CN107254719B - 一种手持式纳米颗粒喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及静电纺丝设备技术领域，一种手持式纳米颗粒喷射装置，包括绝缘腔体，绝缘腔体上端部横穿设有一导向气管，导向气管一端与高压气管相连，导向气管位于绝缘腔体内的部分设有一空隙，导向气管另一端与纳米颗粒喷嘴相连，绝缘腔体内设有溶液槽用于存放纺丝溶液，溶液槽为嵌套设置在绝缘腔体的封闭壳体，封闭壳体能相对绝缘腔体内壁上下移动，封闭壳体顶部开设有静电喷雾喷嘴，封闭壳体底部设置有电动推拉杆，电动推拉杆推动封闭壳体沿绝缘腔体内壁上下移动，溶液槽侧壁通过高压电源线与外部高压电源电连接，绝缘腔体外侧壁设置有把手，把手上设有电动推拉杆开关，用于启动或关闭电动推拉杆。本发明纺丝效率高，纺丝距离长，纤维产率高，实用性强。

Description

一种手持式纳米颗粒喷射装置

技术领域

本发明涉及静电纺丝设备技术领域，具体涉及一种手持式纳米颗粒喷射装置。

背景技术

静电纺丝是一种直接、连续制备聚合物纤维的方法。静电纺丝以其制造装置简单、纺丝成本低、可用的纺丝材料多、工艺可控等优点，成为了制备纳米纤维材料的主要方法之一。静电纺丝具有设备简单、操作方便、材料适用性强、可喷印溶液粘度高等优点，因而在近些年得到了迅猛的发展。静电纺丝通过施加静电高压作为纺丝溶液拉伸喷射的动力，静电纺丝过程黏弹性溶液在外电场的作用下发生形变产生泰勒锥，并诱使溶液从泰勒锥尖射出。

目前应用于静电纺丝生产或研究的静电纺丝设备主要可以分为单根纤维直写与批量纤维生产两种，单根纤维直写关注点在于纤维的精确定位与沉积批量纤维制备主要关注纤维的较大面积应用。但是静电纺丝装备由多种仪器或部件组合在一起使用，使用过程中调节参数多且繁杂，不易便携。随着静电纺丝的运用范围扩大，便携简易产生纤维的静电纺丝装置必然要适应需求。如在野外作业、设备喷涂、课堂教学、收集板为绝缘物体等领域需要便携、易产生纤维的静电纺丝装置。

而现有技术列举的几类手持式静电纺丝装置，其结构在静电纺丝过程中容易造成喷头堵塞，且由于采用的电压不稳定，所以导致整个纺丝距离较短，纤维产率较低，实用性差。

发明内容

为此，需要提供一种手持式纳米颗粒喷射装置，纤维喷射均匀，纺丝效率高，纺丝距离长，纤维产率高，实用性强。

为实现上述目的，本发明提供了手持式纳米颗粒喷射装置，包括绝缘腔体，所述绝缘腔体顶部设有金属板，所述绝缘腔体上端部横穿设有一导向气管，所述导向气管一端与高压气管相连，所述导向气管位于绝缘腔体内的部分设有一空隙，所述导向气管另一端与纳米颗粒喷嘴相连，所述绝缘腔体内设有溶液槽用于存放纺丝溶液，所述溶液槽为嵌套设置在绝缘腔体的封闭壳体，所述封闭壳体能相对绝缘腔体内壁上下移动，所述封闭壳体顶部开设有静电喷雾喷嘴，所述封闭壳体底部为一挡板，挡板下设置有电动推拉杆，所述电动推拉杆推动挡板上下移动，从而实现封闭壳体沿绝缘腔体内壁上下移动，所述溶液槽侧壁通过高压电源线与外部高压电源电连接，所述绝缘腔体外侧壁设置有把手，所述把手上设有电动推拉杆开关，用于启动或关闭电动推拉杆。

进一步的，所述金属板距离导向气管10厘米。

进一步的，所述导向气管中的空隙位于导向气管的中部区域，且该间隙的轴向距离为5厘米。

进一步的，所述导向气管靠近空隙的两端分别设有支撑柱，所述支撑柱底部与封闭壳体顶部连接，所述支撑柱采用玻璃纤维管制作而成，其支撑柱的直径≤5mm，这种直径的设置不会对纺丝喷液的喷射方向造成影响，又具有良好的韧性及支撑力度。

进一步的，所述静电喷雾喷嘴的周围设有塑料绝缘外壳。

区别于现有技术，上述技术方案的有益效果如下：

本发明通过对整个手持式静电方式装置结构的改进，设置了能相对绝缘腔体上下移动的溶液槽，且在溶液槽底部设置一电动推拉杆，在电动推拉杆的推动作用下，推动溶液槽上下运动，进而溶液槽的溶液也随之运动，在静电喷雾喷嘴处形成液滴，在高压电场的作用下，朝金属板方向喷射带电的雾化纳米颗粒，高压气管接通高压气体，在有空隙的导向气管的空隙处存在压差，带动纳米颗粒向纳米颗粒喷嘴方向运动，最终纳米颗粒从纳米颗粒喷嘴处喷射出来。本发明提高了喷雾沉积的效率。

附图说明

图1为本实施例1的结构示意图。

图2为本实施例2的结构示意图。

附图标记说明：1绝缘腔体、2金属板、3导向气管、4纳米颗粒喷嘴、5静电喷雾喷嘴、6溶液槽、7高压电源线、8电动推拉杆、9电动推拉杆开关、10手把、11高压气管、12挡板、13支撑柱。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

实施例1：

请参阅图1，本实施例1的手持式纳米颗粒喷射装置，包括绝缘腔体1，所述绝缘腔体1可以为腔体高5~15cm；腔体横截面可以是圆形、椭圆形、长方形或正方形；横截面直径、边长10~20cm。所述绝缘腔体1内顶部设有金属板2，所述绝缘腔体1内上端部横穿设有一导向气管3，所述导向气管3一端与高压气管11相连，所述金属板距离导向气管10厘米。所述导向气管3采用玻璃纤维管，具有较高的机械强度，不易发生变形。导电气管3位于绝缘腔体1内的部分设有一空隙31，所述导向气管3中的空隙31位于导向气管的中部区域，所述空隙31的大小可通过调节导向气管3在绝缘腔体1内的长度确定。本实施例中，空隙31的轴向距离为设5厘米，可保证纳米颗粒顺利通过空隙31，并在高压气管11输送的高速气流的定向推动作用下从纳米颗粒喷嘴4高效喷射。所述导向气管3另一端与纳米颗粒喷嘴4相连，所述绝缘腔体1内设有溶液槽6用于存放纺丝溶液，所述溶液槽6为嵌套设置在绝缘腔体1的封闭壳体，所述封闭壳体能相对绝缘腔体1内壁上下移动，所述封闭壳体顶部开设有静电喷雾喷嘴5，所述封闭壳体底部为一挡板12，挡板12下设置有电动推拉杆8，所述电动推拉杆8推动挡板12上下移动，从而实现封闭壳体沿绝缘腔体1内壁上下移动，所述溶液槽6侧壁通过高压电源线7与外部高压电源电连接，高压电源线7带有插头，直接与外部高压电源电连接。所述高压电源线外接直流高压电源、脉冲高压电源或交流高压电源；直流高压电源电压500~50000V可调；脉冲高压电压电源电压值500~20000V可调，供电频率10~1000Hz可调，电压偏置0~10000V；交流高压电源输出电压波形可以但不限于是方波、正弦波、三角波等，输出电压频率10~1000Hz可调，输出电压幅值200~10000V可调。所述绝缘腔体1外侧壁设置有把手10，所述把手上设有电动推拉杆开关9，用于启动或关闭电动推拉杆8。

所述静电喷雾喷嘴5的周围设有塑料绝缘外壳（未示意）。

本发明的工作原理如下：

本发明通过对整个手持式静电方式装置结构的改进，设置了能相对绝缘腔体1上下移动的溶液槽6，且在溶液槽6底部设置一电动推拉杆8，在电动推拉杆8的推动作用下，推动溶液槽6上下运动，进而溶液槽6的溶液也随之运动，在静电喷雾喷嘴5处形成液滴，在高压电场的作用下，朝金属板2方向喷射带电的雾化纳米颗粒，高压气管11接通高压气体，在有空隙的导向气管3的空隙处存在压差，带动纳米颗粒向纳米颗粒喷嘴4方向运动，最终纳米颗粒从纳米颗粒喷嘴4处喷射出来。

微纳颗粒从静电喷雾喷嘴5处喷射出来后，在静电场力的作用下将朝金属板2运动；雾化纳米颗粒在朝金属板2运动的过程中会经过导向气管3的空隙31；气管3中的气流将携带雾化后的颗粒进入到气管的出气端，将雾化纳米颗粒传送至纳米颗粒喷嘴4，完成纳米颗粒的定向传送与喷射。

当溶液槽6溶液从静电喷雾喷嘴5喷射后，溶液槽6中的溶液减少会产生空隙从而影响了后续溶液的喷射，为了保证喷射的持续稳定，电动推拉杆8推动溶液槽6下部的挡板12向上运动，以保证溶液的供给。电动推拉杆8的作用主要是控制溶液槽6底部挡板的向上或向下运动，雾化喷射时消耗溶液，溶液槽6底部在推拉杆的作用下向上运动以保证溶液持续供给、维持稳定雾化，避免溶液槽6出现真空区域；雾化喷射完成后，电动推拉杆8需要往下拉溶液槽6底部，以便新溶液的注入。雾化喷射时需要电动推拉杆8向上缓慢移动，以维持射流的稳定雾化，电动推拉杆8的移动速度为0.1~10mm/s；电动推拉杆8能够快速移动，以便溶液的快速注入，移动速度10~50mm/s。

本实施例中的静电纺丝溶液是采用高分子溶液、生物材料溶液等黏弹性溶液，本发明主要针对生物医疗、生物组织构建、表面修复、器件部件在线修复等领域的应用需求；手持式静电纺丝的优势在于可以方便地在指定的位置进行纳米纤维的沉积喷印与表面结构成型，可以方便纳米纤维在结构修复与表面组织构建方面的应用，提高表面修复的均匀性成与构建的效率，克服了现有静电纺丝设备移动不便难以实现纳米纤维定位沉积控制的目标。

本实施例主要是针对于纳米颗粒的便携式可控喷射觉积，采用了带有空隙31的气管3，当静电雾化纳米颗粒喷射经过气管空隙31时，纳米颗粒将被气体传输至纳米颗粒喷嘴4处，实现雾化纳米颗粒的传输；再者，导向气管3对气体起到了很的聚集运输作用，可以控制纳米颗粒在沉积过程中被集中于特定区域，从而提高了喷雾沉积的效率。

实施例2：

参考图2所示，本实施例2的基本结构与实施例1的结构相同，不同之处在于，本实施例2中，所述导向气管3靠近空隙31的两端分别设有支撑柱13，所述支撑柱13底部与封闭壳体顶部连接，所述支撑柱13采用玻璃纤维管制作而成，其支撑柱的直径≤5mm，这种直径的设置不会对纺丝喷液的喷射方向造成影响，又具有良好的韧性及支撑力度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (4)

1.手持式纳米颗粒喷射装置，其特征在于，包括绝缘腔体，所述绝缘腔体顶部设有金属板，所述绝缘腔体上端部横穿设有一导向气管，所述金属板距离导向气管10厘米，所述导向气管一端与高压气管相连，所述导向气管位于绝缘腔体内的部分设有一空隙，所述导向气管另一端与纳米颗粒喷嘴相连，所述绝缘腔体内设有溶液槽用于存放纺丝溶液，所述溶液槽为嵌套设置在绝缘腔体的封闭壳体，所述封闭壳体能相对绝缘腔体内壁上下移动，所述封闭壳体顶部开设有静电喷雾喷嘴，所述封闭壳体底部为一挡板，挡板下设置有电动推拉杆，所述电动推拉杆推动挡板上下移动，从而实现封闭壳体沿绝缘腔体内壁上下移动，所述溶液槽侧壁通过高压电源线与外部高压电源电连接，所述绝缘腔体外侧壁设置有把手，所述把手上设有电动推拉杆开关，用于启动或关闭电动推拉杆。

2.根据权利要求1所述的手持式纳米颗粒喷射装置，其特征在于，所述导向气管中的空隙位于导向气管的中部区域，且该间隙的轴向距离为5厘米。

3.根据权利要求1所述的手持式纳米颗粒喷射装置，其特征在于，所述导向气管靠近空隙的两端分别设有支撑柱，所述支撑柱底部与封闭壳体顶部连接，所述支撑柱采用玻璃纤维管制作而成，其支撑柱的直径≤5mm。

4.根据权利要求1所述的手持式纳米颗粒喷射装置，其特征在于，所述静电喷雾喷嘴的周围设有塑料绝缘外壳。