專利名稱：用于表征微納米纖維形成過程的原位接收裝置和方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及微納米纖維技術(shù)領域，特別是涉及一種用于表征微納米纖維形成過程的原位接收裝置和方法。
背景技術(shù)：
纖維微納米化是一個研究熱點。在實踐上研究如何讓纖維直徑進一步減小，在理論上研究如何表征這尺度減小的過程和規(guī)律，都需要有客觀而準確的實驗數(shù)據(jù)為基礎。因此，合理設計一個方法和裝置，測定和表征纖維形成過程，并得到準確而真實的纖維直徑數(shù)值非常重要。該方法和裝置在用于表征纖維形成過程時，盡可能不影響或干擾原工藝加工條件，這樣得到的才是真正工藝條件下的纖維形成過程現(xiàn)象。現(xiàn)有的微納米紡絲技術(shù)有很多種，對紡成微納米纖維的接收方法也很多。如熔噴非織造接收裝置有滾筒式、平網(wǎng)式和立體成型(芯軸)形式。靜電紡絲接收裝置有圓柱狀轉(zhuǎn)鼓接收裝置、凝固池接收裝置、旋轉(zhuǎn)圓盤接收裝置、框架接收裝置、相對圓環(huán)接收裝置、平行電極接收裝置、尖端接收裝置、輔助電極接收裝置等等。關(guān)于微納米纖維的接收方式和裝置的專利較多，但是沒有真正意義上的用于表征纖維形成過程的接收方法和裝置。下面具體以熔噴工藝中的纖維接收裝置為例說明。熔噴工藝中關(guān)于接收裝置的專利有美國專利 (USP4936934)，該專利主要采用滾筒表面接收纖維。接收時滾筒表面和纖維運動方向垂直， 通過改變滾筒表面和噴絲孔出口的距離達到收集不同紡絲距離的纖維，同時本專利滾筒有內(nèi)部均勻吸風可使熔噴纖網(wǎng)達到質(zhì)量分布均勻。中國專利(申請?zhí)?010206195452. 5，公告號CN201864904U)接收距離調(diào)節(jié)裝置，該專利采用傳統(tǒng)的網(wǎng)簾方式接收纖維，接收時網(wǎng)簾表面和纖維運動方向垂直，接收距離的調(diào)節(jié)是通過專門螺桿升降裝置來完成。按對纖維研究方面來說，這些接收方式的專利可歸為一類接收方式，叫垂直接收方式，即接收面垂直于纖維運動方向。其優(yōu)點是，能夠提供纖維及產(chǎn)品的平均信息，如不同接收距離的纖維直徑值，將該接收距離接收到的纖維測量直徑，再求平均值即得到。適用于該微納米紡絲技術(shù)中工藝與產(chǎn)品關(guān)系研究，即研究原料、形成纖維前的熔體與成品纖維之間的對應平均性能參數(shù)之間關(guān)系的研究。該類接收方式的缺點是，第一，該類接收方法的裝置在使用時，對原工藝過程會造成一定的影響。如上所述，該裝置對原工藝的干擾作用隨著接收距離的減小而變大，在離噴絲頭很近的距離如l-2cm左右時，偏差非常大。而研究熔噴工藝中纖維成型機理時，接收距離較小處纖維的指標值如直徑等是很重要的基礎數(shù)據(jù)。所以上述專利只適用于接收距離較大范圍的纖維接收。第二，該類接收方法只能用于比較粗略的表面性研究，提供數(shù)據(jù)事實缺乏深度。它所提供的信息只有條件和結(jié)果方面的，缺乏中間過程詳細信息，只能用于定性或大概定量方面研究。如在靜電紡絲技術(shù)發(fā)展歷程中，不同觀測纖維成型方法在對待纖維是否存在分裂現(xiàn)象上有著不同的觀點。在熔噴工藝也存在類似情況，從理論上看纖維在被氣流拉伸過程中，除了直徑變細外，還有許多其它信息，如會發(fā)生偶爾的斷裂現(xiàn)象，斷裂點大致位置，會發(fā)生橫向的振動，形態(tài)發(fā)生改變，“shot”和“小點”的產(chǎn)生等，采用現(xiàn)有的接收方法均不能將上述信息捕捉到并反映出來。第三，該類接收方式所提供的信息是平均信息，缺乏原位性。如需要研究纖維在不同接收距離的直徑數(shù)據(jù)， 采用的方法是將在不同時間不同接收距離所得到纖維求平均值。但是當需要準確研究一根纖維沿長度方向上直徑的變化時，則這種接收方式不能提供這方面信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于表征微納米纖維形成過程的原位接收裝置和方法，能夠在相同時刻收集不同接收距離的纖維，解決目前現(xiàn)有的接收方法不能滿足研究工作中的問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種用于表征微納米纖維形成過程的原位接收裝置，包括電機馬達、傳動裝置、接收網(wǎng)簾、制動裝置、機架裝置和控制裝置，所述機架裝置由軸承組成；所述接收網(wǎng)簾的旋轉(zhuǎn)軸安裝在所述軸承上；所述傳動裝置一端與接收網(wǎng)簾的旋轉(zhuǎn)軸相連，另一端與所述電機馬達的輸出軸相連；所述電機馬達通過所述傳動裝置帶動所述接收網(wǎng)簾繞自身旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；所述電機馬達與控制裝置相連；所述控制裝置與制動裝置相連；所述的電機馬達的輸出軸上還設有用于控制電機馬達的輸出軸與傳動裝置相接或斷開的電子離合器；所述電子離合器由所述控制裝置控制。所述傳動裝置包括第一皮帶輪和第二皮帶輪，所述第一皮帶輪和第二皮帶輪通過同步齒形帶相連；所述第一皮帶輪的中心與所述電機馬達的輸出軸相連；所述第二皮帶輪的中心與接收網(wǎng)簾的旋轉(zhuǎn)軸相連。所述接收網(wǎng)簾為金屬網(wǎng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是還提供用于表征微納米纖維形成過程的原位接收方法，包括以下步驟(1)通過控制裝置設定電子離合器的延時時間和收集纖維流的次數(shù)；(2)在接收網(wǎng)簾的正面貼上一層黑色接收紙；(3)放置所述原位接收裝置，使所述旋轉(zhuǎn)軸的軸線與纖維流的軸線相互平行，旋轉(zhuǎn)軸的軸線與纖維流的軸線之間的距離小于接收網(wǎng)簾的寬度；(4)打開電機馬達，電機馬達的輸出軸開始轉(zhuǎn)動，控制裝置開始延時；(5)延時結(jié)束，控制裝置向電子離合器發(fā)送接合信號，電子離合器使電機馬達的輸出軸與傳動裝置相接，接收網(wǎng)簾開始旋轉(zhuǎn)接收纖維流，直至達到設定的纖維流次數(shù)；(6)控制裝置向電子離合器發(fā)送斷開信號，并向制動裝置發(fā)送制動信號，電子離合器使電機馬達的輸出軸與傳動裝置斷開，同時制動裝置進行制動，使接收網(wǎng)簾停止在指定的位置。有益效果由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果本發(fā)明接收的纖維屬于相同時刻不同接收距離的纖維，反映纖維形成過程中不同時刻的信息，區(qū)別于現(xiàn)有產(chǎn)品接收方式接收纖維所提供信息，對于纖維形成過程研究很實用， 也可以用于其它相關(guān)研究。本發(fā)明接收裝置在使用時，因為接收裝置平行于纖維運動方向，且速度較快，對原實驗工藝參數(shù)值干擾較小，收集的纖維更加接近于真實工藝下的纖維。對本發(fā)明所接收纖維相關(guān)性能參數(shù)的研究屬于近似原位(in-situ)研究，如纖維直徑變化數(shù)值來自真正同一根纖維的不同部分測得，而不是取自于多根纖維直徑的平均值，因此更接近于實際。本發(fā)明接收方法和裝置可用于現(xiàn)有所有微納米紡絲技術(shù)，如熔噴技術(shù) (melt-blowing)、紡粘技術(shù)(spun-bond)、靜電紡絲技術(shù)(electro-spinning)、閃蒸紡絲技術(shù)(flash spinning)等。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，制作成本低。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的裝置工作時的俯視圖；圖3是纖維流示意圖；圖4是實施例1和實施例2的纖維直徑變化圖；圖5是實施例3、實施例4和實施例5的纖維直徑變化圖；圖6是實施例6的纖維直徑變化圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。本發(fā)明的實施方式涉及一種用于表征微納米纖維形成過程的原位接收裝置，如圖 1所示，包括用于提供本裝置全部動力的電機馬達1、用于將電機馬達1的動力傳輸給接收網(wǎng)簾2的傳動裝置、用于縱向收集微納米纖維的接收網(wǎng)簾2、用于將旋轉(zhuǎn)的接收網(wǎng)簾2快速停下的制動裝置3、用于固定接收網(wǎng)簾2的旋轉(zhuǎn)軸并可讓接收網(wǎng)簾2繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的機架裝置4和控制裝置5。所述機架裝置4由軸承組成，所述接收網(wǎng)簾2的旋轉(zhuǎn)軸安裝在所述軸承上。所述傳動裝置一端與接收網(wǎng)簾2的旋轉(zhuǎn)軸相連，另一端與所述電機馬達1的輸出軸相連，所述電機馬達1通過所述傳動裝置帶動所述接收網(wǎng)簾2繞自身旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。所述電機馬達1與控制裝置5相連，所述控制裝置5與制動裝置3相連。所述的電機馬達1的輸出軸上還設有用于控制電機馬達1的輸出軸與傳動裝置相接或斷開的電子離合器6，所述電子離合器6由所述控制裝置5控制。所述控制裝置5主要是智能電路控制板。其作用是 第一、延時啟動。給傳動電子離合器6發(fā)送脫開或閉合的信號。當開機時，由于電機馬達1 速度有一個由低到高的過程，本發(fā)明不利用低速，所以在電機馬達1處于低速時，傳動電子離合器6處于延時脫開狀態(tài)，這時電機馬達1轉(zhuǎn)動而接收網(wǎng)簾2停止。當電機馬達1達到需要的轉(zhuǎn)速時，延時結(jié)束，本控制裝置5給信號傳動電子離合器6，讓電子離合器6閉合，帶動接收網(wǎng)簾2開始轉(zhuǎn)動工作；第二、準確控制接收次數(shù)。當接收網(wǎng)簾2高速回轉(zhuǎn)收集纖維流 (如圖2，圖中A部分為纖維流的形成點)時，每轉(zhuǎn)動一圈，和纖維流交匯而收集一次。根據(jù)具體實驗要求，確定收集次數(shù)，在控制面板上設置次數(shù)。當接收次數(shù)達到時，本控制裝置同時給信號傳動電子離合器6和制動裝置3，讓電子離合器6脫開，同時讓正在回轉(zhuǎn)的接收網(wǎng)簾2制動而停止。第三、定位停機。當收集結(jié)束時，通過電路設計讓接收網(wǎng)簾2停在指定的地點，利于換接收紙，也利于下一次開始工作。所述傳動裝置可以包括第一皮帶輪7和第二皮帶輪8，所述第一皮帶輪7和第二皮帶輪8通過同步齒形帶9相連；所述第一皮帶輪7的中心與所述電機馬達1的輸出軸相連；所述第二皮帶輪8的中心與接收網(wǎng)簾2的旋轉(zhuǎn)軸相連。所述接收網(wǎng)簾2為金屬網(wǎng)。本裝置的接收方式為平行接收方式(也叫過程接收方式，又叫瞬時接收方式或原位接收方式)，接收面平行于纖維運動方向。其特點是原料從開始，經(jīng)過不完全相同長度的工藝路徑，形成過程纖維。簡單說就是，相同時刻，收集不同工藝路程(接收距離)的纖維。該工藝路程(接收距離)包括從纖維形成點開始，到最終成品纖維為止。這類接收方式收集到的東西不能算是真正意義上的纖維，而是從粗到細連續(xù)不斷的纖維細流固化物(如果紡成微納米纖維是連續(xù)長絲)，該細流一些性能參數(shù)(如纖維直徑、形態(tài)和強度等性能) 連續(xù)變化。也就是說，如果接收到的是一根連續(xù)纖維流，則同一跟纖維上直徑的變化就可以得到清楚直接的表征，而不是通過多少個值的平均來表征。如果纖維在變細過程中出現(xiàn)分裂或斷裂，則通過該接收方式接收到的纖維中可以很清楚看出。這些纖維過程信息可以用于直接反映纖維形成過程狀態(tài)，非常適合用于紡絲工藝的理論和實踐研究。本發(fā)明的另一個實施方式涉及用于表征微納米纖維形成過程的原位接收方法，包括以下步驟(1)通過控制裝置設定電子離合器的延時時間和收集纖維流的次數(shù)；(2)在接收網(wǎng)簾的正面貼上一層黑色接收紙(纖維為本白色，這樣便于對比觀察到纖維直徑等)。(3)將原位接收裝置放到如圖2位置，并使所述旋轉(zhuǎn)軸的軸線與纖維流的軸線相互平行(如圖3，圖中AO為纖維流錐體的中心線，AB為纖維流錐體的錐邊)，旋轉(zhuǎn)軸的軸線與纖維流的軸線之間的距離小于接收網(wǎng)簾的寬度(如圖2)。(4)打開電機馬達，電機馬達的輸出軸開始轉(zhuǎn)動，控制裝置開始延時。(5)延時結(jié)束，控制裝置向電子離合器發(fā)送接合信號，電子離合器使電機馬達的輸出軸與傳動裝置相接，接收網(wǎng)簾開始旋轉(zhuǎn)，并按要求掃過噴射纖維流，從而接收纖維流，直至達到設定的纖維流次數(shù)。(6)控制裝置向電子離合器發(fā)送斷開信號，并向制動裝置發(fā)送制動信號，電子離合器使電機馬達的輸出軸與傳動裝置斷開，同時制動裝置進行制動，使接收網(wǎng)簾停止在指定的位置。(7)將接收網(wǎng)簾上的接收紙連同收集在上面的纖維一起取下來，準備下一步測試， 同時將另一張接收紙粘在接收網(wǎng)簾上，準備下一次的收集。(8)離線對收集纖維進行測試。下面以幾個具體的實施例對本發(fā)明進行進一步的說明。選擇一種微納米纖維紡絲方式，設計一定的紡絲工藝。然后開啟紡絲機械，加入相應的原料(具體見實施例)進行紡絲，調(diào)整工藝到設計參數(shù)，待穩(wěn)定紡絲后，將本發(fā)明裝置按照上述原理說明進行過程纖維收集，得到過程纖維。對過程纖維進行直徑測定，得到直徑變化曲線。改變工藝參數(shù)，重復上述實驗步驟，或選擇另一種微納米纖維紡絲方式，重復實驗。實施例1 采用熔噴紡絲方法，原料是低熔點聚丙烯(PP)，熔融溫度大約為170°C， 熔融指數(shù)為1200，噴絲孔直徑0. 2mm,熔噴熔體溫度為290°C，空氣速度為200m/s，最后纖維直徑為1. 20 μ m。纖維直徑變化如圖4中方塊所示。實施例2 采用熔噴紡絲方法，原料是低熔點聚丙烯(PP)，熔融溫度大約為170°C，熔融指數(shù)為1200，噴絲孔直徑0. 20mm，熔噴熔體溫度為350°C，空氣速度為210m/s，最后纖維直徑為0. 55 ym(550nm)。纖維直徑變化如圖4中五角星形所示。實施例3 采用熔噴紡絲方法，原料是低熔點聚丙烯(PP)，熔融溫度大約為170°C， 熔融指數(shù)為70，噴絲孔直徑0. 20mm,空氣速度為30m/s。最后纖維直徑為14. 63 μ m。纖維直徑變化如圖5中星號所示。實施例4 采用熔噴紡絲方法，原料是低熔點聚丙烯(PP)，熔融溫度大約為170°C， 熔融指數(shù)為70，噴絲孔直徑0. 20mm,空氣速度為60m/s。最后纖維直徑為13. 80 μ m。纖維直徑變化如圖5中加號所示。實施例5 采用熔噴紡絲方法，原料是低熔點聚丙烯(PP)，熔融溫度大約為170°C， 熔融指數(shù)為70，噴絲孔直徑0. 20mm,空氣速度為80m/s。最后纖維直徑為12. 82 μ m。纖維直徑變化如圖5中乘號所示。實施例6 采用單針頭靜電紡絲方法，原料是質(zhì)量比為10%的聚丙烯腈(PAN)的二甲基甲酰胺(DMF)溶液，實驗電壓為13kV，流量為1. 88ml/h，注射器針頭直徑為0. 5mm，接收距離為8cm。最后纖維直徑為0. 124 ym(124nm)。纖維直徑變化如圖6所示。
權(quán)利要求
1.一種用于表征微納米纖維形成過程的原位接收裝置，包括電機馬達(1)、傳動裝置、 接收網(wǎng)簾O)、制動裝置(3)、機架裝置(4)和控制裝置(5)，其特征在于，所述機架裝置(4) 由軸承組成；所述接收網(wǎng)簾O)的旋轉(zhuǎn)軸安裝在所述軸承上；所述傳動裝置一端與接收網(wǎng)簾⑵的旋轉(zhuǎn)軸相連，另一端與所述電機馬達⑴的輸出軸相連；所述電機馬達⑴通過所述傳動裝置帶動所述接收網(wǎng)簾( 繞自身旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；所述電機馬達(1)與控制裝置(5) 相連；所述控制裝置(5)與制動裝置C3)相連；所述的電機馬達(1)的輸出軸上還設有用于控制電機馬達的輸出軸與傳動裝置相接或斷開的電子離合器(6)；所述電子離合器(6)由所述控制裝置( 控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于表征微納米纖維形成過程的原位接收裝置，其特征在于，所述傳動裝置包括第一皮帶輪(7)和第二皮帶輪(8)，所述第一皮帶輪(7)和第二皮帶輪(8)通過同步齒形帶(9)相連；所述第一皮帶輪(7)的中心與所述電機馬達(1)的輸出軸相連；所述第二皮帶輪(8)的中心與接收網(wǎng)簾O)的旋轉(zhuǎn)軸相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于表征微納米纖維形成過程的原位接收裝置，其特征在于，所述接收網(wǎng)簾(2)為金屬網(wǎng)。
4.一種使用如權(quán)利要求1所述的用于表征微納米纖維形成過程的原位接收裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)通過控制裝置設定電子離合器的延時時間和收集纖維流的次數(shù)；(2)在接收網(wǎng)簾的正面貼上一層黑色接收紙；(3)放置所述原位接收裝置，使所述旋轉(zhuǎn)軸的軸線與纖維流的軸線相互平行，旋轉(zhuǎn)軸的軸線與纖維流的軸線之間的距離小于接收網(wǎng)簾的寬度；(4)打開電機馬達，電機馬達的輸出軸開始轉(zhuǎn)動，控制裝置開始延時；(5)延時結(jié)束，控制裝置向電子離合器發(fā)送接合信號，電子離合器使電機馬達的輸出軸與傳動裝置相接，接收網(wǎng)簾開始旋轉(zhuǎn)接收纖維流，直至達到設定的纖維流次數(shù)；(6)控制裝置向電子離合器發(fā)送斷開信號，并向制動裝置發(fā)送制動信號，電子離合器使電機馬達的輸出軸與傳動裝置斷開，同時制動裝置進行制動，使接收網(wǎng)簾停止在指定的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于表征微納米纖維形成過程的原位接收裝置和方法，裝置包括電機馬達、傳動裝置、接收網(wǎng)簾、制動裝置、機架裝置和控制裝置，機架裝置由軸承組成，接收網(wǎng)簾的旋轉(zhuǎn)軸安裝在軸承上；傳動裝置一端與接收網(wǎng)簾的旋轉(zhuǎn)軸相連，另一端與電機馬達的輸出軸相連；電機馬達與控制裝置相連；控制裝置與制動裝置相連；電機馬達的輸出軸上還設有用于控制電機馬達的輸出軸與傳動裝置相接或斷開的電子離合器；電子離合器由控制裝置控制。方法是利用控制裝置對電子離合器的接合和斷開進行延時控制，從而利用接收網(wǎng)簾接收纖維。本發(fā)明接收的纖維屬于相同時刻不同接收距離的纖維，可用于對纖維形成過程進行研究。
文檔編號D01D7/00GK102304779SQ201110211029
公開日2012年1月4日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者王新厚, 辛三法 申請人:東華大學