[发明专利]一种近场气流电纺直写装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电纺直写装置，特别是涉及集成有鞘层气体聚焦的一种近场气流电纺直写装置。

背景技术

静电纺丝是目前世界上生产纳米纤维主要方法之一，以其设备简单、操作方便等优良特性成为当前研究纳米纤维制造的热点。

电纺的原理是：聚合物溶液带上高压静电时，在电场的作用下形成泰勒锥。当电场力逐渐增大，聚合物液滴克服表面张力形成射流。射流在喷射过程中由于溶剂蒸发和电场力作用被拉伸成直线，到达一定长度后发生弯曲鞭动，形成的纤维以无纺布的形式沉积在收集器上。

近场电纺直写是指利用射流最初稳定直线阶段进行有序纤维的制备，克服了传统电纺在喷射过程中射流螺旋、弯曲不稳定运动的缺点。然而直写射流携带电荷从泰勒锥射出，受电荷力、不均匀电场力的作用也会产生小范围波动，影响直写的精度。如何提高电纺直写射流的稳定性、抑制射流的无序螺旋运动已成为目前静电纺丝领域研究的热点，和近场电纺直写技术应用研究的难点。

引入气体聚焦是射流喷印控制研究新的方法。气体聚焦中气流从射流孔周围以层流状态喷射到环境空气中，不仅可以减少纺丝射流与空间介质的相对速度，提升射流运动的稳定性，而且在电场力的基础上叠加了气流场的拉伸力，降低了维持射流喷射所需要的电压值，同时加快了溶剂的蒸发。因此气流电纺的应用，为射流精确定位提供了一种新的技术途径。

本申请人在中国专利CN102162175A中公开一种可实现单根均匀微/纳米结构长时间可控制备和精确定位的激光引导电纺直写装置。设有控制器、高压继电器、静电高压电源、空心喷头、准直聚焦透镜组、光纤、密封调节件、激光器、供液泵、供液管、收集板和运动平台。控制器接高压继电器，高压继电器各端分别接静电高压电源、收集板及设于空心喷头前端的导体喷嘴，密封调节件与空心喷头后端密封连接，光纤穿过密封调节件中心且与密封调节件固连，准直聚焦透镜组设于光纤前端，光纤后端露出空心喷头且与激光器连接，供液泵通过供液管与空心喷头连通，收集板固于运动平台上且面对空心喷头。激光约束了纺丝射流的无序运动并引导纺丝射流沉积于收集板激光斑点处。

发明内容

本发明的目的在于提供集成有鞘层气体聚焦的一种近场气流电纺直写装置。

本发明设有喷头、微型三爪卡盘、喷头座、供液接口、接线柱、高压电源、进液通道、供液装置、供气装置、进气通道、双层气流腔、辅助定位块、U型气流通道、喷气块和收集器；

所述喷头座集接线柱、进液通道、进气通道、供液接口于一体，喷头座的上端设有接线柱，高压电源通过接线柱与喷头座连接，提供电纺溶液所需的电压值；喷头座下端设有供液接口，喷头与供液接口连接；进液通道和进气通道设在喷头座圆端面上，进液通道与供液装置连接，实现对装置连续供液，进气通道与供气装置连接，实现对装置连续供气；喷气块通过微型三爪卡盘与喷头座连接，微型三爪卡盘与喷头座连接，喷气块与喷头座之间的空腔构成双层气流腔；辅助定位块对喷头辅助定位，使喷头在电纺中始终与喷气通道同轴；喷气块设有U型气流通道；收集器用于收集纤维，收集器接地。

所述喷头与供液接口可采用螺纹连接。

所述微型三爪卡盘可通过螺栓和垫圈与喷头座连接。

所述进液通道和进气通道与喷头座中线垂直。

所述接线柱的电极导线通过螺栓内嵌在供液通道内，并与高压电源正极连接，当喷头座溶液通道里充满溶液时，溶液将带上电纺过程中所需的电压。

所述进液通道与供液装置连接，可以设定纺丝溶液的供给流速。

所述进气通道与供气装置连接，通过调节电纺时的进气压力，控制气流的大小。

所述供液接口外有螺纹，用于外加旋入喷头，方便更换不同内径的纺丝喷头。

本发明采用新的定位机构：喷头处添加喷气块，喷气块通过微型三爪卡盘连接固定，保证喷气块与喷头座的同轴度；喷头通过辅助定位块与喷气块实现辅助定位，保证喷头在气流中不发生摆动。

本发明克服了普通近场静电纺丝装置零件分散、重复装卸的缺点，实现了纺丝装置集成。此外，本发明将鞘层气流引入传统电纺过程，可以有效抑制射流的无序螺旋运动，提高射流稳定性，将有利于提高纺丝射流定位沉积的精度和纺丝纳米纤维的均匀性。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图。