本发明专利技术涉及电流体力学喷射或纺丝沉积系统，其包括位于歧管内的加压液体共用源、以及两个或更多个喷射端的阵列，各喷射端由加压液体共用源进料以产生液体流动路径。单独的流动阻抗装置设置于各喷射端从加压液体源流到各喷射端的单独的液体流动路径内。所述单独的流动阻抗装置设置于能更换的片内，该片可容易地清洁或更换以适应具体的液体粘度和组成。施加高压电源以产生施加在该喷射端阵列和沉积表面之间的高压电压。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用能更换的单独喷射端限流器的阵列的电喷射/电纺丝阵列相关申请的交叉引用 无关于联邦政府资助的研究的声明 不适用
技术介绍
本专利技术总体上涉及小的或所谓"纳米"纤维或液滴的制造，其可通过向 液体填充的喷射端施加高的静电场由此在喷射端开口处产生泰勒锥从而"纺，，成纤维或"喷射"成液滴。Thandavamoorthy Subbiath, G S. Bhat， R.W Tock和S.S. Ramkumar在文章"Electrospinning of Nanofibers" , c/owma/ y4;7/ //et/Po/_ymer Sc/e"ce, Vol. 96， 557-569 (2205)， Wiley Periodicals, Inc.中对该 领域有所教导。如上述文章在第561页所指出的，关于按比例放大该技术以 便以商业应用所需的沉积速率来制造纳米纤维的可能性和实用性存在着争 议。所报道的关于纳米纤维电纺丝的基础性研发主要利用了单喷射管(通常 为中空的皮下注射管上的角切(squarecut)尖端末端)。在该现有技术中，通常 使用正排量泵(每个针一个泵)调节进入到各单独喷射端中的液流。如果不为 各纺丝针单独提供正排量液体喷射端流动，则进入到电纺丝孔中的液体的流 动可能是非常不稳定的。为了达到商用的沉积速率，该专利技术人展望需要数千 个包括"电纺丝阵列(array)"的喷射孔，当采用如此多的喷射端时使用单独 的正排量泵变得不切实际。美国专利No. 6,713,001教导了使用独立的正排量泵以及改变选定喷射 端的局部电场。虽然美国专利No. 6,713,001 ^提出可^l利用加压液体或单一的 正排量泵来制造纺丝阵列，但是其中的实施例仅利用了由正排量泵进料的单 一的喷射端。该专利技术人的意见是，单一的加压流体或单一的正排量泵不能为 由许多独立的管组成的实际的大纺丝阵列提供进料，否则所述单独的管中的流动会不受限制。提出该意见是因为与其相邻的管相比，各单独的不受限制 的喷射端的流速是天生不稳定的。由间隙中带电纤维或液滴的变化(部分地 由相邻喷射端的纺丝或喷射而产生)所导致的一个喷射端上静电场的变化通 过以静电方式影响该喷射端的流体凸出部分处的有效表面张力平衡而影响 该喷射端的流动。这又影响着进入到其它喷射端中的流动(有效压力)并因此 保持了不稳定性。在钻研以上间接提及的流动不稳定性的尝试中，Kim和Park(WO 2005/090653 Al)教导了逆着重力向上纺丝的喷射端阵列，其中各喷射端提供 有过量的液体。然后将过量(滴下)的流体独立地收集在与各纺丝端同轴的清 除间隙中。于是过量的液滴不污染其上施加纺成纤维的产品。Kim和Park 还教导了在与纺丝端也同轴的另 一间隙中使用空气流来使产生纺丝端液体 的泰勒锥保持逆着重力提升并由此适合于容许启动泰勒纺丝。Kim和Park 还教导使用漏斗形纺丝端来帮助形成泰勒池(Taylor pool)。从相对于产品来说 均提高至高电压的许多纺丝端收集过量的流体意味着所收集的流体需要经 过绝缘"液滴分离器(isolator)"以返回到来源处的液体泵。因此，Kim和Park 的教导导致仅仅为了避免滴落物到达产品而含有许多流体流动路径、许多流 量调节装置、和精密的机械加工部件的复杂的头(head)。该专利技术人谈到WO 2005/0卯653 A1中的附图显示了通向喷射端的流体路径，其为非常细的线， 并且可解释为毛细管。没有权利要求涉及该路径并且形成(钻成)具有合适长 径比的工作毛细管将是最困难的。Andrady等在专利申请公开US 2005/0224998 Al中公开了通过使用在流 体源歧管内的公共电极来控制多个纺丝(挤出)端中的流体流动的尝试。
技术实现思路
基于类比，强有力的纺丝对电场强度和流体静压力的高灵敏度使人想起 了二极管电路的类似的公知特性(参见图1),其中电压/电流特性描述于图2 中。在施加的电压(V)101(非常像流体静压力Po或电场E)超过弯液面表面张 力阈值Vfl05之后，电流102(非常像液体流)快速增加。将固定电流保持为 lxl， 106(非常像保持纤维制造的纺丝或喷射流量)需要非常严格地控制施加的 电压(在我们的类比中的流体静压力或E电场)。二极管103的特性发生小的 变化(类似于粘度、密度、表面张力或电导率的小变化)也会大大改变^106。在图3中，我们向图1的电路中加入了串联电阻Rth 104，从而产生图4 中所示的V-I特性。注意到通过改变V而实现的lx2, 107值的保持性在V或 二极管特性变化时稳定得多。在纺丝类比中，加入液体流动路径中的串联阻 抗将促进电流体力学(EHD)喷射或纺丝，其对于流体静压力P、喷射端处的E 电场、或者甚至液体参数的灵敏度要低得多。因此，本公开内容在于有助于使用生产沉积所需的那么多喷射端(数量 为J)的电纺丝或电喷射阵列(array)设计。各个喷射端不需要单独的正排量泵 或局部电场调节以在滴落与纺丝或喷射之间保持平衡。本专利技术通过使用J个 "限制流阻，，(Flow Constraining Resistances, FCR)来实现各喷射端的流量匹 配，其中将从(优选地)共用的加压流体进入到各喷射端(n)中的流量单独地限 制为流速Fn。对各单独的流量F广F;提供几乎相等的限制流阻，从而为阵列 中的J个喷射端中的每一个喷射端提供几乎相等的流量。 一旦通过在各个孔 流动路径中设置所设计的公用的FCR确立了流速，则可通过改变如下的一 个或多个来调节所有n个孔的泰勒锥纺丝或喷射静电场、流体的物理性质、 或者共用液体池的压力。 一旦确立了可接受的全局参数，则无需单独的孔调 节装置。所有喷射端的静电场几乎是相同的并且首先近似为Kx V/s，其中V为 施加在喷射头和与该喷射头间隔s的平行沉积板之间的电压，K为取决于喷 射端半径和几何结构的增强因子。通常K为1(没有延伸到间隙中)至3(管充 分地延伸到间隙中)。这里我们进行简化假设，即喷射端具有较小的静电相 互作用并且间隙中带电的纤维或液滴云对各个喷嘴的影响(减小电场)是均匀 的。可通过提高喷射端的物理间隔或通过添加"屏蔽电极"来使静电相互作 用最小化。注意，使用的术语"流体"包括在纺丝设备的瞬时温度下是液体 (流质的(fluent))材料或熔体。可在加热的纺丝阵列中采用在升高的温度下呈 现合适的纺丝粘度和电导率的材料(例如无溶剂的熔体)。参见例如Adrian G. Bailey的"五/e"rosto,/c xS/ raj/"g o/ Zi《wViy，， ， Research Studies Press LTD. Taunton, Somerset, England。于是，适合用于该目的的纺丝/喷射材料包括纯的材料、两种或更多种材 料的混合物和组合，包括但不限于均相混合物、非均相混合物，其中"混合 物"包括溶液、分散体、乳液等，只要所纺的/喷射的材料在通过本文所公开 的设备时是"流质的"或可流动的。另外，在形成最终纤维的过程中，可在7将一个或多个储器的材料(或材料的混合物)进行混合、涂布、共混、或者以 其它方式使其彼此混合后，紧接着进行喷射/纺丝。而且，来自各储器的纤维 可为相同的尺寸或为不同的尺寸以本文档来自技高网...
【技术保护点】
电流体力学喷射／纺丝沉积系统，其包括： （ａ）在歧管内的加压流质材料共用源； （ｂ）两个或更多个喷射端的阵列，所述各喷射端由在所述歧管内的加压流质材料的所述共用源进料以产生液体流动路径； （ｃ）设置于所述各喷射端从所述加压 流质材料源流到所述各喷射端的单独的液体流动路径内的单独的流动阻抗装置，所述单独的流动阻抗装置包括以下的一种或多种：（ｉ）公用的能更换的多孔片区、或（ｉｉ）在公用的能更换的液体不能渗透的片中的一个或多个小孔； （ｄ）沉积表面；和 （ｅ）高压电源，其适于产生施加在所述喷射端阵列和沉积表面之间的高压电压。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：约翰A罗伯逊，阿什利S斯科特，
申请(专利权)人：纳米静力学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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