[发明专利]一种静电纺丝丝径的在线调节方法及静电纺丝装置

说明书

本发明涉及静电纺丝领域，具体涉及一种静电纺丝丝径的在线调节方法及静电纺丝装置，在控制系统中输入纺丝材料性质以及预设的纤维丝径d₀，纺丝材料性质包括热塑性和热固性；使用摄像头对准收集板上纺丝沉积位置拍摄得到纺丝纤维电镜图像；对纺丝纤维电镜图像进行图像处理，提取纺丝轮廓图像，根据所述纺丝轮廓图像计算当前纺丝纤维丝径d₁；将d₁与d₀进行比较，根据纺丝材料性质以及比较结果控制收集板温度升高或降低。本发明利用收集板温度对纺丝纤维丝径的影响调控纺丝纤维丝径，改善现有的静电纺丝丝径不可控问题，得到更加稳定、精度更高的纺丝纤维。

技术领域

本发明涉及静电纺丝技术领域，尤其涉及一种静电纺丝丝径的在线调节方法及静电纺丝装置。

背景技术

静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝，这种方式可以生产出纳米级丝径的聚合物细丝。传统的静电纺丝装置，多采用恒定的直流电压，在喷头与收集板之间形成直流电场，这种方式存在以下缺陷：喷射过程中，由于射流带同种电荷，导致产生相斥的库仑力，从而导致射流不稳定加剧，纺丝纤维可控性降低，无法准确控制纺丝纤维丝径；再者，由于射流是在电场作用下产生定向运动，随着沉积厚度增加，基板导电率下降，喷头与基板之间的电场减弱，最终导致得到的纤维大小不一，无法达到的尺寸还有其他的一些参数指标，限制了纤维收集的精度和生产效率，从而影响了其在工业化生产和增材制造领域的应用前景。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种静电纺丝丝径的在线调节方法，方法包括以下步骤：在控制系统中输入纺丝材料性质以及预设的纤维丝径d₀，纺丝材料性质包括热塑性和热固性；使用摄像头对准收集板上纺丝沉积位置拍摄得到纺丝纤维电镜图像；对纺丝纤维电镜图像进行图像处理，提取纺丝轮廓图像，图像处理包括灰度变换处理、灰度拉伸处理、阈值化处理，根据纺丝轮廓图像计算当前纺丝纤维丝径d₁；将d₁与d₀进行比较，根据纺丝材料性质以及比较结果控制收集板温度升高或降低，直至当前纺丝纤维丝径d₁与预设纤维丝径d₀相等；若纺丝材料性质为热塑性，当d₁＞d₀时，控制收集板温度升高，当d₁＜d₀时，控制收集板温度降低，当d₁＝d₀时，控制收集板温度保持不变；若纺丝材料性质为热固性，当d₁＞d₀时，控制收集板温度降低，当d₁＜d₀时，控制收集板温度升高，当d₁＝d₀时，控制收集板温度保持不变。

进一步的，控制收集板温度降低为控制收集板温度每隔1s降低1℃，控制收集板温度升高为控制收集板温度每隔1s升高1℃。

进一步的，将计算得到的当前纺丝纤维丝径与预设的纤维丝径进行比较时误差范围设置在±1μm。

进一步的，通过在收集板的底部加装一个温控装置实现对收集板温度的调节。

进一步的，通过在收集板的底部加装一个温控装置实现对收集板温度的调节包括：通过加大温控装置内的电阻的电流实现对收集板的升温；通过降低温控装置内的电阻的电流实现对收集板的降温。

进一步的，收集板温度上限为35℃，收集板温度下限为0℃。

本发明还提供一种静电纺丝装置包括高压电源、收集板、针头、注射泵、控制系统、摄像头以及底部设有温控装置的收集板，高压电源的正极与针头连接，负极与收集板连接，注射泵与针头连接，控制系统与摄像头以及温控系统连接，静电纺丝装置使用上述的静电纺丝丝径的在线调节方法。