[实用新型]静电纺丝设备

说明书

技术领域

本实用新型属于静电纺丝领域，涉及一种静电纺丝设备及其控制系统和方法，特别是进行静电纺丝时所用的喷射装置。

背景技术

近年来，随着纳米材料技术的飞速发展，纳米纤维技术已成为纤维科学的前沿和研究热点。目前制备纳米纤维的主要方法有拉伸法、模板法、自组装法和静电纺丝法。静电纺丝即聚合物喷射静电拉伸纺丝法，是一种制备超细纤维的重要方法。静电纺丝法是目前唯一能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法，是一种简单而又灵活的纳米纤维加工方法，这一技术的核心是使带电荷的高分子溶液或溶体在静电场中流动与变形，然后经溶剂蒸发或熔体冷却而固化，于是得到纤维状物质。相比其他技术来说静电纺丝技术具有设备简单、成本较低，操作性强、高效等优点。随着静电纺丝技术研究进入快速发展阶段，静电纺丝装置的研究步入实验型装置研究阶段。出现了面向实验室所用的实验型静电纺丝装置，现有的静电纺丝装置中的喷射装置多数是固定的，调节不方便，喷头的高度等需要人工调整，实验过程中出现针头堵塞等需要人工查看，影响实验效率，缺少相应的实时监测环节以及自动调整系统，影响纳米纤维的制备效率。因此，设计和开发多功能静电纺丝装置将是未来静电纺丝技术发展中的重要方向。

静电纺丝过程中，往往需要改变纳米纤维的形状，特别是对于纳米纤维的直径，往往需要通过改变电场来实现，这就会相应增加电路装置或设备，占用本来已拥挤的纺丝内部空间，增加过多的成本。这样的设备，如果想要改变纤维形状，受空间和走线的限制，往往就不能实现多维度的灵活位置控制了。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出如下技术方案，可以既能改变纳米纤维的形状，又能实现位置多维控制：

一种静电纺丝设备，包括静电纺丝喷射装置、运动调节装置，所述运动调节装置使静电纺丝喷射装置的喷射针头于空间坐标系中运动；且静电纺丝喷射装置的喷射针头被舵机支撑，舵机随运动调节装置在竖直方向移动，所述运动调节装置，包括X轴丝杠导轨、Y轴丝杠导轨和Z轴丝杠导轨及各导轨对应的步进电机，所述Z轴丝杠导轨安装于Y轴丝杠导轨的滑块上，使Z轴丝杠导轨随Y轴丝杠导轨的滑块滑动而在空间坐标系的Y轴移动；所述Y轴丝杠导轨安装在X轴丝杠导轨的滑块上，使Y轴丝杠导轨随X轴丝杠导轨的滑块滑动而在空间坐标系的X轴移动，所述X轴丝杠导轨至少为两组。

所述静电纺丝喷射装置，包括液体推进装置、喷射针头、喷射针头支架，所述推进装置包括一丝杠导轨、位于丝杠导轨上的推进挡块、注射器和夹紧装置；夹紧装置为一固定挡块，且具有固定注射器的凹槽，注射器的推进杆固定于推进挡块上，所述推进挡块是该丝杠导轨上的滑块，所述的注射器与喷射针头由导管连通，喷射针头安装在喷射针头支架上，所述喷射针头支架连接于所述舵机上，由舵机带动摆动。

所述注射器为多组，所述喷射针头支架上具有多个容置喷射针头的喷射针头孔。

所述的静电纺丝设备还包括收集装置，其是主要由滚筒和电机组成的滚筒式纤维收集装置，收集装置由电机驱动以转动，该收集装置与所述喷射针头连接同一高压电源。

所述的静电纺丝设备还包括工业相机和控制装置，控制装置主要由上位机、交换机、PLC与工业相机通信，工业相机用于采集喷射针头状态图像，并将其传输至上位机，上位机接收图像并对比，判断该工业相机采集到的图像中是否具有球状液滴图像以识别喷射针头状态；交换机用于上位机、人机界面、PLC之间的通信；PLC通过步进电机控制器对X轴、Y轴、Z轴步进电机控制，以对喷射装置与接收装置的位置调节；PLC控制推进装置的步进电机以对液体推进速度控制；PLC通过接口电路控制安装于Z轴运动平台上的舵机的摆动。

有益效果：由上述方案，发明人发现，对于电场的改变，找到了另一个方向，即使用机械摆动，使喷射针头位置发生变化，静电场发生偏移，从而使纺丝纤维的形态发生变化，可以在不增加改变电场的电路装置，极大节省了纺丝内部空间和成本，且克服了空间的限制，将空间位置移动装置与改变纳米纤维的形状的装置集成，避免过多线路加入该空间内，使得位置多维改变与纳米纤维形状改变可以在同一设备实现。

附图说明

图1为本实用新型所述静电纺丝设备的结构示意图。

图2为本实用新型的控制装置的结构框图。

其中：1.喷射针头，2.舵机，3.喷射针头支架，4.丝杠导轨，5.推进挡块，6.注射器，7.夹紧装置，8.导管，9.步进电机，10.滚筒，11.电机，12.高压电源，13.工业相机。