專利名稱：一種人工智能型靜電紡絲儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜電紡絲裝置，特別是涉及一種有限控制不定性因素在收集納米纖維上有著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的靜電紡絲儀。
背景技術(shù)：
近年來，通過靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維材料已經(jīng)成為世界材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的最重要的學(xué)術(shù)與技術(shù)活動(dòng)之一。靜電紡絲技術(shù)以其制造裝置簡單、紡絲成本低廉、可紡物質(zhì)種類繁多、工藝可控性等優(yōu)點(diǎn)，成為了有效制備納米纖維材料的主要途徑之一。當(dāng)下，靜電紡絲技術(shù)已經(jīng)制備出了種類豐富的納米纖維，包括有機(jī)納米纖維、無機(jī)納米纖維和有機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合納米纖維。“靜電紡絲” 一詞來源于 “electrospinning” 或更早一些的 “electrostatic spinning”，國內(nèi)一般將其簡稱為“靜電紡”、“電紡”等。靜電紡絲就是高分子流體靜電霧化的特殊形式，其霧化分裂出的物質(zhì)不是微小液滴，而是聚合物微小射流，在運(yùn)行相當(dāng)長的距離之后，最終固化成為納米纖維。靜電霧化較靜電紡絲的而言，在于這二者采用的工作介質(zhì)不同，靜電霧化采用的是低粘度的牛頓流體，而靜電紡絲采用的則是較高粘度的非牛頓流體。相對(duì)應(yīng)的，靜電霧化技術(shù)的深入研究也為靜電紡絲體系提供了一定的理論依據(jù)和知識(shí) ■石出。對(duì)靜電紡絲過程的深入研究目前已經(jīng)涉及到靜電學(xué)、電流體力學(xué)、流變學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域。然而，隨著工藝技術(shù)精密化進(jìn)程的加速，從事靜電紡絲制備納米纖維技術(shù)的科研人員開始著手面對(duì)一些電紡技術(shù)上一直隱藏多時(shí)且必須要先行解決的問題。首先，關(guān)于制備有機(jī)納米纖維，可以用于靜電紡絲的天然高分子品種十分有限，對(duì)所制備的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能的研究仍然不夠完善，所生產(chǎn)出來的最終產(chǎn)品應(yīng)用大都只是處于實(shí)驗(yàn)階段，尤其是這些產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方面還存在更大的問題。其次，靜電紡絲有機(jī)/無機(jī)復(fù)合納米纖維的性能不僅與納米粒子的結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與納米粒子的聚集方式和協(xié)同性能、聚合物基體的結(jié)構(gòu)性能、粒子與基體的界面結(jié)構(gòu)性能及加工復(fù)合工藝等各個(gè)方面有著相應(yīng)關(guān)系，如何制備出高性能、多功能且適合需要的復(fù)合納米纖維是研究的關(guān)鍵。再次，靜電紡絲無機(jī)納米纖維的研究基本處于起始階段，無機(jī)納米纖維在高效催化、高溫過濾、生物組織工程、航天器材、光電器件等多個(gè)領(lǐng)域具有潛在的用途，靜電紡絲無機(jī)納米纖維較大的脆性限制了其應(yīng)用性能和范圍，因此，開發(fā)具有柔韌性、連續(xù)性的無機(jī)纖維成為一個(gè)重要的課題。在電紡絲制備的過程中，由于其可控制性方向存在一定的精密度問題，使電紡技術(shù)往往是在較為粗糙的情況下進(jìn)行，溶液或熔體流速、接收距離、環(huán)境溫度等不定性因素都沒有準(zhǔn)確考量，加上在靜電紡絲收集裝置上的研究在一定程度上沒有進(jìn)行深入，這對(duì)于改進(jìn)納米纖維絲連續(xù)性差和定向性差等方面的缺點(diǎn)存在一定的束縛。溶液或熔體流速，接收距離以及環(huán)境溫度等因素的控制，有便于對(duì)電紡絲纖維在質(zhì)和量上影響因素的深入研究。 加之，在紡絲量一定的情況下，收集纖維絲這一關(guān)鍵性的工序也成為了科研工作的關(guān)注點(diǎn)， 所以在此前提之下，一套完備的靜電紡絲設(shè)備成為了形勢(shì)所趨。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于目前靜電紡絲技術(shù)中所面臨的上述問題，本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種能有限控制不定性因素、使制備靜電紡絲納米纖維制作更為方便的人工智能型靜電紡絲儀。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的所述的一種人工智能型靜電紡絲儀，包括玻璃罩、供料系統(tǒng)、控制柜和收集系統(tǒng)；其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是1)所述的供料系統(tǒng)包括定量的推流泵和固定于推流泵上的注射器，注射器與硅膠管相連，硅膠管的另一端與針頭相連，針頭置放在玻璃罩的頂端；2)所述控制柜主要由高壓供電系統(tǒng)和控制面板系統(tǒng)組成；高壓供電系統(tǒng)由高壓直流靜電發(fā)生器、正極和地線構(gòu)成，其中正極與針頭通過金屬彈簧夾相連；高壓直流靜電發(fā)生器由直流電壓調(diào)節(jié)、直流電源開關(guān)和直流啟動(dòng)按鈕構(gòu)成；3)所述的收集系統(tǒng)由可調(diào)節(jié)限位開關(guān)、固定限位開關(guān)、傳感器、圓盤電機(jī)、移動(dòng)電機(jī)、絲桿、絲桿槽和接收?qǐng)A盤組成；接收?qǐng)A盤與針頭相對(duì)設(shè)置，接收?qǐng)A盤與圓盤電機(jī)的電機(jī)軸連接，圓盤電機(jī)連接絲桿，絲桿置于絲桿槽中且能在絲桿槽中移動(dòng)，絲桿與移動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸連接，固定限位開關(guān)固定在收集系統(tǒng)的接收?qǐng)A盤運(yùn)行路程的一端，而收集系統(tǒng)的接收?qǐng)A盤的前端邊緣上的凹槽有一可左右滑動(dòng)控制住收集系統(tǒng)的左右移動(dòng)的最大限值的調(diào)節(jié)限位開關(guān)。本發(fā)明的目的還可通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的所述的一種人工智能型靜電紡絲儀，其特點(diǎn)是控制面板系統(tǒng)由PV測(cè)量值顯示、SV設(shè)定值顯示、AL2動(dòng)作指示燈、ALl動(dòng)作指示燈、向下按鍵、菜單設(shè)置按鍵、直流電壓調(diào)節(jié)、直流電源開關(guān)、直流啟動(dòng)按鈕、轉(zhuǎn)速顯示、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和起停開關(guān)構(gòu)成。所述的一種人工智能型靜電紡絲儀，其特點(diǎn)是在收集系統(tǒng)的絲桿右端設(shè)有傳感器。所述的一種人工智能型靜電紡絲儀，其特征是在收集系統(tǒng)的接收?qǐng)A盤后端邊緣位置設(shè)置能有調(diào)節(jié)環(huán)境溫度的散熱風(fēng)扇。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為本發(fā)明采用帶有微電腦控制的推流泵自動(dòng)化推動(dòng)流體，如此，流體到達(dá)玻璃罩頂部(針頭)，針頭的部分由彈簧夾作用與高壓直流供電系統(tǒng)相連接，與針頭相距約20cm的接收?qǐng)A盤由絲桿控制。微電腦控制的推流泵達(dá)到了自動(dòng)化的效果，一定程度上節(jié)約了人力；彈簧夾的作用，使得人工操作更換針頭時(shí)可以避免與高壓直流供電系統(tǒng)直接接觸，提高了實(shí)驗(yàn)實(shí)行的安全系數(shù)；控制柜控制圓盤電機(jī)和移動(dòng)電機(jī)，使接收?qǐng)A盤可根據(jù)需求自行調(diào)整自轉(zhuǎn)和左右移動(dòng)的速度，且在機(jī)架上設(shè)有可調(diào)式行程限位開關(guān)，可以自行調(diào)整接收?qǐng)A盤左右移動(dòng)的最大移動(dòng)距離，在此前提之下，接收?qǐng)A盤邊緣電荷分布均勻，與針頭形成的電場(chǎng)排布可以很好地配合紡絲溶液的噴射路徑，從而調(diào)節(jié)了靜電紡絲納米纖維的覆蓋范圍，制備出的連續(xù)、均勻的靜電紡絲納米纖維氈。本發(fā)明的自動(dòng)化控制裝置，使制備靜電紡絲納米纖維制作更為方便，減少了人力資源，節(jié)約了時(shí)間，提高了工作效率。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中，13是針頭，14是接收?qǐng)A盤，15是可調(diào)節(jié)限位開關(guān)，16是園盤電機(jī)，17是絲桿，18是絲桿槽，19是固定限位開關(guān)，20是傳感器，21是移動(dòng)電機(jī)。圖2是控制面板系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2中，1是PV測(cè)量值顯示，2是SV設(shè)定值顯示，3是AL2動(dòng)作指示燈，4是ALl動(dòng)作指示燈，5是向下按鍵，6是菜單設(shè)置按鍵，7是直流電壓調(diào)節(jié)，8是直流電源開關(guān)，9是直流啟動(dòng)按鈕，10是轉(zhuǎn)速顯示，11是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，12是起停開關(guān)。
具體實(shí)施例方式如圖1、圖2所示，本發(fā)明所述的一種人工智能型靜電紡絲儀，其能有限控制不定性的因素，該裝置主要包括了玻璃罩、供料系統(tǒng)、控制柜和收集系統(tǒng)。1)所述的供料系統(tǒng)包括定量推流泵、固定于推流泵上的注射器，推流泵一端與注射器相連，以及其一端與針頭相連的硅膠管構(gòu)成，定量推流泵控制了注射器內(nèi)溶液的流動(dòng)速度，在其作用下，溶液從注射器流動(dòng)經(jīng)硅膠管到達(dá)針頭，在高壓直流靜電發(fā)生器的電壓施加之后，噴射流在針頭處由橢圓體變成了錐體，也就是泰勒錐。所述的推流泵由人工設(shè)置成相應(yīng)的推流進(jìn)程，推流泵通過計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行自動(dòng)化控制，不但能在溶液推流殆盡之時(shí)自行停止，還可在推流堵塞時(shí)自行啟動(dòng)報(bào)警。注射器與硅膠管相連，硅膠管的另一端與針頭13相連，針頭13置放在玻璃罩的頂端。在玻璃罩內(nèi)，環(huán)境溫度由散熱風(fēng)扇控制調(diào)節(jié)。在此環(huán)境之下，接收?qǐng)A盤14與針頭13 相對(duì)設(shè)置，與針頭13相距約20cm的接收?qǐng)A盤14由絲桿17控制。而絲桿17由控制柜所控制，可根據(jù)需求自行調(diào)整自轉(zhuǎn)和左右移動(dòng)的速度。且通過可調(diào)節(jié)限位開關(guān)15、固定限位開關(guān) 19，可以自行調(diào)整左右移動(dòng)的最大移動(dòng)距離。從而調(diào)節(jié)靜電紡絲納米纖維的覆蓋范圍，制備出的連續(xù)、均勻靜電紡絲納米纖維氈。所述控制柜主要由高壓供電系統(tǒng)和控制面板系統(tǒng)組成。高壓供電系統(tǒng)由高壓直流靜電發(fā)生器、正極、地線構(gòu)成，其中正極與針頭13通過金屬彈簧夾相連，地線與收集系統(tǒng)中移動(dòng)底盤之下的螺母相連。高壓直流靜電器由直流電壓調(diào)節(jié)、 直流電源開關(guān)、直流啟動(dòng)按鈕構(gòu)成，高壓直流靜電器為現(xiàn)有一般技術(shù)人員能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，電紡實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，先行將金屬彈簧夾與針頭外壁相連之后啟動(dòng)高壓直流靜電發(fā)生器。高壓直流靜電發(fā)生器在人工控制下進(jìn)行直流電壓調(diào)節(jié)，在一般情況下，電壓控制范圍為10KV-20KV 之間，最大限制為30KV?？刂泼姘逑到y(tǒng)由PV測(cè)量值顯示1、SV設(shè)定值顯示2、AL2動(dòng)作指示燈3、ALl動(dòng)作指示燈4、向下按鍵5、菜單設(shè)置按鍵6、直流電壓調(diào)節(jié)7、直流電源開關(guān)8、直流啟動(dòng)按鈕9、轉(zhuǎn)速顯示10、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)11、起停開關(guān)12構(gòu)成，PV測(cè)量值顯示所顯示的是整個(gè)玻璃罩內(nèi)的環(huán)境溫度，而環(huán)境溫度則是在AL2動(dòng)作指示燈、ALl動(dòng)作指示燈、向下按鍵、菜單設(shè)置按鍵等控制下的熱風(fēng)型電扇控制，轉(zhuǎn)速顯示的是收集轉(zhuǎn)盤的自轉(zhuǎn)速度和左右平移的速度，速度大小因情況而定。所述的收集系統(tǒng)為可控制運(yùn)行速度的收集系統(tǒng)，由可調(diào)節(jié)限位開關(guān)15、固定限位開關(guān)19、傳感器20、圓盤電機(jī)16、移動(dòng)電機(jī)21、絲桿17、絲桿槽18、接收?qǐng)A盤14組成。所述的收集系統(tǒng)構(gòu)造中還有移動(dòng)轉(zhuǎn)盤；接收?qǐng)A盤14與針頭13相對(duì)設(shè)置，一般為正對(duì)設(shè)置，接收?qǐng)A盤14與圓盤電機(jī)16的電機(jī)軸連接，圓盤電機(jī)16連接絲桿17，絲桿17置于絲桿槽18且能在絲桿槽18中移動(dòng)，絲桿17與移動(dòng)電機(jī)21的電機(jī)軸連接，固定限位開關(guān)19固定在收集系統(tǒng)的接收?qǐng)A盤14運(yùn)行路程的一端，而收集系統(tǒng)的接收?qǐng)A盤14的前端邊緣上的凹槽設(shè)有一可左右滑動(dòng)控制住收集系統(tǒng)的左右移動(dòng)的最大限值的調(diào)節(jié)限位開關(guān)15，通過調(diào)節(jié)限位開關(guān)15可左右滑動(dòng)控制住收集系統(tǒng)的左右移動(dòng)的最大限值，圓盤電機(jī)16和移動(dòng)電機(jī)21可控制接收?qǐng)A盤14自行轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿17和絲桿槽18控制接收?qǐng)A盤14左右運(yùn)行。在收集系統(tǒng)的絲桿17右端設(shè)有傳感器20，傳感器的作用主要是在探測(cè)、感受到玻璃罩內(nèi)部的溫度濕度的情形之下傳遞相對(duì)信號(hào)給控制柜，控制柜的溫控系統(tǒng)方能自主調(diào)節(jié)玻璃罩內(nèi)的環(huán)境溫度， 以配合紡絲條件的需求。在此情況下收集到的納米纖維絲可制備成為定向纖維絲或纖維氈。在收集系統(tǒng)的接收?qǐng)A盤14后端邊緣位置設(shè)置有控制環(huán)境溫度的散熱風(fēng)扇，風(fēng)扇的風(fēng)速不高，并不會(huì)對(duì)納米纖維絲的形成造成顯著的影響。所述的噴射高度固定不變，針頭和接收板的距離保持在20cm左右。具體工作原理為
先確認(rèn)關(guān)閉高壓直流電源，在此前提下，接上控制柜電源，確認(rèn)電源指示燈亮，說明電源已經(jīng)接通，將右旋急停按鈕松開，并旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)開關(guān)，確認(rèn)啟動(dòng)燈亮，把儀表SV值設(shè)置為0。 先行確認(rèn)風(fēng)扇是否轉(zhuǎn)動(dòng)，若風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整儀表報(bào)警值設(shè)置或者按急停檢查。在風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)正常的情況下，啟動(dòng)看是否轉(zhuǎn)動(dòng)、并在控制柜上根據(jù)相應(yīng)的條件情況調(diào)整速度。仔細(xì)檢查速度是否變化，若速度不變化或者不轉(zhuǎn)動(dòng)就按急停并檢查電機(jī)等問題。在檢查一切動(dòng)作正常運(yùn)作之后，關(guān)閉電源，按下急停。再將配備好的PAN溶液導(dǎo)入注射器針筒，并將針筒與硅膠管的一端連接，將硅膠管的另一端與針頭連接，針頭置于玻璃罩的頂部，和電源金屬夾相連，在推流泵上安裝好針筒，并在推進(jìn)泵上輸入推流速度，在確定了一系列參數(shù)值之后，以后的控制是通過內(nèi)置的微處理器及其程序控制運(yùn)行，一般將推流速度設(shè)置在0. 5-1. OmL/h之間。于此同時(shí)，在上覆蓋上一層錫箔紙，以作接收納米纖維之用。接好并確認(rèn)電紡絲設(shè)備的兩條地線。確認(rèn)可以紡絲之后，根據(jù)的實(shí)際需求位置調(diào)整好行程開關(guān)的位置以控制左右運(yùn)行的最大限值。在完備了以上所有動(dòng)作之后，關(guān)閉玻璃罩體側(cè)門。將右旋急停按鈕松開，并旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)開關(guān)，確認(rèn)啟動(dòng)燈亮之后，把儀表的SV值設(shè)置為目標(biāo)溫度約為50°C，打開并調(diào)整好高壓直流電源電壓將其控制在13KV，等PV接近目標(biāo)值 50°C后進(jìn)行下一步操作。啟動(dòng)移動(dòng)按下，圓盤電機(jī)16的選鈕旋轉(zhuǎn)至25r/min。紡絲結(jié)束后，關(guān)閉高壓電源、推進(jìn)泵并停止總電源，按下急停，最后拉開玻璃罩的側(cè)門，取出附著納米纖維絲的錫箔紙，將錫箔紙放入自封袋之后，存放在干燥器之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種人工智能型靜電紡絲儀，包括玻璃罩、供料系統(tǒng)、控制柜和收集系統(tǒng)；其特征是 1)所述的供料系統(tǒng)包括定量的推流泵和固定于推流泵上的注射器，注射器與硅膠管相連， 硅膠管的另一端與針頭(13)相連，針頭(13)置放在玻璃罩的頂端；2)所述控制柜主要由高壓供電系統(tǒng)和控制面板系統(tǒng)組成；高壓供電系統(tǒng)由高壓直流靜電發(fā)生器、正極和地線構(gòu)成， 其中正極與針頭(13)通過金屬彈簧夾相連；高壓直流靜電發(fā)生器由直流電壓調(diào)節(jié)、直流電源開關(guān)和直流啟動(dòng)按鈕構(gòu)成；3)所述的收集系統(tǒng)由可調(diào)節(jié)限位開關(guān)(15)、固定限位開關(guān)、 傳感器(20)、圓盤電機(jī)(16)、移動(dòng)電機(jī)(21)、絲桿(17)、絲桿槽(18)和接收?qǐng)A盤組成；接收?qǐng)A盤(14)與針頭(13)相對(duì)設(shè)置，接收?qǐng)A盤(14)與圓盤電機(jī)(16)的電機(jī)軸連接，圓盤電機(jī) (16)連接絲桿(17)，絲桿(17)置于絲桿槽(18)中且能在絲桿槽中移動(dòng)，絲桿(17)與移動(dòng)電機(jī)(21)的電機(jī)軸連接，固定限位開關(guān)(19)固定在收集系統(tǒng)的接收?qǐng)A盤(14)運(yùn)行路程的一端，而收集系統(tǒng)的接收?qǐng)A盤(14)的前端邊緣上的凹槽有一可左右滑動(dòng)控制住收集系統(tǒng)的左右移動(dòng)的最大限值的調(diào)節(jié)限位開關(guān)(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人工智能型靜電紡絲儀，其特征是控制面板系統(tǒng)由PV測(cè)量值顯示(1)、SV設(shè)定值顯示(2)、AL2動(dòng)作指示燈(3)、AL1動(dòng)作指示燈(4)、向下按鍵、菜單設(shè)置按鍵(6)、直流電壓調(diào)節(jié)(7)、直流電源開關(guān)(8)、直流啟動(dòng)按鈕(9)、轉(zhuǎn)速顯示、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)(11)和起停開關(guān)(12)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種人工智能型靜電紡絲儀，其特征是在收集系統(tǒng)的絲桿右端設(shè)有傳感器(20)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種人工智能型靜電紡絲儀，其特征是在收集系統(tǒng)的接收?qǐng)A盤(14)后端邊緣位置設(shè)置能有調(diào)節(jié)環(huán)境溫度的散熱風(fēng)扇。
全文摘要
本發(fā)明公開一種人工智能型靜電紡絲儀，包括玻璃罩、供料系統(tǒng)、控制柜和收集系統(tǒng)；特點(diǎn)是所述的供料系統(tǒng)包括定量的推流泵和固定于推流泵上的注射器，注射器與硅膠管相連，硅膠管的另一端與針頭相連，針頭置放在玻璃罩的頂端；所述控制柜主要由高壓供電系統(tǒng)和控制面板系統(tǒng)組成；高壓供電系統(tǒng)的正極與針頭通過金屬彈簧夾相連；所述的收集系統(tǒng)由圓盤電機(jī)、移動(dòng)電機(jī)、絲桿、絲桿槽和接收?qǐng)A盤組成；接收?qǐng)A盤與針頭相對(duì)設(shè)置，接收?qǐng)A盤與圓盤電機(jī)的電機(jī)軸連接，圓盤電機(jī)連接絲桿，絲桿與移動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸連接，固定限位開關(guān)固定在收集系統(tǒng)的接收?qǐng)A盤運(yùn)行路程的一端，接收?qǐng)A盤的前端邊緣上的凹槽有調(diào)節(jié)限位開關(guān)。故自動(dòng)化控制，使制備納米纖維更為方便。
文檔編號(hào)D01D5/00GK102409417SQ20111027781
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月17日
發(fā)明者劉欣萍, 林德引, 湯營茂, 肖荔人, 許兢, 鄭維維, 錢慶榮, 陳慶華, 黃寶銓 申請(qǐng)人:福建師范大學(xué)