面上的投影位于矩形的四個頂點，也即從俯視方向上看，四個噴針2位于矩形的四位頂點處，另一所述噴針2位于矩形的形心，更加密集地布置噴針2，使本體1上的空間得到充分利用，避免了空間浪費。
優選地，本體1的梯形截面為等腰梯形，處于兩斜面上的噴針2與上表面的噴針之間的夾角保持相同；為了使電場的分布更為均勻，應將本體1梯形截面的底角角度為20～25度。
更進一步，本發明中每個噴針組中構成矩形的四個噴針2與本體1的連接點位于同一圓周上，四個噴針2的底端位于同一外接圓上，圓形的噴針分布能夠達到最佳的效果，但圓形的分布會占用較多的空間，因此采用矩形加形心的布局。每個斜面上設置兩個噴針2，頂面上設置一個噴針2。
作為優選，每個噴針組中由四個噴針2構成的矩形的長寬比為
各個噴針組沿本體1的長度方向呈線性陣列分布，每組的布置形式相同，各組之間的相對位置保持相同；相鄰的兩個噴針組之間的間距大于或等于四個噴針2構成的矩形的寬度，矩形的寬度根據最小擊穿距離設定，距離過小會導致溶液無法噴出；最優方案應是兩個噴針組之間的間距等于矩形的寬度，以充分利用空間。
噴針2的直徑為0.5～1.5mm，長度為10～20mm，每個噴針2的尺寸相同；噴針組中由四個所述噴針2構成的矩形的寬度為15～25mm；梯形截面的高為6～7mm，本體1的上表面距離收集裝置的間距為150～175mm；本文所提供的數值范圍均包含端點值。本體1、噴針2和收集裝置均由銅制成，噴針2處施加的電壓為20kv。
生產時按以下過程操作，本體1相對于收集裝置固定不動，噴針2朝向收集裝置，將紡絲液通過溶液通道注入出液腔內并到達噴針2頂端，紡絲液在噴針2、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，能夠持續而不間斷地進行紡絲。
本發明在此提供一種具體的尺寸結構，并設置另外兩組對照方案，以表明本發明所能達到的優點：
噴針2直徑1mm，長度15mm，俯視圖中相鄰噴針投影點的間距為20mm，四棱柱梯形截面的上底為18mm，下底為52mm，高為6.28mm，四棱柱長度為200mm。四棱柱面頂線距離收集裝置距離為165mm，收集裝置寬為60mm，長為240mm，厚為2mm，材料為銅。施加電壓為20kv，所取電場均為噴嘴尖端0.5mm處電場。圖4為此方案所得到的電場圖。
如圖5a所示，為平板上橫縱均勻布置噴針的結構圖，圖5b為其所對應的電場圖，所取電場均為噴嘴尖端0.5mm電場。噴針的直徑為1mm，高度為15mm，相鄰噴嘴間距為20mm，噴針的頂端離收集裝置的距離為150mm，收集裝置寬為60mm，長為240mm，厚為2mm，施加電壓為20kv。
如圖6a所示，為平面中按照矩形布置噴針的俯視圖，圖6b為其所對應的電場圖，所取電場均為噴嘴尖端0.5mm電場。噴針的直徑為1mm，長度為20mm，相鄰噴針間距為20mm，噴針的頂端離并未圖示的收集裝置距離為150mm，收集裝置寬為60mm，長為240mm，厚為2mm，施加電壓為20kv。
對比圖4、圖5b和圖6b的電場圖，采用本發明設計方案的圖4中相鄰噴針的電場強度相差較小，并且每個區域(每兩或四個波峰為一組所形成的曲線)的電場強度相差較小；而圖5b和圖6b中相鄰噴嘴的電場強度差距明顯比圖4中的大。因此采用本靜電紡絲噴頭所獲得的電場更均勻，且單位面積上的針頭數目增加一倍。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理，可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
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