CN105908266A - 一种可控气泡形态的气泡静电纺丝装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控气泡形态的气泡静电纺丝装置及方法，所述气泡静电纺丝装置包括储液池、高压静电发生器、喷气装置、接收极板以及图像识别装置；喷气装置包括注射器、精密注射泵、电磁阀以及上位机，精密注射泵与注射器连接；所述电磁阀设置于注射器的喷气口上；上位机分别与电磁阀和精密注射泵连接；图像设备装置包括摄像机以及所述上位机，摄像机实时获取电磁阀处形成的气泡的图像，利用图像识别模块对获得的气泡图像与标准气泡图像进行在线对比，当获得的气泡图像与标准气泡图像大小一致时，上位机控制电磁阀断开和控制精密注射泵停止工作。本发明的气泡静电纺丝装置可以控制气泡的形态，使之符合最佳要求，从而提高纳米纺丝的质量。

Description

一种可控气泡形态的气泡静电纺丝装置及方法

技术领域

本发明涉及一种气泡静电纺丝装置及方法，尤其涉及一种可控气泡形态的气泡静电纺丝装置及方法。

背景技术

静电纺丝技术是目前世界上使用最普遍的生产纳米纤维的方法。静电纺丝技术具有操作简便、适用范围广、生产效率相对较高的优点，纺制出的纳米纤维具有纤维细，比表面积大，孔隙率高等特点，因此静电纺丝技术得到广泛的应用。

纳米纤维具有超高的比表面积、极大长径比、高表面活性、优越的机械性能(高强高韧)等特点，在纺织工程、环境工程、生物科技等不同领域都具有十分广阔的应用前景。

气泡静电纺丝是一种新型静电纺丝方法，该方法不用传统喷丝头纺丝，而是在聚合物溶液(熔体)中通入气体，吹出大量气泡，气泡在自由液面相当于无数个泰勒锥，这相当于多针头的静电纺丝，从而可以提高了纺丝速率，气泡静电纺在一定程度上可以实现纳米纤维的批量生产。

但是，气泡静电纺丝存在射流不稳定的问题，导致纺丝条件不容易控制，原料浪费，纺丝环境受污等问题，限制了其在工业化生产中的应用。

气泡的形态对射流和纳米纺丝的质量有非常重大的影响，气泡的直径过大过小，或者畸形等等情况，都会使得纺丝过程不稳定从而纳米纺丝的质量会相应地下降。研究表明，除了流体粘度、表面张力等因素，气泡的形态主要受气泡里的气量所影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可控气泡形态的气泡静电纺丝装置，该气泡静电纺丝装置可以控制气泡的形态，使之符合最佳要求，从而提高纳米纺丝的质量。

本发明的另一个目的在于提供一种应用上述可控气泡形态的气泡静电纺丝装置实现的可控气泡形态的气泡静电纺丝方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种可控气泡形态的气泡静电纺丝装置，包括储液池、高压静电发生器、喷气装置以及接收极板，还包括图像识别装置；其中：

所述喷气装置包括注射器、精密注射泵、电磁阀以及上位机，其中，所述精密注射泵中的丝杆螺母与注射器的活塞连接；所述电磁阀设置于注射器的喷气口上，该电磁阀伸入到储液池内的底部；所述上位机分别与电磁阀和精密注射泵连接，用于控制电磁阀和精密注射泵相互配合进行间歇式工作，并在单次作业过程中分别控制电磁阀的通断以及控制精密注射泵的工作时间；

所述图像设备装置包括摄像机以及所述上位机，单次作业过程中，所述摄像机实时获取电磁阀处形成的气泡的图像，利用上位机中的图像识别模块对获得的气泡图像与标准气泡图像进行在线对比，当获得的气泡图像与标准气泡图像大小一致时，上位机控制所述电磁阀断开和控制精密注射泵停止工作。

上述可控气泡形态的气泡静电纺丝装置的工作原理是：进行气泡静电纺丝前，所述储液池中装有高聚物溶液，往注射器里充入气体(例如空气)；工作时，上位机控制电磁阀和精密注射泵相互配合进行间歇式工作，具体地，上位机控制电磁阀打开，同时控制精密注射泵推动注射器的活塞喷出气体，喷出的气体在电磁阀处形成气泡，摄像机实时获取电磁阀处形成的气泡的图像，利用上位机中的图像识别模块对获得的气泡图像与标准气泡图像进行在线对比，当获得的气泡图像与标准气泡图像大小一致时，上位机控制所述电磁阀断开和控制精密注射泵停止工作，完成一次喷气作业；间隔一定时间后，上位机再次控制电磁阀和精密注射泵进行下一次喷气作业，且摄像机实时获取气泡图片输送至上位机进行对比，直至符合标准形态后再次控制所述电磁阀断开和控制精密注射泵停止工作，如此有规律地进行间歇式喷气作业。在每一次喷气作业过程中，由电磁阀处形成的形态一致的气泡上升到液面处后，在高压静电发生器产生的静电作用下，向接收极板喷射纺丝。

本发明的一个优选方案，所述高压静电发生器通过导线与电磁阀连接。其优点在于，利用电磁阀作为导电体，为储液池中的高聚物溶液以及气泡提供高压静电。

本发明的一个优选方案，其中，所述上位机由计算机构成。

本发明的一个优选方案，其中，所述摄像机的镜头在侧向对准所述电磁阀的气泡出口，以便获得清晰且符合实际形态的气泡图像。

一种应用上述可控气泡形态的气泡静电纺丝装置实现的可控气泡形态的气泡静电纺丝方法，包括以下步骤：

(1)进行气泡静电纺丝前，所述储液池中装有高聚物溶液，往注射器里充入气体；

(2)工作时，上位机控制电磁阀和精密注射泵相互配合进行间歇式工作，具体地：

(2.1)上位机控制电磁阀打开，同时控制精密注射泵推动注射器的活塞喷出气体，喷出的气体在电磁阀处形成气泡，摄像机实时获取电磁阀处形成的气泡的图像，利用上位机中的图像识别模块对获得的气泡图像与标准气泡图像进行在线对比，当获得的气泡图像与标准气泡图像大小一致时，上位机控制所述电磁阀断开和控制精密注射泵停止工作，完成一次喷气作业；

(2.2)间隔一定时间后，上位机再次控制电磁阀和精密注射泵进行下一次喷气作业，且摄像机实时获取气泡图片输送至上位机进行对比，直至符合标准形态后再次控制所述电磁阀断开和控制精密注射泵停止工作，如此有规律地进行间歇式喷气作业；由电磁阀处形成的形态一致的气泡上升到液面处后，在高压静电发生器产生的静电作用下，向接收极板喷射纺丝。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

本发明的气泡静电纺丝装置中，由此单次喷气作业过程中电磁阀处形成的气泡形态由摄像机实时获取图片，并经上位机的图像识别模块与标准图像形态进行在线对比，一旦达到标准形态要求，马上控制电磁阀和精密注射泵停止工作，从而确保每次形成的气泡的形态一致，并且气泡间歇式且有规律地产生，从而提高纳米纺丝的质量并确保质量的稳定。

附图说明

图1为本发明的可控气泡形态的气泡静电纺丝装置的一个具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1，本发明的可控气泡形态的气泡静电纺丝装置由储液池3、高压静电发生器11、喷气装置、接收极板8以及图像识别装置构成。其中，所述喷气装置包括注射器12、精密注射泵1、电磁阀6以及上位机10，其中，所述精密注射泵1主要由步进电机及其驱动器、支架、丝杆、丝杆螺母等构成，所述步进电机驱动丝杆转动，从而带动丝杆螺母作直线往复运动，该丝杆螺母构成输出件。所述注射器12具有用于容纳气体的腔体5，腔体5内设有活塞4，注射器12的前端设有喷气口，精密注射泵1中的丝杆螺母与注射器12的活塞4连接。所述电磁阀6设置于注射器12的喷气口上，该电磁阀6伸入到储液池3内的底部。所述上位机10分别与电磁阀6和精密注射泵1连接，用于控制电磁阀6和精密注射泵1相互配合进行间歇式工作，并在单次作业过程中分别控制电磁阀6的通断以及控制精密注射泵1的工作时间。

参见图1，所述图像设备装置包括摄像机13以及所述上位机10，单次作业过程中，所述摄像机13实时获取电磁阀6处形成的气泡9的图像，利用上位机10中的图像识别模块对获得的气泡图像与标准气泡图像进行在线对比，当获得的气泡图像与标准气泡图像大小一致时，上位机10控制所述电磁阀6断开和控制精密注射泵1停止工作。所述上位机10由计算机构成，所述图像识别模的工作过程可参照现有技术中的图像识别技术来实施。所述摄像机10的镜头在侧向对准所述电磁阀6的气泡出口，以便获得清晰且符合实际形态的气泡图像。

参见图1，所述高压静电发生器11通过导线与电磁阀6连接。利用电磁阀6作为导电体，为储液池3中的高聚物溶液2以及气泡9提供高压静电。

本发明的可控气泡形态的气泡静电纺丝装置的工作原理是：进行气泡静电纺丝前，所述储液池3中装有高聚物溶液2，往注射器12的内腔里充入气体(例如空气)；工作时，上位机10控制电磁阀6和精密注射泵1相互配合进行间歇式工作，具体地，上位机10控制电磁阀6打开，同时控制精密注射泵1推动注射器12的活塞4喷出气体，喷出的气体在电磁阀6处形成气泡，摄像机13实时获取电磁阀6处形成的气泡的图像，利用上位机10中的图像识别模块对获得的气泡图像与标准气泡图像进行在线对比，当获得的气泡图像与标准气泡图像大小一致时，上位机10控制所述电磁阀6断开和控制精密注射泵1停止工作，完成一次喷气作业；间隔一定时间后，上位机10再次控制电磁阀6和精密注射泵1进行下一次喷气作业，且摄像机13实时获取气泡图片输送至上位机10进行对比，直至符合标准形态后再次控制所述电磁阀6断开和控制精密注射泵停1止工作，如此有规律地进行间歇式喷气作业。在每一次喷气作业过程中，由电磁阀6处形成的形态一致的气泡9上升到液面处后，在高压静电发生器11产生的静电作用下，向接收极板8喷射纺丝7。

参见图1，本发明的应用上述可控气泡形态的气泡静电纺丝装置实现的可控气量的气泡静电纺丝方法，包括以下步骤：

(1)进行气泡静电纺丝前，所述储液池3中装有高聚物溶液2，往注射器12里充入气体；

(2)工作时，上位机10控制电磁阀6和精密注射泵1相互配合进行间歇式工作，具体地：

(2.1)上位机10控制电磁阀6打开，同时控制精密注射泵1推动注射器12的活塞4喷出气体，喷出的气体在电磁阀6处形成气泡9，摄像机13实时获取电磁阀6处形成的气泡的图像，利用上位机13中的图像识别模块对获得的气泡图像与标准气泡图像进行在线对比，当获得的气泡图像与标准气泡图像大小一致时，上位机10控制所述电磁阀6断开和控制精密注射泵1停止工作，完成一次喷气作业；

(2.2)间隔一定时间后，上位机10再次控制电磁阀6和精密注射泵1进行下一次喷气作业，且摄像机13实时获取气泡图片输送至上位机10进行对比，直至符合标准形态后再次控制所述电磁阀6断开和控制精密注射泵停1止工作，如此有规律地进行间歇式喷气作业；由电磁阀6处形成的形态一致的气泡9上升到液面处后，在高压静电发生器11产生的静电作用下，向接收极板8喷射纺丝7。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可控气泡形态的气泡静电纺丝装置，包括储液池、高压静电发生器、喷气装置以及接收极板，其特征在于，还包括图像识别装置；其中：

所述喷气装置包括注射器、精密注射泵、电磁阀以及上位机，其中，所述精密注射泵中的丝杆螺母与注射器的活塞连接；所述电磁阀设置于注射器的喷气口上，该电磁阀伸入到储液池内的底部；所述上位机分别与电磁阀和精密注射泵连接，用于控制电磁阀和精密注射泵相互配合进行间歇式工作，并在单次作业过程中分别控制电磁阀的通断以及控制精密注射泵的工作时间；

所述图像设备装置包括摄像机以及所述上位机，单次作业过程中，所述摄像机实时获取电磁阀处形成的气泡的图像，利用上位机中的图像识别模块对获得的气泡图像与标准气泡图像进行在线对比，当获得的气泡图像与标准气泡图像大小一致时，上位机控制所述电磁阀断开和控制精密注射泵停止工作。

2.根据权利要求1所述的可控气泡形态的气泡静电纺丝装置，其特征在于，所述高压静电发生器通过导线与电磁阀连接。

3.根据权利要求1所述的可控气泡形态的气泡静电纺丝装置，其特征在于，所述上位机由计算机构成。

4.根据权利要求1所述的可控气泡形态的气泡静电纺丝装置，其特征在于，所述摄像机的镜头在侧向对准所述电磁阀的气泡出口。

5.一种应用权利要求1-4任一项所述的可控气泡形态的气泡静电纺丝装置实现的可控气泡形态的气泡静电纺丝方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)进行气泡静电纺丝前，所述储液池中装有高聚物溶液，往注射器里充入气体；

(2)工作时，上位机控制电磁阀和精密注射泵相互配合进行间歇式工作，具体地：

(2.1)上位机控制电磁阀打开，同时控制精密注射泵推动注射器的活塞喷出气体，喷出的气体在电磁阀处形成气泡，摄像机实时获取电磁阀处形成的气泡的图像，利用上位机中的图像识别模块对获得的气泡图像与标准气泡图像进行在线对比，当获得的气泡图像与标准气泡图像大小一致时，上位机控制所述电磁阀断开和控制精密注射泵停止工作，完成一次喷气作业；

(2.2)间隔一定时间后，上位机再次控制电磁阀和精密注射泵进行下一次喷气作业，且摄像机实时获取气泡图片输送至上位机进行对比，直至符合标准形态后再次控制所述电磁阀断开和控制精密注射泵停止工作，如此有规律地进行间歇式喷气作业；由电磁阀处形成的形态一致的气泡上升到液面处后，在高压静电发生器产生的静电作用下，向接收极板喷射纺丝。