CN203976987U - 一种鞘层气流均匀供气流道结构 - Google Patents

Abstract

一种鞘层气流均匀供气流道结构，涉及静电纺丝的供气装置。设有辅助气体进出气口、分流管道、缓冲气室、辅助气流通道、气流缓冲腔、鞘气气孔阵列、纺丝针头与喷嘴；辅助气体进气口与分流管道连接，各分流管道均布在辅助气体进气口四周，每个分流管道与各一级缓冲气室对接；各一级缓冲气室上分别均匀地设有复数个一级辅助气流通道并连接至二级缓冲气室；二级缓冲气室上分别均匀设有复数个二级辅助气流通道并连接至气流缓冲腔；复数个鞘气气孔阵列均布在气流缓冲腔下方，鞘气气孔阵列连接到辅助气体出气口；气流缓冲腔内设有纺丝针头，纺丝针头的数量与鞘气气孔阵列中气孔的数量一一对应；纺丝针头上的纺丝喷嘴处于鞘气气孔阵列中气孔中。

Description

一种鞘层气流均匀供气流道结构

技术领域

本实用新型涉及静电纺丝的供气装置，尤其是涉及用于静电纺丝的一种鞘层气流均匀供气流道结构。

背景技术

近几年来，静电纺丝技术以其连续、方便、快速、工艺简单、成本低廉的特点逐渐成为纳米纤维制造的主流技术；静电纺丝纳米纤维具有形貌可控、比表积大、透气性好等诸多优势，己在过滤材料、防护材料、酶载体、传感器膜等领域获得了广泛应用。提高静电纺丝纳米纤维产量，实现多射流喷射是目前加速静电纺丝产业化应用的研究重点(J.C.Almekindersand C.Jones.Multiple jet electrohydrodynamic spraying and applications[J].J.Aerosol.Sci.,1999,17:969-971)。多喷嘴纺丝喷射是实现多射流静电纺丝最简单与方便的手段。静电纺丝中纺丝喷嘴上加载有高压静电纺，各喷头之间易产生电场抑制干扰，且空间电场分布不均匀而导致各个喷头的喷射状态不一致，难以保证各个喷嘴同时进行持续稳定的射流喷射；再者，射流之间的静电排斥作用也增加了射流的不稳定性，从而导致各个喷头所喷射获得的纳米纤维形态尺寸差异很大，影响了所制备纳米纤维品质的提高。

通过引入辅助气流(Zhmayev E.,ChoD.,Joo Y.L.Nanofibers from gas-assisted polymermelt electrospinning[J].Polymer,2010,51(18):4140-4144)，利用辅助气体的拉伸力加快静电纺丝速度，可以进一步提高静电纺丝效率，并且进一步细化纳米纤维，减小电纺纳米纤维直径。辅助气流在下层经过鞘气气孔聚焦作用于射流，在射流喷射过程中起到整流作用，减弱射流之间的排斥作用，提高射流喷射稳定性，促进电纺纳米纤维在收集板上的均匀分布，改善静电纺丝纳米纤维品质。

提高各个喷嘴四周鞘层气流的均匀性，确保各喷嘴在相同或相似鞘层气流的拉伸作用下进行均匀射流喷射，是辅助气流静电纺丝技术研究的重点。

发明内容

本实用新型的目的旨在提供可提升各个喷嘴四周辅助气流的均匀性，以适应大面积辅助气体静电纺丝喷射供气需求的一种鞘层气流均匀供气流道结构。

本实用新型设有辅助气体进气口、分流管道、一级缓冲气室、一级辅助气流通道、二级缓冲气室、二级辅助气流通道、气流缓冲腔、鞘气气孔阵列、辅助气体出气口、纺丝针头、纺丝喷嘴；

所述辅助气体进气口与外部供气装置相连接，辅助气体进气口与复数个分流管道连接，各个分流管道均匀分布在辅助气体进气口四周，每个分流管道与各个一级缓冲气室一一对应连接；各个一级缓冲气室上分别均匀地设有复数个一级辅助气流通道并连接至二级缓冲气室；二级缓冲气室上分别均匀设有复数个二级辅助气流通道并连接至气流缓冲腔；复数个鞘气气孔阵列均布在气流缓冲腔下方，鞘气气孔阵列连接到辅助气体出气口；气流缓冲腔内设有纺丝针头，纺丝针头的数量与鞘气气孔阵列中气孔的数量一一对应；纺丝针头上的纺丝喷嘴处于鞘气气孔阵列中气孔中。

所述纺丝针头等距分布。

鞘气气孔由圆锥台和圆柱组成狭长型气体通道并与纺丝针头和纺丝喷嘴同轴装配。

所述缓冲气室与气流缓冲腔之间可设有隔板。

所述纺丝喷嘴可采用普通注射器针头，每个针头下方均设有鞘气气孔结构，鞘气气孔由锥形台和圆柱两部分组成狭长型气体通道，与纺丝针头同轴布置。

所述分流管道的节点处可分出复数个支路管道，各个支路管道的长度可相同且对称分布。

本实用新型提供一种用于大规模静电纺丝的辅助气体流道结构，实现多个纺丝喷嘴周围辅助气体流速的均匀分布,以达到对静电纺丝射流均匀约束的目的。为实现辅助气体的均匀分流，本实用新型的流道最好对称布置。辅助气体进气口与外部供气装置相连接，辅助气体由布置于气道上方的辅助气体进气口处流入，在辅助气体向下传输过程中通过分流管道进行分流。每个分流管道节点设有两个分支管道，分支管道长度相同且对称布置，以实现辅助气流的向下均匀传输。

辅助气体经过分流管道后进入一级缓冲气室。为减小辅助气流之间的干扰，控制辅助气体的流速，一级缓冲气室内设有隔板，每个分流管道分别对应于一个缓冲区域，置于该区域的中心位置。经过一级缓冲气室作用后，出气口数量增加为分流管道数量的四倍，其中每四个出气口为一组，以所对应的进气口为中心沿对角线等距阵列排布。

根据纺丝针头数量可以设置多级分流管道及多层缓冲气室，不同层缓冲气室根据实际情况可以采用隔板结构，也可为一整体气室。每一层缓冲气室的出气口数量均设置为进气口数量的四倍，其中四个出气口为一组，以所对应的进气口为中心沿对角线等距阵列排布。每个出气口对应有辅助气流通道，加快辅助气体传输，提高辅助气体在下一级结构入口处气体流速分布的均匀性。

静电纺丝喷头采用普通注射器针头，每个针头下方均设有鞘气气孔结构，鞘气气孔由锥形台和圆柱两部分组成狭长型气体通道，与纺丝针头同轴布置。狭长型气体通道能够对辅助气流起到聚焦作用，从而实现对静电纺丝射流的约束，以减弱静电纺丝射流之间的静电排斥作用。

本实用新型通过设计大规模静电纺丝的辅助气体流道，有助于减小静电纺丝过程中多射流的静电排斥，实现多喷头多射流喷射，可减小静电纺丝过程中射流的不稳定性，加快静电纺丝的速度，提高静电纺丝效率，改善静电纺丝纳米纤维的质量，促进静电纺丝纳米纤维的规模化生产。

为了提高静电纺丝效率，减小静电纺丝射流的不稳定性，减小多射流之间的静电排斥作用，本实用新型提供一种用于大规模静电纺丝的辅助气体流道结构。该结构实现了多个纺丝喷嘴周围辅助气体流速的均匀分布，经鞘气气孔聚焦后的辅助气体作用于静电纺丝射流，减小射流之间的静电排斥作用，减小静电纺丝射流的不稳定性，加快静电纺丝速度，提高静电纺丝的效率，改善静电纺丝纳米纤维质量。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

图2是本实用新型实施例的主视图。

图3是本实用新型实施例的气流缓冲腔、鞘气气孔阵列与纺丝针头的位置关系示意图。

图4是本实用新型实施例的鞘气气孔的放大图。

图5是本实用新型实施例的鞘气气孔阵列排布示意图。

图1中各标记为：1.辅助气体进气口，2.分流管道，3.一级缓冲气室，4.一级辅助气流通道，5.二级缓冲气室，6.二级辅助气流通道，7.气流缓冲腔，8.鞘气气孔阵列，9.辅助气体出气口，10.纺丝针头，11.纺丝喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图1～5，本实用新型实施例设有辅助气体进气口1、分流管道2、一级缓冲气室3、一级辅助气流通道4、二级缓冲气室5、二级辅助气流通道6、气流缓冲腔7、鞘气气孔阵列8、辅助气体出气口9、纺丝针头10、纺丝喷嘴11。

所述辅助气体进气口1与外部供气装置相连接，辅助气体进气口1与复数个分流管道2连接，各个分流管道2均匀分布在辅助气体进气口1四周，每个分流管道2与各个一级缓冲气室3一一对应连接；各个一级缓冲气室3上分别均匀地设有复数个一级辅助气流通道4并连接至二级缓冲气室5；二级缓冲气室5上分别均匀设有复数个二级辅助气流通道6并连接至气流缓冲腔7；复数个鞘气气孔阵列8均布在气流缓冲腔7下方，鞘气气孔阵列8连接到辅助气体出气口9；气流缓冲腔7内设有纺丝针头10，纺丝针头10的数量与鞘气气孔阵列8中气孔的数量一一对应；纺丝针头10上的纺丝喷嘴11处于鞘气气孔阵列8中气孔中。

所述纺丝针头等距分布。

鞘气气孔由圆锥台和圆柱组成狭长型气体通道并与纺丝针头和纺丝喷嘴同轴装配。

所述缓冲气室与气流缓冲腔之间可设有隔板。

所述纺丝喷嘴可采用普通注射器针头，每个针头下方均设有鞘气气孔结构，鞘气气孔由锥形台和圆柱两部分组成狭长型气体通道，与纺丝针头同轴布置。

所述分流管道的节点处可分出复数个支路管道，各个支路管道的长度可相同且对称分布。

在图1中，辅助气体由辅助气体进气口1处流入，经过分流管道2进行分流。在本实施例中设有两级分流管道，每根管道设有两个分支，长度相同且对称布置。辅助气体经过分流管道2后由4个出气口均匀流出，4个出气口以辅助气体进气口1为中心等距对称排布。经过管道分流后，辅助气体进入一级缓冲气室3，一级缓冲气室3中布置有隔板结构，将空间划分为4个等大对称区域，每一区域对应于分流管道2的一个出气口作为一级缓冲气室3的进气口，且以该进气口为中心。一级缓冲气室3设有16个出气口，每一区域各有4个出气口，分别以该区域的进气口为中心沿对角线等距对称排布。经过一级缓冲气室3的缓冲作用后，辅助气体由一级辅助气体通道4均匀流向二级缓冲气室5。一级辅助气体通道4共有16个，分别对应于一级缓冲气室3的16个出气口，一级辅助气体通道4的出气口作为二级缓冲气室5的进气口。二级缓冲气室5对应于一级缓冲气室设有隔板结构，划分为4个区域。一级缓冲气体通道4分为4组分别向二级缓冲气室5供气，4个进气口对称布置，出气口数量增加为64个，每四个一组对应于一个进气口，以该进气口为中心沿对角线等距阵列排布。辅助气体经过两级分流管道和两级缓冲气室作用后，经二级辅助气体通道6均匀流向气体缓冲腔7.二级辅助气体通道6共有64个，分别对应与二级缓冲气室5的64个出气口，二级辅助气体通道6的出气口作为气流缓冲腔7的进气口。气流缓冲腔7布置于纺丝针头10周围，4个纺丝针头10为一组，每个进气口位于所对应4个纺丝针头10的中心。该实施例中共有256个等距阵列分布的纺丝针头10，可大大提高静电纺丝效率，实现静电纺丝纳米纤维的批量生产。辅助气体流经气流缓冲腔7后聚焦于鞘气气孔阵列8，鞘气气孔由锥形台和圆柱两部分组成狭长型气体通道，与纺丝针头同轴布置，有助于将辅助气体约束在纺丝喷嘴11周围，有效减小带电射流之间的排斥作用，提高射流喷射稳定性。辅助气体经鞘气气孔阵列8流出后经由辅助气体出气口9排出。辅助气体经由该流道传输后均匀分布于纺丝喷嘴周围，可以对纺丝射流产生有效的约束作用，减弱射流之间的排斥作用，减弱射流喷射过程中的不稳定性，提高静电纺丝效率，改善所得纳米纤维的品质。

图中各个部件的装配关系如下：辅助气体进气口1与复数个分流管道2连接，各个分流管道2均匀分布在辅助气体进气口1四周，以确保辅助气流均匀分布；每个分流管道2与各个一级缓冲气室3一一对应连接；各个一级缓冲气室3上分别均匀地设有复数个一级辅助气流通道4连接至二级缓冲气室5；二级缓冲气室5上分别均匀设有复数个二级辅助气流通道6连接至气流缓冲腔7；气流缓冲腔7上设有复数个鞘气气孔阵列8，鞘气气孔阵列8在气流缓冲腔7下方均匀分布；鞘气气孔阵列8连接到辅助气体出气口9；气流缓冲腔7内设有纺丝针头10，纺丝针头10的数量与鞘气气孔阵列8中气孔的数量一一对应；纺丝针头10上的纺丝喷嘴11处于鞘气气孔阵列8中气孔中间，属于对中装配。多个纺丝针头11属于等距阵列分布；鞘气气孔阵列8中的鞘气气孔由圆锥台和圆柱组成狭长型气体通道，与纺丝针头10同轴装配；一级缓冲气室3、二级缓冲气室5和气流缓冲腔7可设有不同的隔板结构，也可为一整体气室。

图中的分流管道和缓冲气室，可以根据实际喷射需求设计多级分流管道和缓冲气室。

分流管道可在节点处分出复数个支路管道，且各个支路管道长度相同且对称分布。

Claims (6)

1.一种鞘层气流均匀供气流道结构，其特征在于设有辅助气体进气口、分流管道、一级缓冲气室、一级辅助气流通道、二级缓冲气室、二级辅助气流通道、气流缓冲腔、鞘气气孔阵列、辅助气体出气口、纺丝针头、纺丝喷嘴；

所述辅助气体进气口与外部供气装置相连接，辅助气体进气口与复数个分流管道连接，各个分流管道均匀分布在辅助气体进气口四周，每个分流管道与各个一级缓冲气室一一对应连接；各个一级缓冲气室上分别均匀地设有复数个一级辅助气流通道并连接至二级缓冲气室；二级缓冲气室上分别均匀设有复数个二级辅助气流通道并连接至气流缓冲腔；复数个鞘气气孔阵列均布在气流缓冲腔下方，鞘气气孔阵列连接到辅助气体出气口；气流缓冲腔内设有纺丝针头，纺丝针头的数量与鞘气气孔阵列中气孔的数量一一对应；纺丝针头上的纺丝喷嘴处于鞘气气孔阵列中气孔中。

2.如权利要求1所述一种鞘层气流均匀供气流道结构，其特征在于所述纺丝针头等距分布。

3.如权利要求1所述一种鞘层气流均匀供气流道结构，其特征在于鞘气气孔由圆锥台和圆柱组成狭长型气体通道并与纺丝针头和纺丝喷嘴同轴装配。

4.如权利要求1所述一种鞘层气流均匀供气流道结构，其特征在于所述缓冲气室与气流缓冲腔之间设有隔板。

5.如权利要求1所述一种鞘层气流均匀供气流道结构，其特征在于所述纺丝喷嘴采用普通注射器针头，每个针头下方均设有鞘气气孔结构，鞘气气孔由锥形台和圆柱两部分组成狭长型气体通道，与纺丝针头同轴布置。

6.如权利要求1所述一种鞘层气流均匀供气流道结构，其特征在于所述分流管道的节点处分出复数个支路管道，各个支路管道的长度相同且对称分布。