CN107937996B - 电纺纤维样品收集装置的环境控制方法 - Google Patents

Abstract

电纺纤维样品收集装置的环境控制方法，属于静电纺丝领域，为了解决现有电纺纤维样品收集装置与喷射装置一体式或唯一对应而导致的设备占用空间不合理的问题，包括具有使托台与箱体底面的滑道配合连接的步骤；具有调节伸缩支腿的步骤；具有导气以维持恒温恒湿环境的步骤；具有电纺纤维喷射的步骤；具有得到电纺纤维的步骤。

Description

电纺纤维样品收集装置的环境控制方法

技术领域

本发明属于静电纺丝领域，涉及一种恒湿恒温环境下电纺纤维样品的收集装置。

背景技术

静电纺丝技术广泛应用在纳米纤维材料制备领域。纳米纤维材料因其卓越的物理、化学特性，拥有广泛的应用领域及无限的发展前景，各国都在加紧改进现有静电纺丝技术或是研制新型的静电纺丝设备。在静电纺丝生产过程中，通过让带有电荷的高分子溶液在高压静电场中喷射、拉伸、劈裂、挥发固化，最终形成纤维状特质。影响静电纺丝纤维形貌和性质的参数有很多，例如高压电源所提供的电压大小、收集板与喷丝口之间的距离、收集板的形状、面积、溶液的表面张力、电导率、溶液中有机溶剂的溶解度、溶液的黏弹力、溶液的重量、流速、环境的温度、湿度、和周围磁场、电场等。静电纺丝环境参数对静电纺丝过程起着决定性作用，尤其是电纺纤维喷射环境的温湿度，直接影响到电纺纤维的生产质量。国内大多数的纺丝设备只是对纺丝的环境温度进行了测与控，偶尔会对湿度进行简单的人工干预，例如增放干燥剂、除湿机等方法，基于此种方式对电纺纤维喷射环境温湿度的简单、随意控制缺乏操作上的可靠性和环境参数的稳定性，及其不利于电纺纤维的高质量研究。国外的少数高端电纺纤维设备在喷射环境中安装了专用的温、湿度控制装置，但是设备结构复杂、造价昂贵，不利于在国内进行大范围的推广使用；而且在电纺纤维喷射过程中，部分电纺纤维会散射到电纺纤维收集板以外的一定区域，不及时清理会造成下次实验的材料污染，由于电纺散射杂乱无章，实验结束后的现场清理工作会占用科研人员大量时间；而且科研实验过程中实验室空间紧张，因为喷射的杂乱无章，一个区域内只能有一台电纺纤维设备工作，这些因素都严重影响科研实验的效率。

发明内容

为了解决现有电纺纤维样品收集装置与喷射装置一体式或唯一对应而导致的设备占用空间不合理的问题，本发明提出如下方案：一种电纺纤维样品收集装置的环境控制方法，具有使托台与箱体底面的滑道配合连接的步骤；具有调节伸缩支腿的步骤；具有导气以维持恒温恒湿环境的步骤；具有电纺纤维喷射的步骤；具有得到电纺纤维的步骤。

有益效果：本发明使用箱体作为样品收集装置，在其上顶面具有橡胶垫，橡胶垫具有将电纺纤维喷射针头插入箱体的针孔，其底面设置金属滑道，所述的托台为圆柱形金属体，其底部开出与箱体底面的金属滑道相适配的滑槽以使其可滑动连接于金属滑道，实现了喷射装置与收集装置的可分离、组合，并使用恒湿恒温气源以仍能在分离的结构下，维持封闭环境的稳定。

附图说明

图1：电纺纤维喷射示意图；

图2：一种电纺纤维样品收集装置的示意图；

图3：托台的结构示意图；

图4：伸缩支腿的结构示意图；

图5：伸缩支腿与上、下扣手配合伸缩的示意图；

图6：一种电纺纤维样品收集装置的示意图。

其中：1.恒温恒湿气源，2.箱体，3.进气阀，4.排气阀，5.橡胶垫，6.电极插孔，7.侧门，8.侧门把手，9.支腿，10.紧锁旋钮，11.上扣手，12.下扣手，13.横杆，内凹槽，15.升降台，16.托台，17.台面，18.环形浅槽，19.滑槽。

具体实施方式

实施例1：本实施例提供了一种电纺纤维样品收集装置，其可以被更多使用于科研，作为一种低成本的电纺纤维实验样品收集装置。该收集装置由恒温恒湿气源、箱体、进气阀、排气阀、橡胶垫、托台、滑道、电极插孔、侧门、扣手、伸缩U型支腿等部分组成。

恒温恒湿气源为控制领域一种通用装置，可通过管道向外输出空气，空气的温度、湿度和流量可调。箱体为亚克力材料制成的矩形空间。亚克力材料成本低、便于加工、具有良好的密封性、透明便于观察，可根据电纺实验要求定制多种尺寸的矩形空间。箱体底部设有滑道，箱体内设有便于外部观察的温湿度表。进气阀通过管道与恒温恒湿气源相连。实验前，用来向箱体导入恒温恒湿空气。排气阀起到单向导气作用，用于实验开始前配合进气阀工作用来排空箱体内原有空气。橡胶垫位于箱体的正上方，为圆形弹性橡胶材质，中间留有直径极小的开孔，用于将电纺纤维喷射针头插入箱体。托台为圆柱形金属体，用来收集针头喷射出来的电纺纤维，有不同直径和高度的收集台供实验选择。托台台面外围下1厘米处有设有环形浅槽，用来固定覆盖台面上的锡纸。托台的底部有一贯穿滑槽(各型号托台的滑槽尺寸统一)用来与箱体底部的滑道固定。滑道安装在箱体的底部，为导电金属材质，用来固定托台。电极插孔与箱体内的金属滑道相连，进而保证了托台与电纺纤维的喷射针头形成正负电压。侧门设置在箱体的一侧，便于取、放托台，便于实验结束后清洗箱内杂质。

伸缩支腿为铝合金材质，两组四个脚双U型结构设计，每个脚底都有启稳定支撑的平面圆环，支腿安装在箱体外部的正面和后面的滑槽内，即由较厚的箱体面上开出的内凹槽，配合上、下扣手使用，可使两组支腿上下移动，以实现箱体高低位置的手动调节。每组支腿的两侧有紧锁旋钮，当箱体高度满足要求时，锁住支腿实现箱体的可靠支撑。每条支腿都有明显的刻度标识，可以记录支腿伸出箱外的尺寸。在一种方案中，该伸缩支腿可以被升降台所替换，所述升降台为通用装置，能稳定承载箱体并实现位置的高低调节。或者伸缩支腿与升降台被同时使用于该收集装置中。

在一种实施例中，其记载了一种电纺纤维样品收集装置的收集方法，由于常规的电纺纤维实验装置中喷射针头与收集板形成正负电压，带电电纺溶液从针头中喷射出来，落在收集板上，如图1所示，而环境温湿度不可控、电纺纤维杂质的喷射污染环境等因素，使得电纺纤维的实验质量和实验效率满足不了要求。该方法中，在实验开始前，应根据电纺纤维材质的特点和喷射要求选择不同尺寸的箱体(箱体宽和高)和托台(圆柱体高和台面直径)，将托台上面覆盖一张锡纸，并延台面下折锡纸，用细绳将锡纸固定在台面下方的环形线槽内。托台的底部有一贯穿滑槽(各型号托台的滑槽尺寸统一)，顺着箱体底部的滑道将托台固定在箱体底部并关闭箱体侧门。固定好托台后，将箱体放置于台面上并使电纺纤维喷射针头正对橡胶垫的中心，松动4个紧锁旋钮，手动调节双U型伸缩支腿伸出箱体的长度，当针头正好插入橡胶垫的中心的开孔时，紧锁旋钮锁住双U型支腿将箱体高度固定。用电源线将电极插孔与高压电源的负极相连，由于电极插孔与箱体内的金属滑道相连、电纺纤维的喷射针头与连接电源正极，进而保证了托台与针头之间形成了促使电纺纤维喷射正负电压。将恒温恒湿气源的管道与箱体的进气阀相连，按实验需求调节空气温湿度和流量，向箱体内充气的同时，打开排气阀，以排空箱体内的原有空气，1-2分钟后分别关闭排气阀和进气阀，箱体内空气的温湿度正好符合实验要求。完成上述准备工作后即可开始实验。由于箱体的密封性好，箱体之间无干扰，可在实验空间内设置多个喷射针头和多个箱体，同时进行不同材质的电纺纤维喷射实验。亚克力材料透明便于外界观察，在电纺喷射实验过程中，实验人员可实时检查各个装置的喷射情况和环境温湿度，如果温湿度变化明显可继续通过恒温恒湿气源向箱体内充气。电纺纤维喷射实验结束后，松动4个紧锁旋钮，将双U型伸缩支腿收回至箱内，然后再次锁紧2组支腿。打开侧门按滑道取出托台，剪断细绳，得到锡纸上的电纺纤维样品以供下步研究使用。由于箱体密封性好，实验环境中无任何材料污染，更换新的箱体，调节实验参数，即刻在原地就可开展多个电纺纤维实验，不因清洗实验装置、清理实验环境而耽误时间。使用过的箱体经过清洗和干燥可反复使用。

上述收集装置及方法能以极低的成本实现电纺纤维喷射环境的温湿度要求、实现喷射环境的零污染、实现小空间内多台电纺设备的同时工作，而且装置还具有操作简单、运行稳定等优点。非常适合在大中院校、研究院所等单位进行推广。通过简洁、实用的机械结构设计，以极低的成本实现了电纺纤维喷射实验环境的温湿度可调、实现了电纺纤维喷射实验环境的零污染，实现了在小空间内多台电纺设备同时无干扰地工作，极大程度上提高了电纺纤维喷射实验的效率和实验的稳定性。

实施例2：一种电纺纤维样品收集装置，包括中空矩形的箱体、托台，在所述箱体上设置进气阀，并相应设置排气阀，所述的进气阀连接于恒湿恒温气源机以向箱体内部供气，所述箱体的顶面具有橡胶垫，橡胶垫具有将电纺纤维喷射针头插入箱体的针孔，其底面设置金属滑道，所述的托台为圆柱形金属体，其底部开出与箱体底面的金属滑道相适配的滑槽以使其可滑动连接于金属滑道；箱体上的电极插孔与金属滑道相连，电极插孔通过电源线连接于高压电源的负极，电纺纤维的喷射针头连接于高压电源正极。

喷射与采集为一体式或唯一对应的电纺纤维设备，一旦收集装置损坏，则整个设备会被暂停使用，甚至在收集装置不能合理维修的情况下，设备只能报废，该问题极大影响了喷射装置使用的合理性，容易造成资源浪费，另一方面，喷射与采集为一体式或唯一对应的电纺纤维设备为了适应各种样品收集、各种规格等，收集装置会较大，占用空间。为此，上述方案作为分立的收集装置，可以适配于喷射装置，即在箱体的顶面具有橡胶垫，橡胶垫具有将电纺纤维喷射针头插入箱体的针孔，通过该孔的设置，实现喷射与收集的可分离和可组装，收集装置的损坏不会对喷射装置产生影响，且收集装置不使用时，无需与喷射装置组装，不会占用较大空间，且实验时，选择合理尺寸的收集装置即可，实验过程中也不会占用过大空间，另一方面，其底面设置金属滑道，所述的托台为圆柱形金属体，其底部开出与箱体底面的金属滑道相适配的滑槽以使其可滑动连接于金属滑道，该构造使得收集的箱体与托台再一次实现可分离，这样的分离，使得托台也可以根据不同的需求更换，不用为了考虑托台而限制箱体的规格，同时，进一步降低了整体性设备一毁具毁的风险，并且，本发明对于该分离形成的构造设计较为巧妙，滑槽和滑道配合能够确保规格统一下的标准适用性，并且滑动连接在连接时较为稳定，横向滑行不必拆卸，也便于组装，并能够很好的保护底面和滑行结构本实施例的滑动结构不被喷溅纺丝，不会因为纺丝喷溅导致组装机构失效。

在一种方案中，所述的电纺纤维样品收集装置，还包括伸缩支腿，所述伸缩支腿具有两个支腿，在所述箱体的具有一定厚度的相对的两个侧面，分别设置由支腿在其内伸缩的内凹槽，横杆通过连接杆与两个支腿连接以与其所在侧面形成水平间距，并对伸缩支腿设置使支腿在某一长度而被锁紧于内凹槽中的锁紧旋钮。

引入该伸缩支腿，是在喷射与收集装置可分离、可组装的基础上，为了任一收集装置能够适应处于不同高度的喷射针头，以在竖直方向上匹配，而作出的创新，而伸缩支腿的结构设计是为了尽量紧凑，在箱体外表面开出内凹槽，使得支腿在使用后与箱体成为一体，不仅结构紧凑，不占空间，而且操作十分容易。

在一种方案中，所述的支腿的下端部具有支撑垫或支撑环以于支腿由所述内凹槽伸出时能支撑于平台。其目的是为了更好的在支腿伸缩时，能够稳定支撑。

在一种方案中，所述的支腿与横杆连接而在支腿伸缩使得横杆在竖直方向的移动区间外相向设置上扣手和下扣手。其目的是由于伸缩支腿集成于箱体，伸缩时，为了能够更为方便，一个人单独完成，进而设置上、下口手，以更为方便对支腿伸缩控制。

在一种方案中，所述的托台在其台面外围的下方设有环形浅槽，使用绳将覆盖于台面上的锡纸在该环形浅槽被固定。其目的是为了进一步保证托台的整洁和能够反复使用。

在一种方案中，所述不设置伸缩支腿相对的两个侧面中的一个侧面，其为使托台进入箱体内部与底面金属滑道配合的进入侧门。所述的不设置伸缩支腿相对的两个侧面中的另一个侧面，其为使托台离开箱体内部与底面金属滑道分离侧门。进入侧门、分离侧门均设置，其可以为同一门，或不同门，在不为同一门时，就可以在横向上对多个收集装置进行横向组合，即在一种方案中，将所述的电纺纤维样品收集装置排列，除首末端的收集装置，各收集装置的分离侧门对应于其下游的收集装置的进入侧门。其目的是，对于一些需要不同纺丝样品采集，在一个机器上实现必需分时喷射，对于批量采集，将会耗费大量时间，采用横向分时序分工艺进行，可以节约大量时间。自然的，所述的电纺纤维样品收集装置还可以纵向叠放排列。而为了便于纺丝过程观察，所述的箱体为透明亚克力材质的箱体。

在一种方案中，该收集装置还包括升降台，所述升降台可分离安装于箱体的下方，其上升使箱体随同上升以至电纺纤维喷射针头插入至橡胶垫的针孔。即是对伸缩支腿的升降作出一个类似结构的变形。

在一种实施例中，其记载电纺纤维样品收集装置的环境控制方法，实际上是一种电纺纤维样品收集装置的收集方法：具有使托台与箱体底面的滑道配合连接的步骤；具有调节伸缩支腿的步骤；具有导气以维持恒温恒湿环境的步骤；具有电纺纤维喷射的步骤；具有得到电纺纤维的步骤。

调节伸缩支腿的步骤如下：在需要增加箱体高度时，旋紧旋钮被旋松，使得支腿能于箱体侧面的内凹槽中移动以伸出内凹槽，并于达到需求高度时，旋紧旋钮被旋紧以将伸出内凹槽中的支腿固定。支腿与横杆连接而在支腿伸缩使得横杆在竖直方向的移动区间外相向设置的上扣手和下扣手，由内凹槽中向下伸出支腿以提升箱体高度，两手手心朝上，四指伸入下扣手中，用大拇勾横杆并下推横梁。

在需要降低箱体高度时，旋紧旋钮被旋松，使得伸出内凹槽的支腿能回缩于箱体侧面的内凹槽中，并于达到需求高度时或支腿完全回缩于内凹槽中，旋紧旋钮被旋紧以将支腿固定。支腿与横杆连接而在支腿伸缩使得横杆在竖直方向的移动区间外相向设置的上扣手和下扣手，伸出的支腿向内凹槽中回缩以降低箱体高度，或使得支腿完全回缩至内凹槽中，两手手心朝下，四指伸入上扣手中，用大拇勾横杆并上推横梁。

导气以维持恒温恒湿环境的步骤：将恒温恒湿气源的管道与箱体的进气阀相连，按实验需求调节空气温、湿度，向箱体内充气的同时，打开排气阀以排空箱体内原有的空气，并于一段时间后分别关闭排气阀和进气阀，使箱体内空气的温、湿度符合实验要求。

得到电纺纤维样品的步骤：电纺纤维喷射完成使得电纺纤维样品以在托台覆盖的锡纸被收集，由箱体取出托台，并将锡纸与托台分离。

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电纺纤维样品收集装置的环境控制方法，其特征在于，

具有使托台与箱体底面的滑道配合连接的步骤；

具有调节伸缩支腿的步骤；

具有导气以维持恒温恒湿环境的步骤；

具有电纺纤维喷射的步骤；

具有得到电纺纤维的步骤；调节伸缩支腿的步骤如下：在需要增加箱体高度时，旋紧旋钮被旋松，使得支腿能于箱体侧面的内凹槽中移动以伸出内凹槽，并于达到需求高度时，旋紧旋钮被旋紧以将伸出内凹槽中的支腿固定；支腿与横杆连接而在支腿伸缩使得横杆在竖直方向的移动区间外相向设置的上扣手和下扣手，由内凹槽中向下伸出支腿以提升箱体高度，两手手心朝上，四指伸入下扣手中，用大拇勾横杆并下推横梁。

2.如权利要求1所述的电纺纤维样品收集装置的环境控制方法，其特征在于，在需要降低箱体高度时，旋紧旋钮被旋松，使得伸出内凹槽的支腿能回缩于箱体侧面的内凹槽中，并于达到需求高度时或支腿完全回缩于内凹槽中，旋紧旋钮被旋紧以将支腿固定。

3.如权利要求1所述的电纺纤维样品收集装置的环境控制方法，其特征在于，导气以维持恒温恒湿环境的步骤：将恒温恒湿气源的管道与箱体的进气阀相连，按实验需求调节空气温、湿度，向箱体内充气的同时，打开排气阀以排空箱体内原有的空气，并于一段时间后分别关闭排气阀和进气阀，使箱体内空气的温、湿度符合实验要求。

4.如权利要求1所述的电纺纤维样品收集装置的环境控制方法，其特征在于，得到电纺纤维样品的步骤：电纺纤维喷射完成使得电纺纤维样品以在托台覆盖的锡纸被收集，由箱体取出托台，并将锡纸与托台分离。