專利名稱：制備超細(xì)材料的高速流體電噴射的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超細(xì)材料的制備方法及系統(tǒng)，尤其是一種將高速流體技術(shù)與電流體力學(xué)噴射技術(shù)結(jié)合制備超細(xì)材料的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，包括超細(xì)粉末及超細(xì)纖維在內(nèi)的超細(xì)材料由于具有高的比表面積、細(xì)小的孔洞等特點(diǎn)因而在醫(yī)藥、催化、分離、防護(hù)、化妝品、紡織品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，從而受到了人們的高度關(guān)注。目前人們通過(guò)高速流體技術(shù)(包括撞擊流技術(shù))、電流體力學(xué)噴射技術(shù)包括電噴與電紡技術(shù)、溶膠—凝膠技術(shù)、氣相共沉積技術(shù)、水熱技術(shù)、球磨技術(shù)、自組裝技術(shù)、犧牲模板技術(shù)來(lái)制備超細(xì)材料，其中高速流體技術(shù)、電噴技術(shù)、溶膠—凝膠技術(shù)、氣相共沉積技術(shù)、水熱技術(shù)及球磨技術(shù)已經(jīng)在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，而電紡技術(shù)、自組裝技術(shù)及犧牲模板技術(shù)等技術(shù)尚處于研發(fā)階段。然而目前高速流體技術(shù)所得到的超細(xì)材料或者尺寸尚太大，如通過(guò)高速流體所制備的無(wú)紡布，其纖維的直徑尺寸在幾十微米以上，或者制備方法復(fù)雜，如通過(guò)高速流體碰撞氣相反應(yīng)沉積制備超細(xì)粉體需要很復(fù)雜昂貴的系統(tǒng)。而電噴技術(shù)則廣泛應(yīng)用于質(zhì)譜、發(fā)動(dòng)機(jī)、材料干燥、顆粒制造、薄膜制造、農(nóng)藥噴灑等領(lǐng)域，但制備的顆?；蛘叱叽缣笕绮捎酶咚賴婌F技術(shù)或者不能大規(guī)模制備超細(xì)材料如采用超聲噴霧技術(shù)，因此應(yīng)用領(lǐng)域局限于一定范圍之內(nèi)，而電紡技術(shù)制備的超細(xì)纖維則由于其產(chǎn)量低不能與工業(yè)化大生產(chǎn)相結(jié)合，因而尚難于獲得大規(guī)模應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種將高速流體技術(shù)與電流體力學(xué)噴射技術(shù)相結(jié)合以大規(guī)模制備超細(xì)顆?；蛘呃w維的方法及系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種制備超細(xì)材料高速流體電噴射方法，其特征是包括以下步驟a、首先使被加工材料流體化；b、其次使上述已流體化的被加工材料荷電高速流動(dòng)，包括使已流體化的被加工材料通過(guò)施加有壓力的噴嘴噴出得到所需的超細(xì)化材料，其體積流速介于10毫升/小時(shí)～10升/秒，線流速介于1.5毫米/秒～1000米/秒，且流體的線流速在至少一個(gè)時(shí)間段大于0.5米/秒的速率高速流動(dòng)，并在流體化的被加工材料的流動(dòng)過(guò)程的全部或部分時(shí)間段內(nèi)荷電，荷電電場(chǎng)介于0.1V/毫米～1000kV/毫米；c、通過(guò)收集裝置將上述超細(xì)化加工后的被加工材料收集即得本發(fā)明的超細(xì)化材料。
在使上述已流體化的被加工材料荷電高速流動(dòng)過(guò)程中還包括荷電流體的運(yùn)動(dòng)控制(如輔助帶電流體的聚焦)、溫度控制(包括紅外、微波、熱輻射、制冷系統(tǒng))、超聲波控制(進(jìn)行材料分散)、化學(xué)反應(yīng)(改變被加工材料的性能)、作用力控制(通過(guò)平衡不同流體間的相互作用力以確保高速荷電流體平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng))或旋轉(zhuǎn)控制(通過(guò)使流體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)作用力而控制被加工材料的特性)進(jìn)而使被加工材料的性能進(jìn)一步提高，其中化學(xué)反應(yīng)對(duì)被加工材料的改性可以在噴射前、噴射過(guò)程中、收集期間或者以后進(jìn)行；化學(xué)反應(yīng)可以只有一種反應(yīng)，也可以有多種反應(yīng)，當(dāng)有多種反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)可以同時(shí)發(fā)生，也可以在不同時(shí)間、不同位置發(fā)生，化學(xué)反應(yīng)包括聚合、交聯(lián)、接枝、取代、加成、消除、配合、沉淀、分解、中和類有機(jī)或無(wú)機(jī)反應(yīng)。
所述的旋轉(zhuǎn)控制包括旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)控制、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)技術(shù)及旋轉(zhuǎn)軌道控制，旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率介于10-3Hz～109Hz。
所述的使上述已流體化的被加工材料荷電高速流動(dòng)還包括使荷有電荷的被加工材料在后續(xù)作用力的作用下進(jìn)一步分散或者拉伸的過(guò)程，后續(xù)作用力包括電場(chǎng)作用力、磁場(chǎng)作用力、流體作用力及其它包括熱、聲的作用力，后續(xù)作用力其方向與荷電高速流體的方向有一定的夾角，角度介于0～360度，優(yōu)選30～150度；電場(chǎng)及磁場(chǎng)與使流體荷電的電場(chǎng)匹配使荷電流體能夠受到特定的包括吸引或者排斥作用力在內(nèi)的作用力，對(duì)荷電流體有吸引或者排斥作用的電場(chǎng)強(qiáng)度介于0.1V/毫米～1000kV/毫米，磁場(chǎng)強(qiáng)度介于0.001毫特斯拉～30特斯拉；后續(xù)作用力可以只有一種作用力，也可以有多種作用力共同作用；整個(gè)制備過(guò)程中可以不包含、包含一次或一次以上的后續(xù)作用力過(guò)程。
利用流體沖擊對(duì)對(duì)從噴嘴噴出的被加工材料進(jìn)行超細(xì)化沖擊加工；流體沖擊是通過(guò)其它高速流體沖擊、拉伸、分散被加工的材料的流體組分，用于沖擊的流體中可以包含能夠溶解被加工材料的成分，也可以包含能夠凝固被加工材料的成分，還可以包含能夠與被加工材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或者物理反應(yīng)的成分，流體沖擊中的流體可以是氣體、液體、超臨界流體、等離子體、液態(tài)顆粒包含于載流體、固態(tài)顆粒包含于載流體，沖擊流體可以荷有與被加工材料流體相同或者相反的電荷，也可以不帶電荷；其壓力范圍介于1大氣壓至5000大氣壓，沖擊流體的速度介于1.5毫米/秒～1000米/秒。
所述的收集裝置為收集鼓、收集傳送帶、收集板或收集池，可以是干的也可以包含有溶劑或者蒸汽的濕的收集裝置；經(jīng)過(guò)收集裝置收集所得的超細(xì)化材料經(jīng)過(guò)后續(xù)的針刺、水刺、編織、熱黏附、化學(xué)黏附、包被其它材料、溶解去除部分成分或篩選后即進(jìn)一步大規(guī)模地獲得由小尺寸的實(shí)心、核殼、中空狀或者多孔狀的顆?；蛘呃w維所構(gòu)成的顆粒、纖維、纖維束或者薄膜狀超細(xì)化材料。
所述的荷電包括電暈充電、感應(yīng)充電、接觸充電、摩擦充電、荷電流體充電；荷電可以在流體出口即噴嘴處、以前或者以后被荷上一定的電荷，荷電電場(chǎng)包括直流正電場(chǎng)、直流負(fù)電場(chǎng)或者交變電場(chǎng)，使流體荷電的電場(chǎng)介于0.1V/毫米～1000kV/毫米。
一種制備超細(xì)材料的高速流體電噴射系統(tǒng)，其特征是它至少由高速射流設(shè)備、荷電設(shè)備、收集設(shè)備組成。
上述系統(tǒng)還包括輔助運(yùn)動(dòng)控制裝置，所述的輔助運(yùn)動(dòng)控制裝置安裝在收集設(shè)備與荷電設(shè)備之間。
還包括后續(xù)處理裝置，后續(xù)處理裝置安裝在收集設(shè)備之前。
詳述如下被加工材料的流體化及存儲(chǔ)方法包括溶解、熔融、蒸發(fā)、等離子體化、粉碎使被加工材料成為包括氣態(tài)、液態(tài)、超臨界流體、等離子態(tài)、及流體中含有相對(duì)主流體成分高密度的成分如固態(tài)顆粒包含于載流體、液態(tài)顆粒包含于載流體在內(nèi)的流體形式。對(duì)于不能通過(guò)溶解、熔融、蒸發(fā)、等離子體化、粉碎而流體化的被加工材料則通過(guò)使用可以流體化并且能夠通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或者物理效應(yīng)在高速電流體噴射前或者過(guò)程中或者后生成被加工材料或者反應(yīng)中間體的方法使被加工材料流體化。
使被加工材料荷電高速流動(dòng)可包括使被加工材料荷電、驅(qū)動(dòng)被加工材料高速流動(dòng)及荷電高速流體輔助運(yùn)動(dòng)。
被加工材料的荷電是通過(guò)采用電暈充電、感應(yīng)充電、接觸充電、摩擦充電、荷電流體充電等方法中的一種或者多種使被加工材料荷電。使被加工材料荷電需要相應(yīng)的電源和電極。被加工材料荷電可以在流體出口即噴嘴處、以前或者以后被荷上一定的電荷。荷電電場(chǎng)可以是直流正電場(chǎng)、直流負(fù)電場(chǎng)或者交變電場(chǎng)。
驅(qū)動(dòng)被加工材料高速流動(dòng)是通過(guò)選用施加在噴嘴處被加工材料流體上的壓力包括機(jī)械作用力、加壓系統(tǒng)、負(fù)壓系統(tǒng)或者流體沖擊及后續(xù)作用力包括高壓電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)、流體沖擊中的一種或者多種來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中流體沖擊是由壓力產(chǎn)生的其它材料高速流體對(duì)被加工材料沖擊而實(shí)現(xiàn)。
使被加工材料高速流動(dòng)噴嘴包括單噴頭、同軸雙噴頭、軸向平行多噴頭。噴嘴的噴頭的截面包括圓形、長(zhǎng)方形、異形等各種平面幾何形狀。噴嘴可以根據(jù)需要由超過(guò)一個(gè)噴嘴組成具有四維時(shí)空分布的噴嘴陣列。不同噴嘴噴出的高速流體可以荷有相同電荷也可以荷有相反電荷還可以不荷有電荷。不同噴嘴噴出的高速流體可以是同種材料，也可以是不同材料，還可以是部分相同的材料。不同噴嘴中的不同材料可以是互相不會(huì)發(fā)生反應(yīng)的，也可以是可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者物理效應(yīng)的。
荷有電荷的高速流體可以通過(guò)后續(xù)作用力的方法被進(jìn)一步分散或者拉伸。后續(xù)作用力可以是電場(chǎng)作用力、磁場(chǎng)作用力、流體作用力或者其它包括熱、聲的作用力。后續(xù)作用力其方向與荷電高速流體的方向有一定的夾角，角度介于0～360度，但優(yōu)選30～150度。電場(chǎng)及磁場(chǎng)與使流體荷電的電場(chǎng)匹配使荷電流體能夠受到特定的包括吸引或者排斥作用力在內(nèi)的作用力。
流體沖擊是指通過(guò)其它高速流體沖擊、拉伸、分散要加工的材料的流體組分(如圖3所示)。沖擊流體中可以包含能夠溶解待制備材料的成分也可以包含能夠凝固待制備材料的成分還可以包含能夠與待制備材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或者物理效應(yīng)的成分。流體作用力中的流體可以是氣體、液體、超臨界流體、等離子體、液態(tài)顆粒包含于載流體、固態(tài)顆粒包含于載流體。后續(xù)作用力沖擊流體可以荷有與被作用流體相同或者相反的電荷也可以不帶電荷。
后續(xù)作用力可以只有一種作用力，也可以有多種作用力共同作用。高速流體電噴射方法中可以不包含，可以包含一次，也可以包含超過(guò)不止一次的后續(xù)作用力作用。后續(xù)作用力方法適用于電流體力學(xué)噴射方法及高速流體方法對(duì)材料的處理。
高速流體電噴射過(guò)程還可以通過(guò)輔助手段改善高速流體電噴射過(guò)程及材料被加工后的性能。輔助手段包括荷電流體的運(yùn)動(dòng)控制如輔助帶電流體的聚焦、通過(guò)紅外、微波、熱輻射、制冷系統(tǒng)進(jìn)行的溫度控制、通過(guò)超聲波進(jìn)行材料分散、通過(guò)化學(xué)反應(yīng)改變被加工材料的性能、通過(guò)平衡不同流體間的相互作用力以確保高速荷電流體平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng)、通過(guò)使流體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)作用力而控制被加工材料的特性、通風(fēng)以排出氣態(tài)物質(zhì)、對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行消音處理、對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控、加工過(guò)程采用自動(dòng)化控制等。
荷電流體運(yùn)動(dòng)控制是指通過(guò)電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)、壓力等能夠?qū)呻娏黧w發(fā)生作用力的能量場(chǎng)在荷電流體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)荷電流體進(jìn)行包括聚焦、軌跡控制、范圍控制在內(nèi)的運(yùn)動(dòng)控制。荷電流體運(yùn)動(dòng)控制電磁場(chǎng)作用包括靜電場(chǎng)作用、磁場(chǎng)作用或者同時(shí)采用靜電場(chǎng)作用以及磁場(chǎng)作用。荷電流體運(yùn)動(dòng)控制電磁場(chǎng)作用在高速流體電噴射過(guò)程的不同區(qū)域，施加在荷電流體上的場(chǎng)強(qiáng)可以是相同的也可以是不同的。當(dāng)通過(guò)靜電場(chǎng)作用控制荷電高速流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，所施加的電場(chǎng)與對(duì)被加工材料荷電的電場(chǎng)相匹配，可以是直流正電場(chǎng)、直流負(fù)電場(chǎng)或者交流電場(chǎng)。當(dāng)使被加工材料荷電的電場(chǎng)為直流電場(chǎng)時(shí)，通過(guò)靜電場(chǎng)作用控制荷電高速流體運(yùn)動(dòng)的電場(chǎng)與使被加工材料荷電的電場(chǎng)極性相同；如果使被加工材料荷電的電場(chǎng)為交流電場(chǎng)，使被加工材料荷電的電場(chǎng)也為相位相當(dāng)?shù)慕涣麟妶?chǎng)。通過(guò)磁場(chǎng)作用控制荷電高速流體運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)其相位變化與使被加工材料荷電的電場(chǎng)的相位相匹配。
被加工材料在通過(guò)高速流體電噴射方法處理過(guò)程中對(duì)被加工材料改性的化學(xué)反應(yīng)可以在噴射前、噴射過(guò)程中、收集期間或者以后進(jìn)行；化學(xué)反應(yīng)可以只有一種反應(yīng)發(fā)生，也可以有多種反應(yīng)發(fā)生，當(dāng)有多種反應(yīng)發(fā)生時(shí)，反應(yīng)可以同時(shí)發(fā)生，也可以在不同時(shí)間、不同位置發(fā)生。化學(xué)反應(yīng)包括聚合、交聯(lián)、接枝、取代、加成、消除、配合、沉淀、分解、中和等有機(jī)及無(wú)機(jī)反應(yīng)。
流體作用力平衡調(diào)控可以確保高速流體的平穩(wěn)運(yùn)行。作用力平衡調(diào)控作用力包括壓力如流體的壓力、聲壓力等或者是吸引力、排斥力包括相位匹配的電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力等。當(dāng)采用流體壓力調(diào)控時(shí)，在電流體力學(xué)噴射噴嘴邊增加調(diào)控流體管。當(dāng)采用電場(chǎng)力調(diào)控時(shí)，采用施加極性相同或者相位匹配的電場(chǎng)。當(dāng)采用磁場(chǎng)力調(diào)控時(shí)，可以采用適當(dāng)配置的時(shí)空磁場(chǎng)。對(duì)實(shí)心流體包括單一流體或者核殼流體等具有向外壓力的流體，根據(jù)其內(nèi)部壓力大小及流速等參數(shù)施加相應(yīng)的向內(nèi)壓力。向中空流體等同時(shí)具有向內(nèi)及向外壓力的流體施加相應(yīng)的由內(nèi)向外以及由外向內(nèi)的兩種作用力。當(dāng)同時(shí)需要有兩種或者兩種以上調(diào)控作用力時(shí)，可以根據(jù)需要選取不同或者相同類型的調(diào)控作用力。作用力平衡調(diào)控的目的是通過(guò)控制噴嘴及后續(xù)作用力作用系統(tǒng)的流體內(nèi)外作用力大小改善流體的流動(dòng)穩(wěn)定性及混合、分散性能。
通過(guò)流體旋轉(zhuǎn)作用力可以有效改善通過(guò)高速流體電噴射方法所制備的超細(xì)材料的分散性能對(duì)于顆?？梢蕴岣叻稚⒕鶆蛐远鴮?duì)于纖維則可同時(shí)提高分散均勻性及材料薄膜的機(jī)械性能。對(duì)荷電高速流體能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)作用力的方法包括旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)技術(shù)、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)技術(shù)及旋轉(zhuǎn)軌道技術(shù)。
被加工材料的收集可以采用收集鼓、收集傳送帶、收集板、收集池等收集器件收集被加工材料。收集體系可以是干的體系也可以包含有溶劑或者蒸汽的濕的體系。
被加工材料的后加工包括增加所獲得超細(xì)材料強(qiáng)度的針刺、水刺、編織、熱黏附、化學(xué)黏附、包被其它材料、溶解去除部分成分等加工過(guò)程、超細(xì)材料的篩選等。
被加工材料經(jīng)過(guò)準(zhǔn)備及存儲(chǔ)處理后以包括氣態(tài)、液態(tài)、等離子態(tài)、固態(tài)顆粒包含于載流體、液態(tài)顆粒包含于載流體在內(nèi)的流體形式被荷以一定的電荷并高速運(yùn)動(dòng)從而使得被加工材料能夠拉伸、分散。在材料荷電高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)控制荷電流體的運(yùn)動(dòng)軌跡、紅外、微波、熱輻射、制冷系統(tǒng)等的溫度控制、超聲波的分散、化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)改性處理、荷電高速流體作用力的平衡調(diào)控、旋轉(zhuǎn)作用力對(duì)被加工材料的纏繞、分散及通風(fēng)等處理改善高速電流體噴射過(guò)程及所獲得被加工材料的性能。然后由收集鼓、收集傳送帶、收集板、收集池等收集器件進(jìn)行收集。最后通過(guò)針刺、水刺、編織、熱黏附、化學(xué)黏附、包被其它材料、溶解去除部分成分等加工及超細(xì)材料的篩選即可大規(guī)模地獲得由小尺寸的實(shí)心、核殼、中空狀或者多孔狀的顆?；蛘呃w維所構(gòu)成的顆粒、纖維、纖維束或者薄膜。
本發(fā)明的有益效果通過(guò)將高速流體大規(guī)模地對(duì)材料的拉伸、分散作用與電流體力學(xué)噴射對(duì)材料的拉伸、分散作用相乘從而可大規(guī)模、廉價(jià)地生產(chǎn)具有小尺寸的顆?；蛘呃w維超細(xì)材料。


圖1是本發(fā)明的設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本圖1的另一個(gè)結(jié)構(gòu)形式示意圖。
圖3是本發(fā)明所述的對(duì)噴體系示意圖。
圖4是本發(fā)明的雙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
如圖1、2、4所示。本發(fā)明的系統(tǒng)由高速射流設(shè)備(可選用天津格林泵業(yè)有限公司C002齒輪泵)、荷電設(shè)備(可選用BMEI公司BGG40直流高壓發(fā)生器)、收集設(shè)備(可選用瑞士HABASIT高速平面?zhèn)鲃?dòng)帶)、輔助運(yùn)動(dòng)控制裝置、后續(xù)處理裝置組成。各主要設(shè)備的連接關(guān)系可根據(jù)用途、目的、所加工材料的不同參見(jiàn)圖1、圖2、圖4所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合即可。圖1和圖2的不同之處二者所采用的輔助運(yùn)動(dòng)控制裝置不同，圖1中采用是常規(guī)運(yùn)動(dòng)控制裝置，圖2中所對(duì)采用的是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制裝置，圖4是本發(fā)明的雙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
本實(shí)施例所述的制備超細(xì)粉粒物料的方法具體還可概括為以下4個(gè)步驟1、被加工材料的準(zhǔn)備及存儲(chǔ)；2、使被加工材料荷電高速流動(dòng)；3、材料收集；4、后加工。
被加工材料的準(zhǔn)備及存儲(chǔ)的目的是使得被加工材料流體化。通常被加工材料準(zhǔn)備及存儲(chǔ)的方法包括溶解、熔融、蒸發(fā)、等離子體化、粉碎使被加工材料成為流體形式。相應(yīng)單元為被加工材料的準(zhǔn)備及存儲(chǔ)部分1。
被加工材料的荷電過(guò)程可以采用電暈充電、感應(yīng)充電、接觸充電、摩擦充電、荷電流體充電等方法使被加工材料荷電。使被加工材料荷電需要相應(yīng)的電源2a和電極2b。被加工材料荷電可以在流體出口即噴嘴處、以前或者以后被荷上一定的電荷。荷電電場(chǎng)可以是直流正電場(chǎng)、直流負(fù)電場(chǎng)或者交變電場(chǎng)。
驅(qū)動(dòng)被加工材料高速流動(dòng)是通過(guò)施加在噴嘴3a處被加工材料流體上的壓力差系統(tǒng)3b，它包括機(jī)械作用力、加壓、負(fù)壓或者流體沖擊及后續(xù)作用力，后續(xù)作用力包括高壓電場(chǎng)系統(tǒng)3c、強(qiáng)磁場(chǎng)系統(tǒng)3d、流體沖擊系統(tǒng)3e來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中流體沖擊由壓力差系統(tǒng)3e產(chǎn)生的其它材料高速流體對(duì)被加工材料沖擊而實(shí)現(xiàn)。
輔助加工包括荷電流體的運(yùn)動(dòng)控制如輔助帶電流體的聚焦系統(tǒng)4a、通過(guò)紅外、微波、熱輻射、制冷系統(tǒng)進(jìn)行的溫度控制系統(tǒng)、通過(guò)超聲波進(jìn)行材料分散、通過(guò)化學(xué)反應(yīng)改變被加工材料的性能、通過(guò)作用力平衡系統(tǒng)平衡不同流體間的相互作用力以確保高速荷電流體平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng)、通過(guò)使流體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)作用力系統(tǒng)4c而控制被加工材料的特性、通風(fēng)以排出氣態(tài)物質(zhì)、對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行消音處理、對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控、加工過(guò)程采用自動(dòng)化控制等。
被加工目的材料的收集可以采用收集鼓5a、收集傳送帶5b、收集板、收集池等收集器件收集被加工材料。收集體系可以是干的體系也可以包含有溶劑或者蒸汽的濕的體系。
被加工材料的后加工包括增加所獲得超細(xì)材料強(qiáng)度的針刺、水刺、編織、熱黏附、化學(xué)黏附、包被其它材料、溶解去除部分成分等加工過(guò)程、超細(xì)材料的篩選等。
需要被紡制纖維或者被制備細(xì)小顆粒的材料經(jīng)過(guò)準(zhǔn)備及存儲(chǔ)部分處理后以包括氣態(tài)、液態(tài)、等離子態(tài)、固態(tài)顆粒包含于載流體、液態(tài)顆粒包含于載流體在內(nèi)的流體形式被荷電部分荷上一定的電荷，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)被加工材料高速流動(dòng)部分的施加在噴嘴處流體上的壓力差包括機(jī)械作用力、加壓、負(fù)壓或者流體沖擊及后續(xù)作用力包括高壓電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)、流體沖擊使荷電流體高速運(yùn)動(dòng)從而對(duì)被加工材料進(jìn)行拉伸、分散。與此同時(shí)，輔助加工部分發(fā)揮作用通過(guò)荷電流體運(yùn)動(dòng)控制如輔助帶電流體由電場(chǎng)、磁場(chǎng)作用控制的聚焦、運(yùn)動(dòng)軌跡控制；通過(guò)紅外、微波、熱輻射、制冷系統(tǒng)等溫控系統(tǒng)，對(duì)荷電高速流體進(jìn)行溫度控制；通過(guò)超聲波等材料分散系統(tǒng)對(duì)荷電高速流體進(jìn)行分散；通過(guò)化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；通過(guò)流體作用力平衡調(diào)控系統(tǒng)來(lái)調(diào)控流體間的相互作用力；通過(guò)荷電流體旋轉(zhuǎn)作用力發(fā)生系統(tǒng)使得荷電高速流體中發(fā)生旋轉(zhuǎn)作用力而使得被加工材料纏繞、分散；通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)高速荷電流體進(jìn)行通風(fēng)、干燥處理等。然后由收集部分的收集鼓、收集傳送帶、收集板、收集池等收集器件及收集材料狀態(tài)控制系統(tǒng)對(duì)被加工材料進(jìn)行收集。最后通過(guò)后加工部分包括增加所獲得超細(xì)顆?；蛘呃w維薄膜強(qiáng)度的針刺、水刺、編織、熱黏附、化學(xué)黏附、包被其它材料、溶解去除部分成分等加工系統(tǒng)、超細(xì)顆粒或者纖維篩選系統(tǒng)進(jìn)行后加工處理即可大規(guī)模地獲得由小尺寸的實(shí)心、核殼、中空狀或者多孔狀的顆?；蛘呃w維所構(gòu)成的顆粒、纖維、纖維束或者薄膜?，F(xiàn)在參照下面的實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明，這些實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明而不用來(lái)限定本發(fā)明的范圍。
具體實(shí)施例實(shí)施例1。
配制重均分子量為20萬(wàn)的聚乳酸10％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的二甲基甲酰胺溶液，加入到儲(chǔ)液罐中并施加12MPa的高壓，用導(dǎo)管連接到高速電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴，噴嘴為0.8毫米圓形噴孔的噴絲板，將高壓電源的正極接到噴絲板內(nèi)側(cè)的電極上，負(fù)極與采集板相接。噴嘴與采集板間的距離控制在40cm左右，噴嘴(正極)與對(duì)電極(負(fù)極)間的電壓為40kv左右，電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴處溶液流速為1l/min左右，通過(guò)采集板即可獲得聚乳酸超細(xì)纖維。
實(shí)施例2。
配制重均分子量為20萬(wàn)的聚乳酸10％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的二甲基甲酰胺溶液，加入到儲(chǔ)液罐中并施加12MPa的高壓，用導(dǎo)管連接到高速電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴，噴嘴為0.8毫米異形噴孔的噴絲板，將高壓電源的正極接到噴絲板內(nèi)側(cè)的電極上，負(fù)極與采集板相接。噴嘴與采集板間的距離控制在40cm左右，噴嘴(正極)與對(duì)電極(負(fù)極)間的電壓為40kv左右，電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴處溶液流速為1l/min左右，通過(guò)采集板即可獲得具有高孔隙率的聚乳酸超細(xì)纖維。
實(shí)施例3。
配制重均分子量為20萬(wàn)的聚乳酸10％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的二甲基甲酰胺溶液，加入到儲(chǔ)液罐中并施加12MPa的高壓，用導(dǎo)管連接到高速電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴，噴嘴為0.8毫米噴孔的噴絲板，將高壓電源的正極接到噴絲板內(nèi)側(cè)的電極上，負(fù)極與采集板相接。噴嘴與采集板間的距離控制在40cm左右，噴嘴(正極)與對(duì)電極(負(fù)極)間的電壓為40kv左右，在距離噴嘴4厘米處有直徑依次從50厘米，30厘米至10厘米且間距為5厘米的連接至另一高壓電源的金屬銅環(huán)組進(jìn)行聚焦，金屬銅環(huán)的對(duì)電極接地，金屬銅環(huán)(正極)及其對(duì)電極(負(fù)極)上施加的電壓為5000伏左右。電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴處溶液流速1l/min，通過(guò)采集板即可獲得高密度聚乳酸超細(xì)纖維。
實(shí)施例4。
配制10％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))重均分子量為20萬(wàn)的聚乳酸的二甲基甲酰胺溶液，加入到儲(chǔ)液罐中并施加12MPa的高壓，用導(dǎo)管連接到電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴，噴嘴為長(zhǎng)10厘米寬2毫米的噴孔，將高壓電源的正極接到噴絲板內(nèi)側(cè)的電極上，負(fù)極與采集板相接。噴嘴與采集板間的距離控制在40cm左右，噴嘴(正極)與對(duì)電極(負(fù)極)間的電壓為40kv左右，噴嘴的對(duì)電極為長(zhǎng)度10厘米與噴嘴垂直，頂部尖銳的不銹鋼條，噴嘴對(duì)電極與一電動(dòng)馬達(dá)相連并且以1000轉(zhuǎn)/分的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)。采集板介于噴嘴及對(duì)電極之間并且靠近對(duì)電極。電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴處溶液流速1l/min，通過(guò)采集板即可得到高度交連的聚乳酸超細(xì)纖維。
實(shí)施例5。
配制重均分子量為20萬(wàn)的聚乳酸10％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的二甲基甲酰胺溶液，加入到儲(chǔ)液罐中并施加12MPa的高壓，用導(dǎo)管連接到電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴，噴嘴為長(zhǎng)10厘米寬2毫米的噴孔，將高壓電源的正極接到噴絲板內(nèi)側(cè)的電極上，負(fù)極與采集板相接。噴嘴與采集板間的距離控制在40cm左右，噴嘴(正極)與對(duì)電極(負(fù)極)間的電壓為40kv左右，在距離噴嘴4厘米處有直徑依次從50厘米，30厘米至10厘米且間距為5厘米的連接至另一高壓電源的金屬銅環(huán)組進(jìn)行聚焦，金屬銅環(huán)的對(duì)電極接地，金屬銅環(huán)(正極)及其對(duì)電極(負(fù)極)上施加的電壓為5000伏左右。噴嘴的對(duì)電極為長(zhǎng)度為10厘米與噴嘴垂直，頂部尖銳的不銹鋼條，噴嘴對(duì)電極與一電動(dòng)馬達(dá)相連并且以1000轉(zhuǎn)/分的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)，旁邊有一與空氣泵相連的吹掃導(dǎo)管將超細(xì)纖維紗線吹往收集鼓。收集鼓介于噴嘴及對(duì)電極之間，與對(duì)電極的距離為0.5厘米。收集鼓與另一電動(dòng)馬達(dá)相連，以3000轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)收集高速電流體力學(xué)噴射產(chǎn)物。電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴處溶液流速1l/min，得到的產(chǎn)物為聚乳酸超細(xì)纖維紗線。
實(shí)施例6。
將重均分子量為100萬(wàn)的聚苯乙烯通過(guò)螺桿擠壓機(jī)熔融并施加10MPa的高壓，用導(dǎo)管連接到電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴，噴嘴為0.8毫米圓形噴孔的噴絲板，將高壓電源的正極接到噴絲板內(nèi)側(cè)的電極上，負(fù)極與采集板相接。噴嘴與采集板間的距離控制在40cm左右，噴嘴(正極)與對(duì)電極(負(fù)極)間的電壓為40kv左右，電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴處溶液流速1l/min，通過(guò)采集板即可得到聚苯乙烯超細(xì)纖維。
實(shí)施例7。
將重均分子量為5萬(wàn)的聚丙烯腈通過(guò)螺桿擠壓機(jī)熔融并施加10MPa的高壓，用導(dǎo)管連接到電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴，噴嘴為0.8毫米異形噴孔的噴絲板，將高壓電源的正極接到噴絲板內(nèi)側(cè)的電極上，負(fù)極與采集板相接。噴嘴與采集板間的距離控制在40cm左右，噴嘴(正極)與對(duì)電極(負(fù)極)間的電壓為40kv左右，電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴處溶液流速1l/min，通過(guò)傳送帶即可得到聚丙烯腈中空超細(xì)纖維氈。將聚丙烯腈超細(xì)纖維氈經(jīng)熱粘合、拉伸、高溫處理得超細(xì)中空碳纖維。
實(shí)施例8。
將硬質(zhì)黏土熟料通過(guò)熔融爐熔融從噴嘴流出，在噴嘴處熔融液被40KV高壓電源荷以正電荷，并通過(guò)20MPa的壓縮空氣對(duì)荷電熔融液以60度的角度進(jìn)行噴吹，在壓縮空氣與高壓電場(chǎng)拉伸作用的共同作用下硬質(zhì)黏土熟料被拉伸成數(shù)百納米至數(shù)微米的硬質(zhì)黏土纖維，并通過(guò)在對(duì)電極前面0.5厘米處的網(wǎng)式集棉器集棉，隨后通過(guò)針刺機(jī)制毯并由直熱式輥底熱處理爐進(jìn)行熱定型，最后通過(guò)剪切、打卷獲得由硬質(zhì)黏土超細(xì)纖維構(gòu)成的纖維氈。
實(shí)施例9。
將重均分子量為100萬(wàn)的聚丙烯腈熔融，加入到儲(chǔ)液罐中并施加30MPa的高壓，用導(dǎo)管連接到電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴，噴嘴為0.8毫米噴孔的噴絲板，溶液流速控制在10l/min，將高壓電源的正極接到噴絲板內(nèi)側(cè)的電極上，負(fù)極與采集板相接。施加在聚苯乙烯熔融液上的電壓為10KV，熔融液噴出后被施加了5KV的相距從50厘米降致5厘米的與噴射方向傾斜的兩塊金屬板的電場(chǎng)軌跡控制裝置控制在一定空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)達(dá)50厘米后受到與噴射方向垂直的0.5T的強(qiáng)磁場(chǎng)作用及與原噴射方向及磁場(chǎng)方向垂直的1KV/cm的高壓電場(chǎng)及荷有相同電荷的溫度為100度的高速氣態(tài)流體的沖擊的共同作用，高速荷電流體在新方向上運(yùn)動(dòng)約50厘米后被一介于氣體噴嘴與對(duì)電極之間運(yùn)動(dòng)速度為10米/分的采集傳送帶收集，得到聚丙烯腈超細(xì)纖維，經(jīng)針刺處理、熱黏附處理后即可獲得聚丙烯腈超細(xì)纖維薄膜。該聚丙烯腈超細(xì)纖維薄膜經(jīng)加熱、拉伸碳化處理后成為超細(xì)碳纖維薄膜。
實(shí)施例10。
將重均分子量為20萬(wàn)10％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的聚乳酸丙酮溶液及4％羥基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH).2)的丙酮溶液5ml混合，加入儲(chǔ)罐中并施加12MPa的高壓，噴嘴為100個(gè)0.9mm的金屬噴頭所組成的噴頭陣列并且于40KV的高壓直流電源的正極連接，溶液流速控制在1l/min，在距離正極40厘米處一與負(fù)極相連的收集傳送帶以10米/分的速度收集所獲得的超細(xì)纖維組合體。在收集傳送帶附近鼓風(fēng)機(jī)將60度的空氣吹掃超細(xì)纖維并對(duì)其進(jìn)行干燥處理，經(jīng)卷繞、裁剪后得到骨組織修復(fù)材料。
實(shí)施例11。
以質(zhì)量濃度為2％的醋酸水溶液為溶劑，配制質(zhì)量濃度為15％的膠原溶液；另外配制質(zhì)量濃度為5％聚羥基丁酸一戊酸酯(PHBV)的氯仿溶液；兩種溶液分別置于不同儲(chǔ)液裝置中并分別施加12MPa的高壓，兩種溶液分別從兩個(gè)相對(duì)相距50厘米的金屬噴嘴中噴出，兩個(gè)金屬噴嘴上均施加20KV的正電壓，在距離兩金屬噴嘴約25厘米即兩金屬噴嘴中央附近為一高壓氣體噴嘴，氣體的流速為3米/秒，它能夠?qū)膬蓚€(gè)金屬噴嘴噴出的在附近交會(huì)的材料施加一與兩噴嘴垂直的推力，從而將混合后的材料吹向收集裝置，收集裝置為一轉(zhuǎn)速達(dá)1000轉(zhuǎn)/分的收集鼓，它接地，并且距離氣體噴嘴50厘米。在收集鼓附近有干燥氣體鼓風(fēng)裝置，最后可以以200克/min的速度獲得聚羥基丁酸一戊酸酯(PHBV)與膠原的混合超細(xì)纖維，經(jīng)卷繞、裁剪后得到組織修復(fù)材料。
實(shí)施例12。
將重均分子量為5萬(wàn)的聚丙烯腈通過(guò)螺桿擠壓機(jī)熔融并施加10MPa的高壓，用導(dǎo)管連接到電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴，噴嘴為0.8毫米圓形噴孔的噴絲板，噴嘴與一超聲波發(fā)生裝置相連，同時(shí)將高壓電源的正極接到噴絲板內(nèi)側(cè)的電極上，負(fù)極與采集板相接。噴嘴與采集板間的距離控制在40cm左右，噴嘴(正極)與對(duì)電極(負(fù)極)間的電壓為40kv左右，電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴處溶液流速1l/min，通過(guò)傳送帶即可得到聚丙烯腈超細(xì)顆粒薄膜。
實(shí)施例13。
配制5％磺胺甲基異噁唑及5％鄰苯二甲酸醋酸纖維素的5％氨水溶液，在加入適當(dāng)?shù)奶砑觿┖笞⑷雰?chǔ)液罐并施加10MPa的高壓，用導(dǎo)管連接到電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴，噴嘴為0.8毫米圓形噴孔的噴絲板，將高壓電源的正極接到噴絲板內(nèi)側(cè)的電極上，負(fù)極與采集板相接。噴嘴與采集板間的距離控制在40cm左右，噴嘴(正極)與對(duì)電極(負(fù)極)間的電壓為40kv左右，電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴處溶液流速1l/min，通過(guò)傳送帶即可得到含磺胺甲基異噁唑超細(xì)顆粒薄膜。
實(shí)施例14。
配制2％的羅匹尼羅(Ropirinole)即4-[2-(二丙氨基)乙基]-1，3-二氫-2H-吲哚-2-酮-鹽酸鹽，5％聚乙二醇和0.5％Tween 80的水溶液，加壓至10MPa，用導(dǎo)管連接到電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴，噴嘴為0.8毫米圓形噴孔的噴絲板，將高壓電源的正極接到噴絲板內(nèi)側(cè)的電極上，負(fù)極與采集板相接。噴嘴與采集板間的距離控制在40cm左右，噴嘴(正極)與對(duì)電極(負(fù)極)間的電壓為40kv左右，電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴處溶液流速1l/min。通過(guò)傳送帶即可得到含羅匹尼羅的聚乙二醇超細(xì)纖維。該超細(xì)纖維經(jīng)切割、壓片等后操作后，可以作為藥物使用。
實(shí)施例15。
分別配制10％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的聚乙烯醇水溶液及10％聚苯乙烯丙酮溶液，分別注入儲(chǔ)液罐并施加10MPa的高壓后通過(guò)導(dǎo)管連接到各自電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴，噴嘴均為0.8毫米圓形噴孔的噴絲板，將30KV的高壓正電源的正極接到聚乙烯醇溶液噴絲板內(nèi)側(cè)的電極上，將-30KV高壓負(fù)電源的負(fù)極連接到聚苯乙烯溶液噴絲板內(nèi)側(cè)的電極上，兩噴嘴相距60厘米。在兩噴嘴的中間即距離兩個(gè)噴嘴的距離均為30厘米為接地的以5米/分傳送的棉布傳送帶，聚乙烯醇及聚苯乙烯超細(xì)纖維均以1l/min的速度在棉布上交連形成復(fù)合纖維布。該復(fù)合纖維布經(jīng)與甲殼素纖維布及尼龍纖維布分別通過(guò)化學(xué)及熱黏附后即成為具有病源微生物防護(hù)能力的防護(hù)材料。
實(shí)施例16。
將鋅條通過(guò)電弧熔融后由壓力為20MPa溫度為200度的并且通過(guò)40KV高壓電源荷有正電的高壓氣體將液態(tài)鋅從噴嘴處以1l/min的速度噴出后經(jīng)兩塊施加了5KV的金屬板控制荷電的高速流體在一定范圍內(nèi)流動(dòng)，在流動(dòng)了約50厘米后由與對(duì)電極相連的傳送帶上的低碳鋼板以10米/分的速度收集鋅超細(xì)顆粒。
實(shí)施例17配制3％的環(huán)丙沙星氯仿溶液及10％的明膠水溶液，兩種試劑分別通過(guò)兩個(gè)相對(duì)且內(nèi)置與10KV電源連接的電極在12MPa的壓力下以1l/min的速度相對(duì)噴射，與此同時(shí)被荷有同種電荷的兩股高速空氣以與兩試劑噴嘴垂直的方向沖擊試劑荷電流體，在四股高速荷電流體的下方有一與40KV高壓電源連接并且連有1m/s通風(fēng)管的沖擊流及高壓電場(chǎng)作用裝置將沖擊混合后的荷電流體通向上方顆粒收集裝置及排風(fēng)管道，超細(xì)藥物膠囊顆粒被接地的收集傳送帶收集而氣體則從收集傳送帶的上方排出經(jīng)處理后用于循環(huán)使用。
實(shí)施例18。
將施加了高壓的200度的四氯化鈦蒸氣從兼作電極與10KV高壓電源的正極連接的互相垂直的兩個(gè)噴嘴處噴射，在它們的對(duì)面施加了高壓的200度的氧氣從另外兩個(gè)同樣與10KV高壓電源正極連接的噴嘴處噴射，氣體在高速碰撞反應(yīng)后受到其下方與40KV高壓電源正極相連并且通有1m/s的高速氣體的沖擊向上運(yùn)動(dòng)，反應(yīng)的粒子被接地的收集傳送帶收集而未反應(yīng)的氣體即反應(yīng)產(chǎn)生的氣體則被分離后用于循環(huán)使用，則可獲得二氧化鈦超細(xì)粉末。
實(shí)施例19。
將0.05M的醋酸鋅水溶液加壓至1MPa后通過(guò)一內(nèi)置了電極與30KV高壓電源相連并且與超聲波發(fā)生裝置相連的噴嘴以1l/min的速度將醋酸鋅超細(xì)液滴噴射到40厘米外接地的以1m/min速度運(yùn)動(dòng)的傳送帶上被加熱至400度的導(dǎo)電玻璃上，即可獲得透明的附著有氧化鋅超細(xì)顆粒薄膜的復(fù)合導(dǎo)電玻璃材料。該材料經(jīng)450℃退火約2h后即可用于傳感器件的制作材料。
實(shí)施例20。
將5％孔雀綠丁基醚液體石蠟溶液17份與3000份5％羥乙基纖維素水溶液混合加壓至5MPa通過(guò)一與30KV高壓負(fù)電源的負(fù)電極相連的內(nèi)置電極的噴嘴以1l/min的速度噴射，噴嘴兩邊有與噴射荷電流體呈5度夾角溫度130度的1m/s的同樣荷電的空氣流對(duì)荷電樣品流體沖擊，超細(xì)羥乙基纖維素包裹的孔雀綠丁基醚微膠囊被40厘米外接地的傳送帶收集，氣體則通過(guò)冷卻，回收液體石蠟，除去大部分水而空氣則循環(huán)使用。
實(shí)施例21。
將加有1％w/v添加劑的10％的氧化鈣水溶液加壓到5MPa通過(guò)一與30KV高壓負(fù)電源的負(fù)電極相連的內(nèi)置電極的噴嘴以1l/min的速度噴射，從另一相距約60厘米處，二氧化碳?xì)怏w以500ml/min的速度通過(guò)一與30KV高壓正電源的正電極相連的內(nèi)置電極的噴嘴噴出，在兩股荷電流體相會(huì)的下方有一以1m/s流動(dòng)的空氣沖擊流將空中顆粒吹向上方，通過(guò)旋風(fēng)分選器將顆粒與氣體分離并收集固體超細(xì)顆粒，而氣體則循環(huán)使用。
實(shí)施例22。
配制重量/體積比為1.88％茶堿、3.6％甲基丙烯酸、37.4％的甲基丙烯酸乙二醇酯及0.4％的偶氮二異丁腈的N，N-二甲基甲酰胺溶液在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加壓至5MPa后通過(guò)一與30kV高壓正電源的正電極相連的內(nèi)置電極的噴嘴以1l/min的速度在能夠透過(guò)紫外光的空間罩內(nèi)向上進(jìn)行噴射，噴嘴兩邊有與噴射荷電流體呈5度夾角溫度60度的1m/s的同樣荷電的氮?dú)饬鲗?duì)荷電樣品流體沖擊，同時(shí)荷電高速噴射流體罩的外面有紫外光對(duì)荷電高速流體進(jìn)行照射，通過(guò)旋風(fēng)分選器將顆粒與氣體分離并收集固體超細(xì)顆粒，而氣體則循環(huán)使用。固體超細(xì)顆粒經(jīng)甲醇和乙酸抽提除去茶堿后干燥，得到能夠用于分子印跡分離的具有茶堿分子印跡的聚合物超細(xì)顆粒。
下面結(jié)合方法與系統(tǒng)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
被加工材料的準(zhǔn)備及存儲(chǔ)是通過(guò)包括溶解、熔融、蒸發(fā)、等離子體化、粉碎使被加工材料成為包括氣態(tài)、液態(tài)、超臨界流體、等離子態(tài)、及流體中含有相對(duì)主流體成分高密度的成分如固態(tài)顆粒包含于載流體、液態(tài)顆粒包含于載流體在內(nèi)的流體形式使被加工材料流體化。對(duì)于不能通過(guò)溶解、熔融、蒸發(fā)、等離子體化、粉碎而流體化的被加工材料則通過(guò)使用可以流體化并且能夠通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或者物理效應(yīng)在高速電流體噴射前或者過(guò)程中或者后生成被加工材料的原材料或者反應(yīng)中間體的方法使被加工材料流體化。
使被加工材料荷電高速流動(dòng)被加工材料荷電、驅(qū)動(dòng)被加工材料高速流動(dòng)、改善高速流體電噴射過(guò)程及材料被加工后的性能的輔助手段等三個(gè)先后次序任選的組成部分荷電是通過(guò)電暈充電、感應(yīng)充電、接觸充電、摩擦充電、荷電流體充電等方法使被加工材料荷電。使被加工材料荷電需要相應(yīng)的電源和電極。被加工材料荷電可以在流體出口即噴嘴處、以前或者以后被荷上一定的電荷。荷電電場(chǎng)包括直流正電場(chǎng)、直流負(fù)電場(chǎng)或者交變電場(chǎng)，使流體荷電的電場(chǎng)介于0.1V/毫米～1000kV/毫米。
施加在噴嘴處被加工材料流體上的壓力包括機(jī)械作用力、加壓系統(tǒng)、負(fù)壓系統(tǒng)或者流體沖擊及后續(xù)作用力包括高壓電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)、流體沖擊來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中流體沖擊由壓力產(chǎn)生的其它材料高速流體對(duì)被加工材料沖擊而實(shí)現(xiàn)。加壓的壓力范圍介于1大氣壓至5000大氣壓，沖擊流體的速度介于1.5毫米/秒～1000米/秒。
使被加工材料高速流動(dòng)的噴嘴包括單噴頭、同軸雙噴頭、軸向平行多噴頭。噴嘴的噴頭的截面包括圓形、長(zhǎng)方形、異形等任選平面幾何形狀。噴嘴可以根據(jù)需要由超過(guò)一個(gè)噴嘴組成四維時(shí)空噴嘴陣列。不同噴嘴噴出的高速流體可以選擇荷有相同電荷、荷有相反電荷或者不荷電荷。不同噴嘴噴出的高速流體可以選擇同種材料、不同材料或者部分相同的材料。不同噴嘴中的不同材料可以是互相不會(huì)發(fā)生反應(yīng)的，也可以是可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者物理效應(yīng)的。
荷有電荷的高速流體可以通過(guò)后續(xù)作用力被進(jìn)一步分散或者拉伸。后續(xù)作用力包括電場(chǎng)作用力、磁場(chǎng)作用力、流體作用力及其它包括熱、聲的作用力。后續(xù)作用力其方向與荷電高速流體的方向有一定的夾角，角度介于0～360度，但優(yōu)選30～150度。電場(chǎng)及磁場(chǎng)與使流體荷電的電場(chǎng)匹配使荷電流體能夠受到特定的包括吸引或者排斥作用力在內(nèi)的作用力。對(duì)荷電流體有吸引或者排斥作用的電場(chǎng)強(qiáng)度介于0.1V/毫米～1000kV/毫米，磁場(chǎng)強(qiáng)度介于0.001毫特斯拉～30特斯拉。
流體沖擊是指通過(guò)其它高速流體沖擊、拉伸、分散要加工的材料的流體組分。沖擊流體中可以包含能夠溶解待制備材料的成分也可以包含能夠凝固待制備材料的成分還可以包含能夠與待制備材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或者物理效應(yīng)的成分。流體作用力中的流體可以是氣體、液體、超臨界流體、等離子體、液態(tài)顆粒包含于載流體、固態(tài)顆粒包含于載流體。后續(xù)作用力沖擊流體可以荷有與被作用流體相同或者相反的電荷也可以不帶電荷。
后續(xù)作用力可以只有一種作用力，也可以有多種作用力共同作用。高速流體電噴射方法中可以不包含，可以包含一次，也可以包含超過(guò)不止一次的后續(xù)作用力作用。后續(xù)作用力方法適用于電流體力學(xué)噴射方法及高速流體方法對(duì)材料的處理。
荷電流體的運(yùn)動(dòng)控制如輔助帶電流體的聚焦、通過(guò)紅外、微波、熱輻射、制冷系統(tǒng)進(jìn)行的溫度控制、通過(guò)超聲波進(jìn)行材料分散、通過(guò)化學(xué)反應(yīng)改變被加工材料的性能、通過(guò)平衡不同流體間的相互作用力以確保高速荷電流體平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng)、通過(guò)使流體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)作用力而控制被加工材料的特性、通風(fēng)以排出氣態(tài)物質(zhì)、對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行消音處理、對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控、加工過(guò)程采用自動(dòng)化控制等。
通過(guò)電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)等能夠?qū)呻娏黧w發(fā)生作用力的能量場(chǎng)對(duì)荷電流體進(jìn)行包括聚焦、軌跡控制、范圍控制在內(nèi)的運(yùn)動(dòng)控制。荷電流體運(yùn)動(dòng)控制電磁場(chǎng)作用包括靜電場(chǎng)作用、磁場(chǎng)作用或者同時(shí)采用靜電場(chǎng)作用以及磁場(chǎng)作用。荷電流體運(yùn)動(dòng)控制電磁場(chǎng)作用在高速流體電噴射過(guò)程的不同區(qū)域施加在荷電流體上的場(chǎng)強(qiáng)可以是相同的也可以是不同的。當(dāng)通過(guò)靜電場(chǎng)作用控制荷電高速流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，所施加的電場(chǎng)與對(duì)被加工材料荷電的電場(chǎng)相匹配，可以是直流正電場(chǎng)、直流負(fù)電場(chǎng)或者交流電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)介于0.1V/毫米～1000kV/毫米，但優(yōu)選0.01KV/毫米～5kV/毫米。當(dāng)使被加工材料荷電的電場(chǎng)為直流電場(chǎng)時(shí)，通過(guò)靜電場(chǎng)作用控制荷電高速流體運(yùn)動(dòng)的電場(chǎng)與使被加工材料荷電的電場(chǎng)極性相同；如果使被加工材料荷電的電場(chǎng)為交流電場(chǎng)，使被加工材料荷電的電場(chǎng)也為相位相當(dāng)?shù)慕涣麟妶?chǎng)。通過(guò)磁場(chǎng)作用控制荷電高速流體運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度介于0.001毫特斯拉～30特斯拉，但優(yōu)選0.050～1特斯拉，對(duì)于交流磁場(chǎng)其相位變化與使被加工材料荷電的電場(chǎng)的相位相匹配。
對(duì)被加工材料改性的化學(xué)反應(yīng)可以在噴射前、噴射過(guò)程中，還可以在收集或者后加工期間。化學(xué)反應(yīng)可以只有一種反應(yīng)發(fā)生，也可以有多種反應(yīng)發(fā)生，當(dāng)有多種反應(yīng)發(fā)生時(shí)，反應(yīng)可以同時(shí)發(fā)生，也可以在不同時(shí)間、不同位置發(fā)生?；瘜W(xué)反應(yīng)包括聚合、交聯(lián)、接枝、取代、加成、消除、配合、沉淀、分解、中和等有機(jī)及無(wú)機(jī)反應(yīng)。
作用力平衡調(diào)控作用力包括壓力如流體的壓力、聲壓力等或者是吸引力、排斥力包括相位匹配的電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力等。當(dāng)采用流體壓力調(diào)控時(shí)，在電流體力學(xué)噴射噴嘴邊增加調(diào)控流體管。當(dāng)采用電場(chǎng)力調(diào)控時(shí)，采用施加極性相同或者相位匹配的電場(chǎng)。當(dāng)采用磁場(chǎng)力調(diào)控時(shí)，可以采用適當(dāng)配置的時(shí)空磁場(chǎng)。對(duì)實(shí)心流體包括單一流體或者核殼流體等具有向外壓力的流體根據(jù)其內(nèi)部壓力大小及流速等參數(shù)施加相應(yīng)的向內(nèi)壓力。向中空流體等同時(shí)具有向內(nèi)及向外壓力的流體施加相應(yīng)的由內(nèi)向外以及由外向內(nèi)的兩種作用力。當(dāng)同時(shí)需要有兩種或者兩種以上調(diào)控作用力時(shí)，可以根據(jù)需要選取不同或者相同類型的調(diào)控作用力。作用力平衡調(diào)控可以通過(guò)控制噴嘴及后續(xù)作用力作用系統(tǒng)的流體內(nèi)外作用力大小改善流體的流動(dòng)穩(wěn)定性及混合、分散性能。
流體旋轉(zhuǎn)作用力可以有效改善通過(guò)高速流體電噴射方法所制備的超細(xì)材料的分散性能對(duì)于顆?？梢蕴岣叻稚⒕鶆蛐远鴮?duì)于纖維則可同時(shí)提高分散均勻性及材料薄膜的機(jī)械性能。對(duì)荷電高速流體能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)作用力的方法包括旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)技術(shù)、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)技術(shù)及旋轉(zhuǎn)軌道技術(shù)。旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率介于10-3Hz～109Hz。
荷電流體運(yùn)動(dòng)控制方法、流體作用力平衡調(diào)控方法及旋轉(zhuǎn)作用力發(fā)生方法適用于電流體力學(xué)噴射方法及高速流體方法在材料處理中的應(yīng)用。
本發(fā)明的超細(xì)化材料的收集可以采用收集鼓、收集傳送帶、收集板、收集池等收集器件收集被加工材料。收集體系可以是干的體系也可以包含有溶劑或者蒸汽的濕的體系。
由收集裝置收集后的被加工材料還可進(jìn)行后加工，后加工可采用包括增加所獲得超細(xì)材料強(qiáng)度的針刺、水刺、編織、熱黏附、化學(xué)黏附、包被其它材料、溶解去除部分成分等加工過(guò)程、超細(xì)材料的篩選等。
高速流體電噴射加工材料的過(guò)程中流體體積流速介于10毫升/小時(shí)～10升/秒，線流速介于1.5毫米/秒-1000米/秒，但流體的線流速在至少一個(gè)時(shí)間段大于0.5米/秒。高速流體的高速可以是短時(shí)間的如小于1秒也可以是長(zhǎng)時(shí)間的。流體的速度可以變化如可以先低速后高速，也可以先高速后低速，還可以先低速后高速再低速等。
本發(fā)明可制備的材料可以是超細(xì)顆粒、超細(xì)纖維、超細(xì)顆粒與超細(xì)纖維的混合物還可以是超細(xì)顆?；蛘叱?xì)纖維的組合體如無(wú)紡布。超細(xì)顆粒、超細(xì)纖維或者其組合體可以是實(shí)心的、中空的、核殼結(jié)構(gòu)的、多孔結(jié)構(gòu)的。超細(xì)材料的尺寸介于1納米～500微米。
權(quán)利要求
1.一種制備超細(xì)材料高速流體電噴射方法，其特征是包括以下步驟a、首先使被加工材料流體化；b、其次使上述已流體化的被加工材料荷電高速流動(dòng)，包括使已流體化的被加工材料通過(guò)施加有壓力的噴嘴噴出得到所需的超細(xì)化材料，其體積流速介于10毫升/小時(shí)～10升/秒，線流速介于1.5毫米/秒～1000米/秒，且流體的線流速在至少一個(gè)時(shí)間段大于0.5米/秒的速率高速流動(dòng)，并在流體化的被加工材料的流動(dòng)過(guò)程的全部或部分時(shí)間段內(nèi)荷電，荷電電場(chǎng)介于0.1V/毫米～1000kV/毫米；c、通過(guò)收集裝置將上述超細(xì)化加工后的被加工材料收集即得本發(fā)明的超細(xì)化材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備超細(xì)材料高速流體電噴射方法，其特征是在使上述已流體化的被加工材料荷電高速流動(dòng)過(guò)程中還包括荷電流體的運(yùn)動(dòng)控制、溫度控制、超聲波控制、化學(xué)反應(yīng)、作用力控制或旋轉(zhuǎn)控制進(jìn)而使被加工進(jìn)一步細(xì)化，其中化學(xué)反應(yīng)對(duì)被加工材料的改性可以在噴射前、噴射過(guò)程中、收集期間或者以后進(jìn)行；化學(xué)反應(yīng)可以只有一種反應(yīng)，也可以有多種反應(yīng)，當(dāng)有多種反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)可以同時(shí)發(fā)生，也可以在不同時(shí)間、不同位置發(fā)生，化學(xué)反應(yīng)包括聚合、交聯(lián)、接枝、取代、加成、消除、配合、沉淀、分解、中和類有機(jī)或無(wú)機(jī)反應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備超細(xì)材料高速流體電噴射方法，其特征是所述的旋轉(zhuǎn)控制包括旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)控制、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)技術(shù)及旋轉(zhuǎn)軌道控制，旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率介于10-3Hz～109Hz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備超細(xì)材料高速流體電噴射方法，其特征是所述的使上述已流體化的被加工材料荷電高速流動(dòng)還包括使荷有電荷的被加工材料在后續(xù)作用力的作用下進(jìn)一步分散或者拉伸的過(guò)程，后續(xù)作用力包括電場(chǎng)作用力、磁場(chǎng)作用力、流體作用力及其它包括熱、聲的作用力，后續(xù)作用力其方向與荷電高速流體的方向有一定的夾角，角度介于0～360度，電場(chǎng)及磁場(chǎng)與使流體荷電的電場(chǎng)匹配使荷電流體能夠受到特定的包括吸引或者排斥作用力在內(nèi)的作用力，對(duì)荷電流體有吸引或者排斥作用的電場(chǎng)強(qiáng)度介于0.1V/毫米～1000kV/毫米，磁場(chǎng)強(qiáng)度介于0.001毫特斯拉～30特斯拉；后續(xù)作用力可以只有一種作用力，也可以有多種作用力共同作用；整個(gè)制備過(guò)程中可以不包含、包含一次或一次以上的后續(xù)作用力過(guò)程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備超細(xì)材料高速流體電噴射方法，其特征是利用流體沖擊對(duì)對(duì)從噴嘴噴出的被加工材料進(jìn)行超細(xì)化沖擊加工；流體沖擊是通過(guò)其它高速流體沖擊、拉伸、分散被加工的材料的流體組分，用于沖擊的流體中可以包含能夠溶解被加工材料的成分，也可以包含能夠凝固被加工材料的成分，還可以包含能夠與被加工材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或者物理反應(yīng)的成分，流體沖擊中的流體可以是氣體、液體、超臨界流體、等離子體、液態(tài)顆粒包含于載流體、固態(tài)顆粒包含于載流體，沖擊流體可以荷有與被加工材料流體相同或者相反的電荷，也可以不帶電荷；其壓力范圍介于1大氣壓至5000大氣壓，沖擊流體的速度介于1.5毫米/秒～1000米/秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備超細(xì)材料高速流體電噴射方法，其特征是所述的收集裝置為收集鼓、收集傳送帶、收集板或收集池，可以是干的也可以包含有溶劑或者蒸汽的濕的收集裝置；經(jīng)過(guò)收集裝置收集所得的超細(xì)化材料經(jīng)過(guò)后續(xù)的針刺、水刺、編織、熱黏附、化學(xué)黏附、包被其它材料、溶解去除部分成分或篩選后即進(jìn)一步大規(guī)模地獲得由小尺寸的實(shí)心、核殼、中空狀或者多孔狀的顆粒或者纖維所構(gòu)成的顆粒、纖維、纖維束或者薄膜狀超細(xì)化材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備超細(xì)材料高速流體電噴射方法，其特征是所述的荷電包括電暈充電、感應(yīng)充電、接觸充電、摩擦充電、荷電流體充電；荷電可以在流體出口即噴嘴處、以前或者以后被荷上一定的電荷，荷電電場(chǎng)包括直流正電場(chǎng)、直流負(fù)電場(chǎng)或者交變電場(chǎng)，使流體荷電的電場(chǎng)介于0.1V/毫米～1000kV/毫米。
8.一種制備超細(xì)材料的高速流體電噴射系統(tǒng)，其特征是它至少由高速射流設(shè)備、荷電設(shè)備、收集設(shè)備組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備超細(xì)材料的高速流體電噴射系統(tǒng)，其特征是它還包括輔助運(yùn)動(dòng)控制裝置，所述的輔助運(yùn)動(dòng)控制裝置安裝在收集設(shè)備與荷電設(shè)備之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的制備超細(xì)材料的高速流體電噴射系統(tǒng)，其特征是它還包括后續(xù)處理裝置，后續(xù)處理裝置安裝在收集設(shè)備之前。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備超細(xì)材料高速流體電噴射方法，其特征是包括以下步驟a.首先使被加工材料流體化；b.其次使上述已流體化的被加工材料荷電高速流動(dòng)，包括使已流體化的被加工材料通過(guò)施加有壓力的噴嘴噴出得到所需的超細(xì)化材料，其體積流速介于10毫升/小時(shí)～10升/秒，線流速介于1.5毫米/秒～1000米/秒，且流體的線流速在至少一個(gè)時(shí)間段大于0.5米/秒的速率高速流動(dòng)，并在流體化的被加工材料的流動(dòng)過(guò)程的全部或部分時(shí)間段內(nèi)荷電，荷電電場(chǎng)介于0.1V/毫米～1000kV/毫米；c.通過(guò)收集裝置將上述超細(xì)化加工后的被加工材料收集即得本發(fā)明的超細(xì)化材料。加工設(shè)備主要包括高速射流設(shè)備、荷電設(shè)備、收集設(shè)備。有利于提高超細(xì)材料的制造效率，降低制造成本。
文檔編號(hào)B02C19/06GK1695813SQ20051004063
公開日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2005年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月20日
發(fā)明者張愛(ài)華, 張繼中 申請(qǐng)人:張愛(ài)華