本發明涉及靜電紡絲技術領域，特別涉及一種用于靜電紡絲設備的帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭。本發明還涉及一種具有該帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭的靜電紡絲設備。

背景技術：

眾所周知，靜電紡絲是一種特殊的纖維制造工藝，聚合物溶液或熔體在強電場中進行噴射紡絲。在電場作用下，針頭處的液滴會由球形變為圓錐形(即“泰勒錐”)，并從圓錐尖端延展得到纖維細絲。這種方式可以生產出納米級直徑的聚合物細絲。

在現有技術中，針對陣列多噴頭靜電紡絲設備，其利用在平面上呈線性矩形陣列裝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，在平面上呈陣列布置的噴頭，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：

本發明的目的是提供一種用于靜電紡絲設備的帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭，該帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭可以解決電場差異較大以及單位面積上針頭數目少的問題。本發明的另一目的是提供一種包括上述帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭的靜電紡絲設備。

為實現上述目的，本發明提供一種用于靜電紡絲設備的帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭，包括本體，

所述本體具有呈正四棱臺狀的基座，多個所述基座呈間隔陣列排布；

所述基座下底面的四個頂角均設有連接孔；所述基座的四條側邊分別設有側邊孔，全部所述側邊孔的高度一致；所述基座頂部中心位置設有頂端孔；所述側邊孔的豎直延長線位于所述連接孔的豎直延長線與所述頂端孔的豎直延長線中間；

位于所述本體兩側邊緣的所述基座，其所述連接孔、所述側邊孔以及所述頂端孔均設有尺寸相同的輔助電極；其余所述基座的所述連接孔、所述側邊孔以及所述頂端孔均設有尺寸相同的噴嘴。

優選地，全部所述基座的尺寸相同。

優選地，任意相鄰的兩個所述基座之間的間距相同。

優選地，所述輔助電極的尺寸與所述噴嘴的尺寸相同。

優選地，所述基座的上底面與下底面之間的距離為1mm～10mm，所述噴嘴的內徑為0.5mm～2mm，所述噴嘴的長度為10mm～40mm。

優選地，所述本體的內部具有溶液通道，所述本體的表面具有與所述溶液通道連通的進液口；所述噴嘴的內部具有與所述進液口連通的出液腔。

本發明還提供一種靜電紡絲設備，包括如上述任一項所述的帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭。

優選地，所述噴嘴的頂端具有用以容納紡絲液的容納頭；所述噴嘴的上方設有能夠與所述噴嘴產生誘導磁場、并且收集在誘導磁場作用下紡絲液射流所形成的纖維的收集裝置。

優選地，所述收集裝置與所述基座下底面之間的間距為120mm～220mm。

相對于上述背景技術，本發明提供的用于靜電紡絲設備的帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭，基座呈正四棱臺狀，多個基座呈間隔陣列排布；基座下底面的四個頂角均設有連接孔；基座的四條側邊分別設有側邊孔，全部側邊孔的高度一致；基座頂部中心位置設有頂端孔；側邊孔的豎直延長線位于連接孔的豎直延長線與頂端孔的豎直延長線中間；位于本體兩側邊緣的基座，其連接孔、側邊孔以及頂端孔均設有尺寸相同的輔助電極；其余基座的所述連接孔、側邊孔以及頂端孔均設有尺寸相同的噴嘴。

也即，位于同一基座上底面的輔助電極或者噴嘴的高度相同，位于同一基座下底面的四個輔助電極或者四個噴嘴的高度相同，而位于同一基座側邊的四個輔助電極或者四個噴嘴的高度相同；而針對同一基座，分別位于上底面、側邊以及下底面的輔助電極或者噴嘴的高度不一，共有三個高度，且全部輔助電極的尺寸相同，全部噴嘴的尺寸相同；如此設置的帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭，各個噴嘴電場強度差異較小，尖端電場更加均勻，且有突出優勢在于單位面積上針頭數目較多。

本發明所提供的靜電紡絲設備，具備上述有益效果，此處不再贅述。

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，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為現有技術中平面上呈三排線性陣列布置帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭的示意圖；

圖2為現有技術中平面上呈矩形端點的投影間隔陣列布置帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭的示意圖；

圖3為本發明實施例所提供的靜電紡絲帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭的主視圖；

圖4為圖3中靜電紡絲帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭的側視圖；

圖5為圖3中靜電紡絲帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭的俯視圖；

圖6為本發明實施例所提供的靜電紡絲帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭與收集裝置的側視圖；

圖7為圖1中的電場仿真結果示意圖；

圖8為圖2中的電場仿真結果示意圖；

圖9為圖3中的電場仿真結果示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

為了使本技術領域的技術人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。

請參考圖1至圖9，圖1為現有技術中平面上呈三排線性陣列布置帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭的示意圖；圖2為現有技術中平面上呈矩形端點的投影間隔陣列布置帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭的示意圖；圖3為本發明實施例所提供的靜電紡絲帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭的主視圖；圖4為圖3中靜電紡絲帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭的側視圖；圖5為圖3中靜電紡絲帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭的俯視圖；圖6為本發明實施例所提供的靜電紡絲帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭與收集裝置的側視圖；圖7為圖1中的電場仿真結果示意圖；圖8為圖2中的電場仿真結果示意圖；圖9為圖3中的電場仿真結果示意圖。

本發明提供的一種用于靜電紡絲設備的帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭，包括本體，本體可以看作是帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭的基準；本體可以呈塊狀、條狀或其他形狀。

本體具有基座1，基座1呈正四棱臺狀，呈正四棱臺狀的基座1應具備上底面與下底面，且上底面與下底面之間具備一定的高度差。

多個基座1呈間隔陣列排布；即，任意相鄰的兩個基座1之間具有一定的間隙，陣列排布是指多個基座1在本體上沿橫縱方向設置；也即，本體設有多排和多列的基座1。

基座1下底面的四個頂角均設有連接孔，每個基座1的四條側邊分別設有側邊孔，且全部側邊孔的高度一致；基座1頂部中心位置設有頂端孔，側邊孔的豎直延長線位于連接孔的豎直延長線與頂端孔的豎直延長線中間。

本發明中，正四棱臺上底面為邊長4.63mm的正方形，正四棱臺下底面為邊長15mm的正方形，正四棱臺高度是3.25mm；位于中間層的四個側邊孔在距四棱臺下底面2.35mm所在平面與四棱臺四條側邊的交點處，以確保邊孔的豎直延長線位于連接孔的豎直延長線與頂端孔的豎直延長線中間。

針對位于本體兩側邊緣的基座1，該基座1的九個孔均設有尺寸相同的輔助電極7；而針對其余基座1，其余基座1的九個孔均設有尺寸相同的噴嘴2。

針對本體的全部基座1，全部基座1的形狀尺寸相同；即，正四棱臺的尺寸相同；全部基座1上底面的輔助電極7與噴嘴2的高度相同，且全部基座1下底面的輔助電極7與噴嘴2的高度相同，全部基座1側邊的輔助電極7與噴嘴2的高度相同；即，位于本體的全部基座1共有三種不同高度，且三種高度分別位于基座1上底面、側邊與下底面，如說明書附圖3與附圖5所示。

具有噴嘴2的基座1可以看作是輸出結構，具有輔助電極7的基座1可以看作是電極結構；針對輸出結構，基座1的九個連接孔分別連接噴嘴2，說明書附圖3與附圖4中的連接孔與噴嘴2的位置重合，并未顯示連接孔。

說明書附圖5中，所有輸出結構在水平面上的投影即構成了多個間隔的兩同心正方形的線性陣列圖形；其中，頂點32與頂點37即分別為兩組輸出結構相對的連接孔的投影點，頂點32與頂點37的距離即為相鄰輸出結構的間距。

上文中，噴嘴2可以是針式噴嘴，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為本領域常用的帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭結構，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。

本發明中，任意相鄰的兩個基座1之間的間距相同，多個基座1均勻分布于本體，進一步保證尖端電場的均勻，有利于提高單位面積上噴嘴2的數量。

基座1的上底面與下底面之間的距離為1.5mm～2.5mm，噴嘴2的內徑為0.5mm～2mm，噴嘴2的長度為10mm～40mm。本體的內部具有溶液通道，本體的表面具有與溶液通道連通的進液口；噴嘴2的內部具有與進液口連通的出液腔。

如說明書附圖5所示，同一組輸出結構或電極結構的各連接孔在水平面上的投影分別處于兩個同心的正方形的端點上，也即九個孔在投影面上的軌跡成兩個同心正方形。這種布置結構更有利于保證尖端電場的均勻，同時有利于提高單位面積上針頭數目。

更為優選的，各組輸出結構與電極結構的投影幾何同心位于同一直線上。如說明書附圖5所示，從微觀上看每組輸出結構與電極結構關于中心點31中心對稱。宏觀上看每組輸出結構與電極結構關于線段36對稱。頂點32和投影點33分別位于線段36的兩側并以線段36為對稱軸。同樣的，投影點34和投影點35分別位于線段36的兩側并以線段36為對稱軸。這種布置結構更有利于保證尖端電場的均勻和單位面積上針頭數目的增加。

本發明所提供的一種具有帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭的靜電紡絲設備，包括上述具體實施例所描述的帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭；靜電紡絲設備的其他部分可以參照現有技術，本文不再展開。

本發明中，噴嘴2的頂端具有用以容納紡絲液的容納頭；噴嘴2的上方設有能夠與噴嘴2產生誘導磁場、并且收集在誘導磁場作用下紡絲液射流所形成的纖維的收集裝置4。收集裝置4與基座1的下底面之間的間距為120mm～220mm。

上述靜電紡絲設備，在工作過程中，將紡絲液通過外部的涂覆裝置均勻涂覆于各個針式噴嘴2上，本體相對于收集裝置4是固定不動的，并且針式噴嘴2的上方為收集裝置4，紡絲液在針式噴嘴2與收集裝置4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，從而形成纖維。

在靜電紡絲帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭的其他實施中，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，本體表面具有進液孔，本體的內部具有溶液通道，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。

采用該優選實例的靜電紡絲方法如下：

本體相對于收集裝置4是固定不動的，噴嘴2的上方設有收集裝置4，紡絲液在針式噴嘴2與收集裝置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不間斷地大批量進行紡絲。

以下通過電場仿真來將實例中的靜電紡絲帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭與在平面上呈線性陣列布置以及平面上呈正四棱臺端點投影陣列布置的帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭進行對比。

仿真參數如下：針式噴嘴2直徑1mm，長度20mm，噴嘴材料為銅。如附圖5所示的俯視圖(水平投影)中，相鄰正四棱臺的間距是15mm，正四棱臺上底面為邊長4.63mm的正方形，正四棱臺下底面為邊長15mm的正方形，正四棱臺高度是3.25mm，正四棱臺材料為絕緣體。正四棱臺下底面與收集裝置的距離為170mm，收集裝置寬為60mm，長為160mm，厚為2mm，材料為銅。仿真軟件為comsol，仿真電壓為30kv。所取電場均為噴嘴尖端0.5mm電場。

與本發明相對比的布置方式如附圖1與附圖2；附圖1為平面上呈三排線性陣列布置帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭的示意圖；圖2為現有技術中平面上呈矩形端點的投影間隔陣列布置帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭的示意圖。

附圖1中，對比仿真的第一噴嘴51在平面5上成三排線性陣列布置；第一噴嘴51的直徑為1mm，第一噴嘴51端部到平面5的高度為20mm，相鄰噴嘴間距為15mm，材料為銅。第一噴嘴51的頂端離并未圖示的收集裝置的距離為150mm，收集裝置寬為60mm，長為160mm，厚為2mm，材料為銅。仿真軟件為comsol，仿真電壓為30kv。所取電場均為噴嘴尖端0.5mm電場。

附圖2中，對比仿真的第二噴嘴61在平面6上成兩個同心正方形及同心點陣列布置，該布置形成的軌跡與本靜電紡絲帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭各連接孔在水平投影面上所形成的圖形一致。第二噴嘴61的直徑為1mm，噴嘴長度為20mm，同心正方形中大正方形邊長為15mm，小正方形邊長為7.5mm，相鄰同心正方形間距為15mm，材料為銅。第二噴嘴61頂端與并未圖示的收集裝置距離為150mm，收集裝置長為160mm，寬為60mm，厚度為2mm，材料為銅。仿真軟件為comsol，仿真電壓為30kv。所取電場均為噴嘴尖端0.5mm電場。

圖7為圖1中的電場仿真結果示意圖，圖8為圖2中的電場仿真結果示意圖，圖9為本發明的電場仿真結果示意圖。

可以看出，圖9中相鄰針式噴嘴的電場強度相差較小，并且每個區域(每兩或四個波峰為一組所形成的曲線)的電場強度相差較?。欢鴪D7與圖8中，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帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列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。

以上對本發明所提供的靜電紡絲設備及其帶輔助電極的正四棱臺九噴嘴間隔陣列噴頭進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。