CN114703553B - 一种用于形成纳米纤维的溶液喷射纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于形成纳米纤维的溶液喷射纺丝装置，其包括用于在电场作用下进行喷射纺丝以形成纳米纤维的喷射单元，其中，喷射单元包括供液部、喷头部、供电部和收集部，喷射单元的供液部能够将纺丝溶液输送至若干以串联方式连接的喷头部，以在供电部施加的电场作用下使纺丝溶液从喷头部射向收集部，其中，串联的若干喷头部能够在运动单元的带动下进行多维度移动，喷头部能够以相对移动的方式移动至填充有保护物质的环境中并通过保护物质对喷头部进行保护。

Description

一种用于形成纳米纤维的溶液喷射纺丝装置

技术领域

本发明涉及纳米纤维纺丝技术领域，尤其涉及一种用于形成纳米纤维的溶液喷射纺丝装置。

背景技术

随着纳米技术的飞速发展，社会各界对纳米纤维及其制品的需求与日俱增，静电纺丝作为一种制备纳米纤维的有效方法受到广泛关注。微纳米技术作为现代高新技术产物，在近年来得到快速发展，科技成果已由理论研究向产业化转变，并取得显著的社会、经济效益。随着人们对品质生活的追求，微纳米技术的作用越发凸显。纳米纤维作为诸多纳米材料中应用较多的一种，因其具有直径超细、高比表面积和高孔隙率等特点，受到科研界和工业界的广泛关注。

CN105926088B公开了一种以单排喷头移动式静电纺丝法改善生条质量的设备，包括上/下轧辊、喇叭口与棉网，所述棉网的一边从上/下轧辊之前的间隙穿入，另一边从喇叭口内穿出，棉网上方悬挂的横向固定杆经喷头连接装置与多个静电纺丝喷头相连接，横向固定杆的两端与底部设置有纵向移动装置的竖向调节装置连接。使用时，静电纺丝喷头喷射静电纺丝以在棉网上进行叠加，静电纺丝的产品是一种含有聚苯胺、多壁碳纳米管或石墨烯的导电纳米纤维，通过喷头连接装置、竖向调节装置、纵向移动装置对喷头的喷射角度、自由度、高度、与轧辊的间距进行调整。该设计不仅能解决静电现象，不会影响生条质量与后续加工，而且可调性、环保性较强，静电消除效率较高，成本很低。

现有技术通过喷头连接装置、竖向调节装置、纵向移动装置可实现对喷头的喷射角度、自由度、高度、与轧辊的间距的调整，但对于喷头的移动仅仅局限于在溶液喷射纺丝装置的工作状态下，而处于停止状态的溶液喷射纺丝装置的喷头很可能出现堵塞的现象，因此，如何利用喷头的移动或相对移动来避免喷头堵塞的情况是本领域当前所面临的技术问题。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种用于形成纳米纤维的溶液喷射纺丝装置，以解决现有技术存在的问题。

本发明公开了一种用于形成纳米纤维的溶液喷射纺丝装置，其包括用于在电场作用下进行喷射纺丝以形成纳米纤维的喷射单元，其中，喷射单元包括供液部、喷头部、供电部和收集部，喷射单元的供液部能够将纺丝溶液输送至若干以串联方式连接的喷头部，以在供电部施加的电场作用下使纺丝溶液从喷头部射向收集部，其中，串联的若干喷头部能够在运动单元的带动下进行多维度移动，喷头部能够以相对移动的方式移动至填充有保护物质的环境中并通过保护物质对喷头部进行保护。

根据一种优选实施方式，喷头部与保护物质的相对移动至少能够发生在溶液喷射纺丝装置运行中的切换过程，其中，切换过程包括喷头部与保护物质接触的第一切换过程和喷头部与保护物质分离的第二切换过程。

根据一种优选实施方式，喷头部与保护物质的相对移动是由运动单元带动的，其中，运动单元在第二切换过程中的移动路径能够是相反于第一切换过程的移动路径而设定的。

本发明通过运动单元实现喷头部与保护物质的相对移动，以使得至少在溶液喷射纺丝装置处于第一切换过程时，喷头部能够与保护物质接触，从而通过保护物质对喷头部的包覆以实现对喷头部的保护；在溶液喷射纺丝装置处于第二切换过程时，喷头部与保护物质分离，从而使得喷头部能够继续进行纺丝。溶液喷射纺丝装置可设置多个以串联方式连接而成的喷头部，以使得供液部能够对各喷头部进行依次供液，并通过保护物质对不同喷头部进行包覆保护。

根据一种优选实施方式，保护物质能够被填充于保护单元的壳体部内，运动单元能够带动喷头部和/或壳体部进行相对运动，以使得喷头部能够与壳体部内填充的保护物质接触或分离。

根据一种优选实施方式，保护单元能够以承装稳定态的保护物质或流通流动态的保护物质的方式使壳体部的内部空腔中注入有保护物质，其中，保护物质能够是纺丝用的溶剂或溶剂蒸汽。

根据一种优选实施方式，壳体部一侧开设有能够使喷头部穿过的连通口，连通口能够设置有结构尺寸匹配的塞体部，其中，喷头部的移动路径被塞体部阻挡时能够以贯穿的方式穿过塞体部以进入壳体部或从壳体部中退出。

本发明的保护物质可填充于保护单元的壳体部内，壳体部的内部空腔可承装纺丝用的溶剂或流通溶剂蒸汽，其中，溶剂蒸汽能够在串联的保护单元内循环流通。保护物质能够被塞体部密封在壳体部的内部空腔中，以使得喷头部需要以贯穿的方式穿过壳体部，以接触于保护物质，喷头部贯穿于壳体部的运动是运动单元所驱动的，即通过控制运动单元就能够实现穿刺位置的调节。

根据一种优选实施方式，喷头部能够基于预设穿刺位置对塞体部进行贯穿，预设穿刺位置能够基于采集单元的采集数据而设定并进行灵活调整，其中，当前序列的预设穿刺位置能够与前序穿刺位置以相同或不同的位置设置，并能够基于各自相应的控制逻辑进行穿刺。

根据一种优选实施方式，采集单元能够对塞体部的前序穿刺位置的分布情况进行采集，经由控制单元以不同的控制逻辑进行运算分析，以获取当前序列的预设穿刺位置及喷头部的预设移动路径，其中，喷头部能够基于运动单元的驱动作用沿预设移动路径进行移动。

根据一种优选实施方式，采集单元能够以可调的采样频率间断地获取采集数据，以灵活高效地通过驱动运动单元基于预设移动路径的校准来调整当前移动路径。

根据一种优选实施方式，采集单元能够获取喷头部与保护单元的空间位置关系，和/或保护物质在壳体部内部空腔中的注入量情况，以判断保护单元对喷头部的保护情况。

本发明通过采集单元对运动单元带动的相对移动过程进行数据采集，以判断喷头部在塞体部的穿刺情况和/或喷头部与壳体部内部空腔中保护物质的接触情况，以便于及时对溶液喷射纺丝装置的配置方式进行调整，例如，重新进行或调整穿刺运动、更换塞体部、补充保护物质等。采集单元的动态监测可至少保证在溶液喷射纺丝装置处于切换过程时保护单元对喷头部的保护。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的溶液喷射纺丝装置处于工作状态下的结构示意图；

图2是本发明提供的一种优选实施方式的溶液喷射纺丝装置处于停止状态下的结构示意图。

附图标记列表

100：喷射单元；110：供液部；120：喷头部；130：供电部；140：收集部；200：保护单元；210：壳体部；220：塞体部；300：运动单元；400：采集单元；410：功率监测部；420：图像监测部。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

图1是本发明提供的一种优选实施方式的溶液喷射纺丝装置处于工作状态下的结构示意图；图2是本发明提供的一种优选实施方式的溶液喷射纺丝装置处于停止状态下的结构示意图。

本发明公开了一种用于形成纳米纤维的溶液喷射纺丝装置，其至少配置有用于进行纺丝工作的喷射单元100，其中，喷射单元100可至少配置有供液部110、喷头部120、供电部130和收集部140。

根据一种优选实施方式，喷射单元100通过供液部110将纺丝溶液输送至喷头部120，基于供电部130在喷头部120与收集部140之间形成的强电场作用使得纺丝溶液在喷头部120尖端的球形液滴转变为圆锥形(即“泰勒锥”)，并从圆锥尖端射向收集部140以延展得到纤维细丝，从而完成纺丝工作。

优选地，喷头部120可包括相互连接的第一喷头组件和第二喷头组件，其中，第二喷头组件能够在喷射单元100处于工作状态时以相对于第一喷头组件更靠近收集部140的方式配置。进一步地，第一喷头组件的中空区域能够与供液部110的供液管路连通，以使得在压力作用下的供液部110可通过供液管路将纺丝溶液输送至第一喷头组件的中空区域。可选地，第二喷头组件可配置为贯穿的空心结构或实心结构，其中，两种结构的第二喷头组件均具有用于连接第一喷头组件的连接端和用于将纺丝溶液以泰勒锥的形式射向收集部140的射出端。进一步地，第二喷头组件可以是由连接端以径向尺寸渐缩的形式过渡至射出端所形成的锥形或类似锥形的结构。

优选地，呈空心结构的第二喷头组件可通过其内部的中空区域连通连接端和射出端，并通过连接端将第二喷头组件的中空区域与第一喷头组件的中空区域连通，以使得第一喷头组件的中空区域中的纺丝溶液可进入至第二喷头组件的中空区域，并从第二喷头组件的射出端射出。

优选地，呈实心结构的第二喷头组件可通过连接端与第二喷头组件连接，至少部分区域开设有侧孔的第一喷头组件能够使其中空区域内注入的纺丝溶液从其侧孔流出，并流经第二喷头组件的侧壁以到达射出端，从而射向收集部140。

根据一种优选实施方式，供液部110的供液管路可与多个喷头部120连通，以使得供液部110内的纺丝溶液能够分流至不同喷头部120以同时进行纺丝工作。进一步地，多个喷头部120可采用数排串联的方式配置，对于任意一排的多个喷头部120而言，基于供液部110的输送方向可分别具有不同的位次序列，更靠近于供液部110上游的喷头部120具有更前的位次序列，更靠近于供液部110下游的喷头部120具有更后的位次序列。

根据一种优选实施方式，收集部140与喷头部120相向设置，即喷头部120能够使其射出端的延长线大致正交于接收部140的平面或曲面的切平面的形式设置，以使得从喷头部120射出的纺丝溶液的射流能够在收集部140固化成纳米纤维。优选地，喷头部120和接收部140可分别与供电部130的正极和负极电连接以使得在喷头部120与收集部140之间形成电场。可选地，收集部140还可接地。

根据一种优选实施方式，溶液喷射纺丝装置还可配置有保护单元200，以通过保护单元200实现对喷射单元100的保护，其中，保护单元200至少能够对喷头部120进行保护，以避免残留在喷头部120的纺丝溶液干涸后对喷头部120进行堵塞，进而影响纺丝效率。优选地，保护单元200至少能够在溶液喷射纺丝装置的第一切换过程至第二切换过程之间对喷射单元100进行保护，其中，第一切换过程为溶液喷射纺丝装置由工作状态切换为停止状态的过程，第二切换过程为溶液喷射纺丝装置由停止状态切换为工作状态的过程。换言之，纺丝工作的时间序列可被第一切换过程和第二切换过程分隔成若干时间区域，处于工作状态或停止状态的溶液喷射纺丝装置能够在相邻的时间区域内交替地切换。进一步地，溶液喷射纺丝装置的停止状态可以是纺丝工作暂停或结束。

根据一种优选实施方式，保护单元200可包括具有内部空腔的壳体部210，其中，壳体部210的内部空腔能够以任一结构的形式配置，例如，壳体部210可以是瓶状结构、罐状结构等。优选地，喷头部120的至少部分区域能够伸入至壳体部210的内部空腔中，使得喷射单元100可以在空间状态下连接于保护单元200，其中，壳体部210内部空腔的深度可基于喷头部120的长度而设置。优选地，壳体部210内部空腔的深度可大于喷头部120的长度，以避免喷头部120完全伸入壳体部210内部空腔时射出端与壳体部210底部碰撞而造成壳体部210和/或喷头部120的受损；壳体部210内部空腔的深度也可不大于喷头部120的长度，但需要控制喷头部120伸入至壳体部210内部空腔的长度，以同样保护喷头部120及壳体部210。优选地，将喷头部120伸入壳体部210的长度定为容纳长度，容纳长度需要限定在预设的阈值范围内，以保证溶液喷射纺丝装置的正常运行。

优选地，保护单元200可基于喷射单元100的喷头部120的配置方式而相应配置有若干壳体部210，其中，壳体部210的配置数量和配置位置可基于喷头部120的配置方式而确定。优选地，对于以数排串联的方式配置的喷头部120，壳体部210可以采用相应的串联方式设置，其中，基于喷头部120的位次序列，壳体部210也可获取对应序列的编号，具有更前的位次序列的喷头部120对应于编号更小的壳体部210，具有更后的位次序列的喷头部120对应于编号更大的壳体部210，以使得喷头部120可以与壳体部210一一对应。进一步地，保护单元200可配置有备用的壳体部210，以便于在部分壳体部210无法继续执行保护功能时进行替换，被替换上的壳体部210能够继承原壳体部210的编号，从而维持喷头部120与壳体部210的对应关系。

根据一种优选实施方式，不同状态下的溶液喷射纺丝装置可具有不同的配置方式，其中，处于工作状态下的溶液喷射纺丝装置可仅通过喷射单元100得到纳米级直径的聚合物细丝，而处于停止状态的溶液喷射纺丝装置需要喷射单元100与保护单元200的相互配合，以实现至少对喷射单元100的保护。优选地，溶液喷射纺丝装置处于工作状态时，保护单元200可处于闲置、检测、修复、清洗等等候状态中的其中一种，即保护单元200可处于等候状态以使得喷射单元100能够独立完成纺丝工作状态；溶液喷射纺丝装置处于停止状态时，保护单元200能够通过壳体部210与停止纺丝工作的喷射单元100的至少部分结构实现连接，以使得保护单元200可由等候状态切换为保护状态并对喷射单元100进行保护。进一步地，溶液喷射纺丝装置在处于工作状态时，在供液部110的驱动作用下喷头部120的中空区域可流过纺丝溶液，并从喷头部120的射出端射出，而当溶液喷射纺丝装置切换为停止状态时，供液部110和供电部130停止工作使得喷头部120的射出端不再继续射出纺丝溶液，而残留于喷头部120中的纺丝溶液由于其较强的挥发性在长时间曝露于空气中时可形成结块以堵塞喷头部120，进而导致溶液喷射纺丝装置在后续时间序列下切换为工作状态时，喷射单元100的纺丝能力大大减弱，因此，可在溶液喷射纺丝装置处于停止状态时通过保护单元200防止喷头部120中残留溶液干涸，进而保证喷头部120在下一时间序列的工作状态下能够畅通地进行纺丝工作。

优选地，保护单元200可通过在其壳体部210的内部空腔中填充保护物质的方式以使得喷射单元100的喷头部120在将其喷头部120伸入壳体部210的内部空腔时能够被保护物质所包覆，从而至少实现对喷射单元100的喷头部120的保护。进一步地，保护物质可以是使针头溶液不干涸的成分，例如，可以是纺丝所用的溶剂或溶剂蒸汽，其中，溶剂指的是其液相态。

优选地，保护物质选用溶剂可具有更大的适用范围，即静电纺丝系统在使用几乎任何纺丝溶液时均可采用溶剂进行保护，但需要耗费更多的试剂，且如果更换纺丝溶液则需要将壳体部210内的溶剂全部替换，而无法重复使用。

优选地，溶剂蒸汽多适用于高分子溶液的溶剂为甲醇、乙醇、甲酸、乙酸、甲醛乙醛、乙酸乙酯等挥发性物质，当环境温度升温或壳体部210内部空腔通电使得壳体部210内的温度达到有效挥发温度时，选用溶剂蒸汽作为保护物质可以大幅度降低溶剂材料的使用以避免浪费。进一步地，相同溶剂的不同纺丝溶液无需更换瓶内蒸汽。

优选地，喷头部120的所有出液口都能够伸入至壳体部210的内部空腔中，且被保护物质所包覆，以使得保护物质能够通过出液口进入喷头部120的中空区域。

进一步地，壳体部210的一侧可开设有用于保证喷头部120进出壳体部210的连通口，以通过连通口使得壳体部210的内部空腔与壳体部210外部环境连通，并可在连通口被封闭时使得壳体部210的内部空腔与壳体部210外部环境隔绝，其中，连通口的径向尺寸至少大于喷头部120的径向尺寸。优选地，壳体部210可采用不与保护物质发生化学反应的材质制成，例如，可以是玻璃制品或塑料制品或金属制品。进一步地，壳体部210的连通口可配置有结构尺寸适配的塞体部220，通过塞体部220对连通口进行封闭以实现壳体部210的内部空腔与壳体部210外部环境的隔绝，其中，塞体部220可以是能够允许喷头部120穿过的且不与纺丝溶液发生反应的柔性软塞。优选地，其可以是橡胶材质制成的橡胶塞，基于橡胶塞的自身特性，使得穿过于橡胶塞的喷头部120在被拔出后壳体部210内部空腔储存的保护物质可几乎不流出。优选地，喷头部120能够以穿刺的形式直接穿透塞体部220，和/或提前使用与喷头部120尺寸相同的钢针穿透塞体部220，以便于喷头部120能够在不需要外部施加过大压力的情况下很容易地插入壳体部210内部空腔中，其中，喷头部120可选用金属材质制成。

根据一种优选实施方式，壳体部210内填充的保护物质采用纺丝用的溶剂时，可由人工或机械操控注射器向壳体部210的内部空腔注入溶剂。可选地，溶剂的注入量可大于壳体部210内部空腔体积的一半；优选地，溶剂的注入量可介于壳体部210内部空腔体积的1/2至3/4的范围内；进一步优选地，溶剂的注入量可大致占壳体部210内部空腔体积的2/3。

根据一种优选实施方式，壳体部210内填充的保护物质采用溶剂蒸汽时，可通过循环部实现溶剂蒸汽在各壳体部210内部空腔的输入和输出，其中，循环部可包括用于提供溶剂蒸汽的供气部件和各壳体部210之间及壳体部210与供气部件之间配置的连通管路。进一步地，连通管路至少可配置于相邻的壳体部210之间，壳体部210可配置有两个分别连接于不同连通管路的通气口，以便于溶剂蒸汽流经各壳体部210后返回至供气部件，从而完成溶剂蒸汽的循环并保证各壳体部210的内部空腔均处于一定浓度的溶剂蒸汽的氛围下，其中，壳体部210的相邻是指的空间位置的相邻及对应编号的相邻。进一步地，溶剂蒸汽在循环过程中可控制其流通速度，使得壳体部210内溶剂蒸汽少量挂壁或无挂壁情况发生。

优选地，编号最小及最大的壳体部210可分别连接于供气部件的进出口，以实现溶剂蒸汽循环的闭环。可选地，编号最小及最大的壳体部210与供气部件进出口的对应关系可根据实际需求而确定，以调节溶剂蒸汽在循环中的流通方向，例如，可由编号最小的壳体部210连接于供气部件的出口，以使得溶剂蒸汽沿第二方向流经各壳体部210的内部空腔；也可由编号最大的壳体部210连接于供气部件的出口，以使得溶剂蒸汽沿第二方向的反方向流经各壳体部210的内部空腔。优选地，由编号最大的壳体部210连接于供气部件的出口，编号最小的壳体部210与供气部件的入口相连，即编号更大的壳体部210能够更靠近于供气部件的出口，此时溶剂蒸汽在各壳体部210间的流通方向是与纺丝溶液在各喷头部120间的流通方向大致相反的，如此设置的目的是溶液喷射纺丝装置处在工作状态时，纺丝溶液自位次序列更前的喷头部120沿第二方向流向位次序列更后的喷头部120，并在其切换至停止状态的节点时供液部110停止工作，位次序列更前的喷头部120能够以相比于位次序列更后的喷头部120更早中止纺丝工作，因此，相比于位次序列更前的喷头部120，位次序列更后的喷头部120在其喷头部120的中空区域内可能有更多的纺丝溶液残留，将位次序列更后的喷头部120插入更靠近于供气部件出口的较小编号的壳体部210内部空腔，以使得从供气部件输出的“新的”溶剂蒸汽能够优先与位次序列更后的喷头部120接触，进而可按照基于纺丝溶液的预期残留量而排序的喷头部120保护优先级对各喷头部120进行保护，其中，“新的”溶剂蒸汽可以是未使用过的达到设定蒸汽浓度的溶剂蒸汽，也可以是循环回供气部件的经过回收处理后达到设定蒸汽浓度的溶剂蒸汽。

根据一种优选实施方式，当壳体部210内装填的保护物质为纺丝用溶剂时，可采用高压枪喷洒的方式进行清洁；当壳体部210内装填的保护物质为溶剂蒸汽时，可先由编号最小或最大的壳体部210的通气口一端注入纯净溶剂，以通过各壳体部210之间配置的连通管路排出各壳体部210内部空腔中的残留气体，并将编号最小或最大的壳体部210的通气口一端与供气部件出口连通，以通过供气部件输出的溶剂蒸汽将各壳体部210的内部空腔中洗涤后的溶剂排出，从而实现对壳体部210的清洗，其中，纯净溶剂可以采用下一纺丝工作所使用的溶剂，例如，可以是水、甲醇等。

优选地，通过对壳体部210的清洁以实现对壳体部210内部空腔中形成或收集的反应物、凝结成液滴的溶质和/或干涸的结块进行清理，以保证喷头部120插入壳体部210内部空腔的环境质量。

根据一种优选实施方式，溶液喷射纺丝装置在不同状态切换的情况下，每次切换至停止状态时喷头部120可基于设定程序和/或物理偏差而以相同或不同的穿刺部位穿透于塞体部220。例如，对于提前使用相同尺寸的钢针穿透塞体部220的情况，可基于设定程序而使得喷头部120每次的穿刺位置都对准于钢针的预先穿透位置，从而保证喷头部120每次都能够以相对较小的压力从相同穿刺位置穿透塞体部220，但随着使用次数的增多，老化的塞体部220回弹特性减弱，使得塞体部220上被喷头部120多次穿刺的针孔的可复原程度减弱，且喷头部120即使按照设定程序预期以相同穿刺位置进行穿透时可能由于设备的物理偏差使得实际的穿刺位置与预期的穿刺位置存在偏差，进而使得外部施加压力需要增大，和/或使得穿刺部位的针孔尺寸被不断扩大并降低了壳体部210的密封性。再例如，为了防止塞体部220穿刺部位的针孔不断扩大，也可基于设定程序而以特定的偏差位移保证喷头部120在塞体部220上的不同位置进行穿刺，其中，特定的偏差位移可包括距离参数和/或方向参数。优选地，塞体部220上的多个穿刺位置能够以彼此互不干扰的形式存在，以避免多个距离过近的针孔造成尺寸较大的贯穿通孔。

根据一种优选实施方式，溶液喷射纺丝装置可配置有连接于喷射单元100和/或保护单元200的运动单元300，以通过运动单元300实现喷头部120与壳体部210的相对移动，其中，上述两者的相对移动可至少包括相向移动和背向移动。进一步地，溶液喷射纺丝装置由工作状态切换为停止状态时，运动单元300可使喷头部120与壳体部210进行相向移动；反之，溶液喷射纺丝装置由停止状态切换为工作状态时，运动单元300可使喷头部120与壳体部210进行背向运动，从而使得喷头部120所处的环境可基于溶液喷射纺丝装置的不同状态而通过运动单元300进行调整，其中，喷头部120所处的环境可至少包括供电部130构建的电场环境和壳体部210构建的浸润环境，电场环境下的喷头部120可从泰勒锥的尖端延展得到纤维细丝，浸润环境下的喷头部120可避免残留于喷头部120内的纺丝溶液凝固。

优选地，运动单元300能够以驱动喷头部120和/或壳体部210定向移动的方式设置，即运动单元300可连接于喷头部120，也可连接于壳体部210，还可与喷头部120和壳体部210均连接。运动单元300的连接关系可基于喷射单元100和保护单元200的配置方式而确定，其中，运动单元300可优先与受移动过程影响较小的装置进行连接，以减少移动过程对溶液喷射纺丝装置稳定性的影响。例如，保护单元200的壳体部210内填充的保护物质为纺丝用溶剂时，由于液态的溶剂在移动过程中存在振荡的现象，可能导致浸润塞体部220或从壳体部210溢出等情况；而喷射单元100由于配置的功能单元较多，在相互之间的连接关系及相对位置关系确定的情况下，移动后复原至初始状态相对更加繁琐。因此，需要对喷射单元100和保护单元200的配置方式进行判定后确定运动单元300的连接关系。

进一步地，运动单元300可由多个驱动部实现不同方向的移动，第一驱动部可使得喷头部120和/或壳体部210沿第一方向及其反方向移动，其中，第一方向可以是喷头部120和壳体部210相向运动或背向运动的方向。优选地，第一方向可以是喷头部120指向于壳体部210的方向。

优选地，带动喷头部120和/或壳体部210沿第二方向及其反方向移动的第二驱动部可使得喷射单元100和保护单元200之间具有更多的位置关系，即通过第二驱动部的运行使得壳体部210能够以相对运动的方式运行至和/或脱离于喷头部120的工作区域，其中，喷头部120的工作区域为喷头部120中的纺丝溶液在强电场的作用下以微小射流的形式射向于收集部140所需占用的区域。进一步地，第二方向可以是更前位次序列的喷头部120指向更后位次序列的喷头部120的方向，或更小编号的壳体部210指向更大编号的壳体部210的方向。由于喷头部120大致沿第一方向射出纺丝溶液，以使得喷头部120的工作区域大致位于喷头部120的第一方向上，因此可将第二方向垂直于第一方向设置，以使得壳体部210能够在沿第二方向进行相对运动时能够以更短的移动路径更快地运行至和/或脱离于喷头部120的工作区域，从而避免因移动过程的耽误而造成喷头部120残留溶液的干涸。

优选地，运动单元300还可配置有用于带动喷头部120和/或壳体部210沿第三方向及其反方向移动的第三驱动部，以使得喷头部120和壳体部210能够实现三维空间的运动，从而便于溶液喷射纺丝装置基于实际需求对喷射单元100和保护单元200的配置位置进行灵活调整，其中，第三方向可垂直于第一方向和第二方向。

根据一种优选实施方式，采集单元400可用于监测第一切换过程和/或第二切换过程中溶液喷射纺丝装置的状态，尤其可用于判断在第一切换过程中喷射单元100的各喷头部120是否准确地插入对应的壳体部210内且被壳体部210内填充的保护物质所包覆。

优选地，运动单元300上配置的位移传感器可对基于运动单元300的驱动而定向移动的喷头部120和/或壳体部210的距离参数和方向参数进行采集，进而判断两者在移动后的相对位置关系，以此确定喷头部120与壳体部210是否完成插入动作。进一步地，还可通过图像采集器获取移动后的图像信息，以便于直观地判断插入动作的完成情况。尤其是在运动单元300在移动过程中主动地或被动地发生偏移时，采集单元400需要更加精准地对参数信息进行采集，以便于在发现异常数据时即使驱动报警器，从而尽快排除隐患。

优选地，由于塞体部220的老化及多次穿刺所形成的针孔等问题，使得壳体部210的内部空腔中装填的保护物质为溶剂蒸汽时，由于密封性不足而导致流通于各壳体部210间的溶剂蒸汽可能出现从塞体部220的孔隙中逸散的情况，进而使得当前壳体部210及位于其流通方向下游的其他壳体部210内溶剂蒸汽的密度降低，在壳体部210内的溶剂蒸汽密度降低至小于最低浓度阈值时无法继续完成保护工作，因此会使得对应喷头部120被凝固的残留溶液堵塞。由此可在保护单元200上配置有气压监测部，通过气压监测部对保护单元200的各处气压进行监测，以判断不同区间的密封情况，进而有助于及时对异常的壳体部210、塞体部220和/或循环部进行维修或替换。

优选地，针对于塞体部220的针孔复原问题，配置在保护单元200上的运动单元300可在溶液喷射纺丝装置处于第一切换过程和/或第二切换过程时基于预设程序带动喷头部120完成指定距离参数和方向参数的移动，其中，至少在溶液喷射纺丝装置处于第一切换过程时运动单元300可基于图像监测部420的图像采集数据带动喷头部120以预设的插入位置贯穿于塞体部220。优选地，图像监测部420可配置在喷头部120的绝缘区域上以基于其固定或可调的安装角度判断喷头部120的射出端沿第一方向的延伸路径，以此来预估喷头部120沿第一方向移动时在塞体部220上的穿刺位置。

进一步地，喷头部120在需要固定于同一位置进行穿刺时，运动单元300可先带动喷头部120沿第二方向和/或第三方向移动，直至喷头部120射出端在第一方向的延伸路径与预期穿刺针孔的贯穿轴线重合，以使得喷头部120能够从该位置沿第一方向对塞体部220进行穿刺，其中，喷头部120在沿第一方向移动时，图像监测部420能够以采样频率逐渐增大的方式间断性地获取图像采集数据，以避免运动单元300带动喷头部120移动时产生的机械误差导致最终的实际穿刺位置与预期穿刺位置不完全重合，同时也可减少数据的采集、传输、储存、运算的负荷，降低对软硬件的配置需求，并避免过多的数据导致控制信号生成和/或传输的延迟，进而耽误运动单元300及时对喷头部120的移动轨迹进行调整。优选地，图像监测部420在采集到异常数据后能够以提高采样频率的方式进行图像采集，直至运动单元300响应于控制信号将喷头部120的运动轨迹校准时或校准后一段时间，图像监测部420的采样频率能够恢复至提高前的数值，并继续按照采样规则进行图像采集，其中，图像监测部420采集到的异常数据可至少包括喷头部120当前的移动路径与其预期的移动路径不完全重叠，其可能是当前移动路径和/或预期移动路径偏移造成的。进一步地，采集单元400的采集数据能够传输至控制单元，以使得控制单元能够对各项采集数据进行综合分析处理，从而对至少包括运动单元300的相应单元发出控制信号。

进一步地，喷头部120在不需要固定于同一位置进行穿刺时，即喷头部120在塞体部220上的穿刺位置不固定时，运动单元300可基于图像监测部420的图像采集数据带动喷头部120以避开前序穿刺位置的方式寻找新的当前穿刺位置，其中，新的当前穿刺位置能够以适当的距离参数和/或角度参数避开前序一次或多次的穿刺位置，使得塞体部220上的多个穿刺位置能够大致呈非聚集的散开式分布，从而避免过近的多个穿刺位置引起的针孔叠加，进而造成针孔过大而不易复原且密封性降低等情况发生。图像监测部420能够将塞体部220当前的针孔分布信息传输至控制单元，以基于控制单元的运算分析生成包括推荐的预设穿刺位置的控制信号，从而使得响应于控制信号的运动单元300可以带动喷头部120在预设穿刺位置进行穿刺。优选地，预设穿刺位置可基于等边三角理论而确定，以使得新的当前穿刺位置与前序多次的穿刺位置构成稳定结构。可选地，控制单元可设定穿刺位置的循环周期，以使得达到循环周期时能够重复前序周期的穿刺位置循环进行穿刺，其中，循环周期可依据塞体部220的弹性恢复时间而设定。进一步地，预设穿刺位置能够限定在塞体部220的中心至少部分区域，以避免喷头部120在插入边缘穿刺位置或从边缘穿刺位置拔出时对塞体部220和壳体部210的连接关系造成影响。

根据一种优选实施方式，采集单元400可配置有功率监测部410，其中，功率监测部410能够基于特定的驱动事件而进行报警。优选地，功率监测部410可包括相互串联的独立电源、报警器及限定功率开关，其中，功率限定开关被配置为达到设定功率阈值时，其内部的开关断开；反之，若未达到设定功率阈值时，其内部的开关闭合。进一步地，功率限定开关的闭合与断开能够控制独立电源与报警器的连通与断连，以此对功率监测部410的报警动作进行控制，即功率监测部410特定的驱动事件可以是实时监测功率与设定功率阈值的对比结果，且对比结果为实时监测功率未达到设定功率阈值。具体地，独立电源能够与各壳体部210内填充的具有导电性的保护物质连接，当溶液喷射纺丝装置切换为停止状态时，在运动单元300的驱动作用下，喷头部120插入至对应壳体部210的内部空腔并被保护物质所包覆，由于处于串联关系下的各喷头部120及供液部110均为具有导电性的金属材质，且电阻远小于壳体部210内填充的保护物质的电阻，由此基于喷头部120与保护物质的接触以构成多个闭合回路，使得各回路叠加形成的总功率可达到限定功率开关的设定功率阈值，此时未触发特定的驱动事件，其内部开关断开，进而使得报警器不执行报警动作；反之，当至少一个喷头部120未接触到对应壳体部210内的保护物质时，总功率无法达到限定功率开关的设定功率阈值，此时触发了特定的驱动事件，其内部开关闭合，进而使得报警器执行报警动作，其中，保护物质优选为纺丝用溶剂。进一步地，喷头部120未接触到对应壳体部210内的保护物质的情况，可能是喷头部120与对应壳体部210的对接失误或壳体部210内保护物质注入量不足等原因造成的，在触发报警器后可由人工或系统自身完成调整和修复。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

Claims (8)

1.一种用于形成纳米纤维的溶液喷射纺丝装置，其包括：

喷射单元(100)，用于在电场作用下进行喷射纺丝以形成纳米纤维，

其中，所述喷射单元(100)包括供液部(110)、喷头部(120)、供电部(130)和收集部(140)，

其特征在于，

所述喷射单元(100)的供液部(110)能够将纺丝溶液输送至若干以串联方式连接的所述喷头部(120)，以在所述供电部(130)施加的电场作用下使纺丝溶液从所述喷头部(120)射向所述收集部(140)，其中，

串联的若干所述喷头部(120)能够在运动单元(300)的带动下进行多维度移动，所述喷头部(120)能够以相对移动的方式移动至填充有保护物质的环境中并通过保护物质对所述喷头部(120)进行保护；

所述保护物质能够被填充于保护单元(200)的壳体部(210)内，所述运动单元(300)能够带动所述喷头部(120)和/或所述壳体部(210)进行相对运动，以使得所述喷头部(120)能够与所述壳体部(210)内填充的保护物质接触或分离；

当溶液喷射纺丝装置切换为停止状态时，在运动单元(300)的驱动作用下，喷头部(120)插入至对应壳体部(210)的内部空腔并被保护物质所包覆，处于串联关系下的各喷头部(120)及供液部(110)均为具有导电性的金属材质，由此基于喷头部(120)与保护物质的接触以构成多个闭合回路，使得各回路叠加形成的总功率能够达到限定功率开关的设定功率阈值，所述限定功率开关配置于采集单元(400)的功率监测部(410)内，并能够在总功率无法达到限定功率开关的设定功率阈值时，内部开关闭合，进而触发报警；

所述壳体部(210)一侧开设有能够使所述喷头部(120)穿过的连通口，连通口能够设置有结构尺寸匹配的塞体部(220)，所述喷头部(120)能够基于预设穿刺位置对所述塞体部(220)进行贯穿，预设穿刺位置能够基于采集单元(400)的采集数据而设定并进行灵活调整，其中，当前序列的预设穿刺位置能够与前序穿刺位置以相同或不同的位置设置，并能够基于各自相应的控制逻辑进行穿刺。

2.根据权利要求1所述的溶液喷射纺丝装置，其特征在于，所述喷头部(120)与保护物质的相对移动至少能够发生在溶液喷射纺丝装置运行中的切换过程，其中，切换过程包括所述喷头部(120)与保护物质接触的第一切换过程和所述喷头部(120)与保护物质分离的第二切换过程。

3.根据权利要求2所述的溶液喷射纺丝装置，其特征在于，所述喷头部(120)与保护物质的相对移动是由所述运动单元(300)带动的，其中，所述运动单元(300)在第二切换过程中的移动路径能够是相反于第一切换过程的移动路径而设定的。

4.根据权利要求1所述的溶液喷射纺丝装置，其特征在于，所述喷头部(120)的移动路径被所述塞体部(220)阻挡时能够以贯穿的方式穿过所述塞体部(220)以进入所述壳体部(210)或从所述壳体部(210)中退出。

5.根据权利要求1所述的溶液喷射纺丝装置，其特征在于，所述采集单元(400)能够对所述塞体部(220)的前序穿刺位置的分布情况进行采集，经由控制单元以不同的控制逻辑进行运算分析，以获取当前序列的预设穿刺位置及所述喷头部(120)的预设移动路径，其中，所述喷头部(120)能够基于所述运动单元(300)的驱动作用沿预设移动路径进行移动。

6.根据权利要求5所述的溶液喷射纺丝装置，其特征在于，所述采集单元(400)能够以可调的采样频率间断地获取采集数据，以灵活高效地通过驱动所述运动单元(300)基于预设移动路径的校准来调整当前移动路径。

7.根据权利要求6所述的溶液喷射纺丝装置，其特征在于，所述采集单元(400)能够获取所述喷头部(120)与所述保护单元(200)的空间位置关系，和/或所述保护物质在所述壳体部(210)内部空腔中的注入量情况，以判断所述保护单元(200)对所述喷头部(120)的保护情况。

8.根据权利要求1所述的溶液喷射纺丝装置，其特征在于，所述保护单元(200)能够以承装稳定态的保护物质或流通流动态的保护物质的方式使所述壳体部(210)的内部空腔中注入有保护物质，其中，保护物质能够是纺丝用的溶剂或溶剂蒸汽。

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