CN117344392B - 一种轻质耐热pipd纳米纤维制备设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及PIPD纳米纤维技术领域的一种轻质耐热PIPD纳米纤维制备设备，包括作业台，作业台上安装有相对设置的喷嘴和收丝筒，喷嘴和收丝筒两者均与高压电源电性连接，收丝筒与高压电源连接处安装有第一电磁断路器；喷嘴右侧设有清堵机构，通过与喷头连接的二维丝杆组件以及安装有加热器和收丝盘的清理筒，通过加热器对喷头进行加热，同时通过与高压电源连接的收丝盘使得喷头在清理筒内进行喷丝作业，使得喷头内的纺丝液在电场作用下在清理筒内进行喷丝作业，提高纺丝液的流动性，使得纺丝液在高温和流动条件下对喷头内的结垢进行冲刷和溶解，无需人工拆卸清理，操作简单快速。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维制造设备，特别是涉及应用于PIPD纳米纤维技术领域的一种轻质耐热PIPD纳米纤维制备设备。
背景技术
纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度较大的具有一定长径比的线状材料，此外，将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改性的纤维也称为纳米纤维，制造纳米纤维的方法有很多，如拉伸法、模板合成、自组装、微相分离、静电纺丝等。
采用静电纺丝机进行纳米纤维制造时，由于纺丝液内溶液的挥发，在喷头使用过程中，喷头容易发生堵塞，传统的喷头堵塞后需要对喷头进行拆卸清理，操作繁琐。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是传统的纳米纤维制造过程中喷头堵塞后清理操作繁琐。
为解决上述问题，本发明提供了一种轻质耐热PIPD纳米纤维制备设备，包括作业台，作业台上安装有相对设置的喷嘴和收丝筒，喷嘴和收丝筒两者均与高压电源电性连接，收丝筒与高压电源连接处安装有第一电磁断路器；喷嘴右侧设有清堵机构，清堵机构包括支撑箱，支撑箱上固定连接有清理筒，喷嘴连接有带动其移动到清理筒内的二维丝杆组件，清理筒上端开口处内侧安装有加热器，加热器下方设有与清理筒侧壁连接的收丝盘，收丝盘与高压电源电性连接且连接处设有第二电磁断路器；收丝盘下方设有与清理筒内壁滑动连接的挤压筒，挤压筒延伸至支撑箱内并连接有升降板，升降板下端连接有电动伸缩缸；挤压筒上方灌装有液面高度低于收丝盘下端的用来溶解纺丝的溶解液。
在上述轻质耐热
PIPD纳米纤维制备设备中，通过安装有加热器和收丝盘的清理筒，对喷头进行加热和流动清理。
作为本申请进一步的改进，挤压筒开设有贯穿自身的中空腔，挤压筒下端固定连接有与中空腔连通的第一水管，第一水管连通有双向泵，双向泵通过第二水管连通有储液瓶；收丝盘固定连接有与清理筒转动连接的安装筒，安装筒延伸至清理筒外侧并套接固定有被动齿轮，被动齿轮啮合有驱动齿条板，驱动齿条板延伸至支撑箱内并与升降板固定连接。
作为本申请进一步的改进，还包括控制终端，控制终端包括控制模块，控制模块的输入端连接有喷料监测模块和位置监测模块，喷料监测模块的输入端连接有高速摄像机，高速摄像机安装在作业台上且与喷嘴相对设置；位置监测模块的输入端连接有第一红外距离传感器和第二红外距离传感器，二维丝杆组件包括与喷嘴连接的竖直丝杆模组以及与竖直丝杆模组连接的水平丝杆模组，第一红外距离传感器安装在竖直丝杆模组的上部并与喷嘴相对设置，第二红外距离传感器安装在水平丝杆模组端部且与竖直丝杆模组相对设置；控制模块的输出端连接有清堵执行模块，清堵执行模块的输出端连接有移动模块、导通切换模块和清理模块，移动模块的输出端与竖直丝杆模组和水平丝杆模组连接，导通切换模块的输出端与第一电磁断路器、第二电磁断路器和高压电源开关连接，清理模块的输出端与电动伸缩缸、双向泵和加热器连接。
作为本申请进一步的改进，清理筒为上端开口的空心圆筒，加热器包括嵌套在清理筒内且呈螺旋状的电感加热丝以及与电感加热丝连接安装在清理筒外壁上的温控器。
作为本申请进一步的改进，收丝盘呈圆盘状，收丝盘的直径小于清理筒的内径。
作为本申请进一步的改进，挤压筒截面呈T字形，挤压筒包括嵌套在清理筒内的圆盘部以及与圆盘部一体形成的圆柱部，圆盘部与清理筒内壁滑动抵接，圆柱部贯穿清理筒的底板并与其滑动连接。
作为本申请进一步的改进，安装筒内嵌套有与其固定连接的导电杆，导电杆内端与收丝盘电性连接，导电杆外端延伸至安装筒外侧并与高压电源电性连接，导电杆与安装筒之间设有绝缘衬套。
作为本申请进一步的改进，其自动清堵作业包括如下步骤：
步骤一，通过高速摄像机对喷嘴喷出的纺丝状态进行拍摄，并将拍摄信息回传喷料监测模块，喷料监测模块将拍摄的纺丝状态与标准纺丝喷射状态进行对比，并将比较信息传输至控制模块，当控制模块判断实时纺丝喷射状态与标准纺丝喷射状态差异超过设定的阈值时，控制模块启动清堵执行模块；
步骤二，清堵执行模块通过移动模块启动二维丝杆组件，二维丝杆组件在第一红外距离传感器和第二红外距离传感器的辅助下将喷嘴移动到清理筒内；
步骤三，清堵执行模块通过清理模块启动加热器，对喷嘴进行加热，导通切换模块开启第一电磁断路器，使得高压电源的两极与喷嘴和收丝盘接通，然后再开启高压电源开关，进行喷丝作业；
步骤四，喷丝作业一段时间后关闭高压电源开关，通过二维丝杆组件带动喷嘴回到初始位置；然后通过清理模块启动电动伸缩缸，电动伸缩缸带动挤压筒和驱动齿条板向上移动，使得溶解液浸润转动的收丝盘，对收丝盘转动清理；
步骤五，电动伸缩缸向上达到最高点后向下移动回到初始位置，清理模块启动双向泵，将清理筒的溶解液抽至储液瓶内，进一步稀释溶解液，提高溶解效果，溶解后，再次启动双向泵将储液瓶内溶解液再次抽至清理筒内，准备下一次的清堵作业。
综上所述，本发明通过与喷头连接的二维丝杆组件以及安装有加热器和收丝盘的清理筒，通过加热器对喷头进行加热，同时通过与高压电源连接的收丝盘使得喷头在清理筒内进行喷丝作业，使得喷头内的纺丝液在电场作用下在清理筒内进行喷丝作业，提高纺丝液的流动性，使得纺丝液在高温和流动条件下对喷头内的结垢进行冲刷和溶解，无需人工拆卸清理，操作简单快速。
附图说明
图1为本申请中的立体结构示意图；
图2为本申请中清堵结构的装配结构示意图；
图3为本申请中二维丝杆组件的立体结构示意图；
图4为本申请中清堵结构的立体结构示意图；
图5为本申请中支撑箱的内部结构示意图；
图6为本申请中清堵结构的剖视结构示意图；
图7为图6中A处的放大结构示意图；
图8为本申请中挤压筒和被动齿轮的装配结构示意图；
图9为本申请第2种实施例中的模块图。
图中标号说明：
1、作业台；2、喷嘴；3、收丝筒；4、高压电源；401、第一电磁断路器；402、第二电磁断路器；5、清堵机构；501、支撑箱；502、清理筒；503、加热器；504、收丝盘；505、导电杆；506、安装筒；5061、绝缘衬套；507、挤压筒；5071、中空腔；508、升降板；509、电动伸缩缸；510、第一水管；511、双向泵；512、第二水管；513、储液瓶；514、被动齿轮；515、驱动齿条板；6、二维丝杆组件；601、竖直丝杆模组；6011、第一红外距离传感器；602、水平丝杆模组；6021、第二红外距离传感器；7、高速摄像机；8、控制终端。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的2种实施方式作详细说明。
第1种实施方式：
图1-8示出一种轻质耐热PIPD纳米纤维制备设备，包括作业台1，作业台1上安装有相对设置的喷嘴2和收丝筒3，喷嘴2和收丝筒3两者均与高压电源4电性连接，收丝筒3与高压电源4连接处安装有第一电磁断路器401；喷嘴2右侧设有清堵机构5，清堵机构5包括支撑箱501，支撑箱501上固定连接有清理筒502，喷嘴2连接有带动其移动到清理筒502内的二维丝杆组件6，清理筒502上端开口处内侧安装有加热器503，加热器503下方设有与清理筒502侧壁连接的收丝盘504，收丝盘504与高压电源4电性连接且连接处设有第二电磁断路器402；收丝盘504下方设有与清理筒502内壁滑动连接的挤压筒507，挤压筒507延伸至支撑箱501内并连接有升降板508，升降板508下端连接有电动伸缩缸509；挤压筒507上方灌装有液面高度低于收丝盘504下端的用来溶解纺丝的溶解液。
具体的，请参阅图1和图5，当需要对喷嘴2进行清理时，通过二维丝杆组件6将喷嘴2从收丝筒3的上方移动到清理筒502内，首先，开启加热器503，加热器503对喷嘴2内部的纺丝液进行加热，提高纺丝液的溶解量；然后开启第一电磁断路器401，使得收丝筒3与高压电源4断开连接，高压电源4的两极分别连接在喷嘴2和收丝盘504上，进而在喷嘴2和收丝盘504产生电场，使得喷嘴2将纺丝液喷出，使得其内部凝固的溶质结垢与流动的纺丝液进行溶解，进而清理喷嘴2内部的溶质结垢，清理的溶质结垢溶解到纺丝液内之后随着纺丝液喷出成丝后落在收丝盘504上，清理一段时间后，关闭加热器503同时关闭高压电源4且开启第二电磁断路器402，通过二维丝杆组件6带动喷嘴2回到初始位置，然后关闭第一电磁断路器401并打开高压电源4，重新回到纺丝作业状态；对于收丝盘504上的纺丝，通过启动电动伸缩缸509，电动伸缩缸509通过升降板508带动挤压筒507在清理筒502内向上移动，挤压筒507对其上方的溶解液进行挤压，使得溶解液与断电后的收丝盘504接触，对收丝盘504上的纺丝进行溶解，溶解后，实现对溶质的回收，电动伸缩缸509通过升降板508带动挤压筒507在清理筒502内向下移动，使得溶解液的液面再次低于收丝盘504，准备下一次清堵作业。
需要说明的是，本申请中的纺丝液中的溶质为2，5-二羟基-1，4-苯撑吡啶并二咪唑（PIPD），溶解液是一种对PIPD具有较大溶解度的溶剂，而溶质结构的主要成分为PIPD。
相比传统的需要拆卸喷嘴进行清堵作业，本申请通过安装有加热器503以及与高压电源4电性连接的收丝盘504在清理筒502内进行加热喷丝，通过流动的加热后的纺丝液对溶质结垢进行高温溶解，进而疏通喷嘴2同时回收纺丝液的溶质，清理速度快，操作简单。
请参阅图4和图5，清理筒502为上端开口的空心圆筒，加热器503包括嵌套在清理筒502内且呈螺旋状的电感加热丝以及与电感加热丝连接安装在清理筒502外壁上的温控器。
具体的，中间镂空且呈螺旋状的电感加热丝方便喷嘴2插入，进行加热同时不影响喷嘴2和收丝盘504配合进行流动喷丝清理作业。
请参阅图5和图8，收丝盘504呈圆盘状，收丝盘504的直径小于清理筒502的内径。
具体的，收丝盘504与清理筒502内壁之间形成有环形间隙，使得溶解液在挤压筒507的挤压作用下通过环形间隙流动到收丝盘504上端面，对其上端面的纺丝进行溶解吸收。
请参阅图5和图8，挤压筒507截面呈T字形，挤压筒507包括嵌套在清理筒502内的圆盘部以及与圆盘部一体形成的圆柱部，圆盘部与清理筒502内壁滑动抵接，圆柱部贯穿清理筒502的底板并与其滑动连接。
具体的，通过挤压筒507的上下移动，实现内部溶解液对收丝盘504的浸润和撤离。
第2种实施方式：
图1-9示出一种轻质耐热PIPD纳米纤维制备设备，在第1种实施方式基础上，挤压筒507开设有贯穿自身的中空腔5071，挤压筒507下端固定连接有与中空腔5071连通的第一水管510，第一水管510连通有双向泵511，双向泵511通过第二水管512连通有储液瓶513；收丝盘504固定连接有与清理筒502转动连接的安装筒506，安装筒506延伸至清理筒502外侧并套接固定有被动齿轮514，被动齿轮514啮合有驱动齿条板515，驱动齿条板515延伸至支撑箱501内并与升降板508固定连接。
请参阅图7，安装筒506内嵌套有与其固定连接的导电杆505，导电杆505内端与收丝盘504电性连接，导电杆505外端延伸至安装筒506外侧并与高压电源4电性连接，导电杆505与安装筒506之间设有绝缘衬套5061。
具体的，请参阅图5，在对收丝盘504清理时，电动伸缩缸509带动升降板508向上移动，升降板508带动挤压筒507向上移动的同时带动驱动齿条板515向上移动，驱动齿条板515通过被动齿轮514带动安装筒506转动，安装筒506带动收丝盘504转动，使得堆积在收丝盘504上的纺丝更容易脱离收丝盘504，便于溶解液对纺丝进行溶解；然后启动双向泵511，双向泵511将清理筒502内的溶解液抽至储液瓶513中，使得溶解液的浓度被进一步稀释，提高溶解速度和溶解量，便于通过储液瓶513回收溶解液。
请参阅图1、图3和图9，轻质耐热PIPD纳米纤维制备设备还包括控制终端8，控制终端8包括控制模块，控制模块的输入端连接有喷料监测模块和位置监测模块，喷料监测模块的输入端连接有高速摄像机7，高速摄像机7安装在作业台1上且与喷嘴2相对设置；位置监测模块的输入端连接有第一红外距离传感器6011和第二红外距离传感器6021，二维丝杆组件6包括与喷嘴2连接的竖直丝杆模组601以及与竖直丝杆模组601连接的水平丝杆模组602，第一红外距离传感器6011安装在竖直丝杆模组601的上部并与喷嘴2相对设置，第二红外距离传感器6021安装在水平丝杆模组602端部且与竖直丝杆模组601相对设置；控制模块的输出端连接有清堵执行模块，清堵执行模块的输出端连接有移动模块、导通切换模块和清理模块，移动模块的输出端与竖直丝杆模组601和水平丝杆模组602连接，导通切换模块的输出端与第一电磁断路器401、第二电磁断路器402和高压电源开关连接，清理模块的输出端与电动伸缩缸509、双向泵511和加热器503连接。
具体的，清堵作业包括如下步骤：
步骤一，通过高速摄像机7对喷嘴2喷出的纺丝状态进行拍摄，并将拍摄信息回传喷料监测模块，喷料监测模块将拍摄的纺丝状态与标准纺丝喷射状态进行对比，并将比较信息传输至控制模块，当控制模块判断实时纺丝喷射状态与标准纺丝喷射状态差异超过设定的阈值时，控制模块启动清堵执行模块；
需要说明的是，设定的阈值是根据在正常状态下纺丝喷射状态时纺丝的喷射长度、直径等要素进行设定，喷料监测模块对拍摄的喷射图像进行要素提取进而进行比较；
步骤二，清堵执行模块通过移动模块启动二维丝杆组件6，二维丝杆组件6在第一红外距离传感器6011和第二红外距离传感器6021的辅助下将喷嘴2移动到清理筒502内；
需要说明的是，喷嘴2的初始的点位置与清理筒502的中心轴线位置位于同一平面内，通过二维丝杆组件6就能实现位置转换，同时通过第一红外距离传感器6011和第二红外距离传感器6021实现其在平面内的位置定位，提高移动的精度；
步骤三，清堵执行模块通过清理模块启动加热器503，对喷嘴2进行加热，导通切换模块开启第一电磁断路器401，使得高压电源4的两极与喷嘴2和收丝盘504接通，然后再开启高压电源开关，进行喷丝作业；
步骤四，喷丝作业一段时间后关闭高压电源开关，通过二维丝杆组件6带动喷嘴2回到初始位置；然后通过清理模块启动电动伸缩缸509，电动伸缩缸509带动挤压筒507和驱动齿条板515向上移动，使得溶解液浸润转动的收丝盘504，对收丝盘504转动清理；
需要说明的是，在进行正常喷丝作业时，需要开启第二电磁断路器402，使得收丝盘504和高压电源4断开连接；
步骤五，电动伸缩缸509向上达到最高点后向下移动回到初始位置，清理模块启动双向泵511，将清理筒502的溶解液抽至储液瓶513内，进一步稀释溶解液，提高溶解效果，溶解后，再次启动双向泵511将储液瓶513内溶解液再次抽至清理筒502内，准备下一次的清堵作业。
具体的，人员可以通过拆卸储液瓶513进行溶解液的回收和更换。
相比传统的人工拆卸清理，本申请通过控制终端和高速摄像机7对喷嘴2进行实时监测，并通过清堵执行模块实现喷嘴2清堵的自动化执行，无需人工干扰，提高作业效率。
结合当前实际需求，本申请采用的上述实施方式，保护范围并不局限于此，在本领域技术人员所具备的知识范围内，不脱离本申请构思作出的各种变化，仍落在本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种轻质耐热PIPD纳米纤维制备设备，其特征在于，包括作业台（1），作业台（1）上安装有相对设置的喷嘴（2）和收丝筒（3），喷嘴（2）和收丝筒（3）两者均与高压电源（4）电性连接，收丝筒（3）与高压电源（4）连接处安装有第一电磁断路器（401）；所述喷嘴（2）右侧设有清堵机构（5），清堵机构（5）包括支撑箱（501），支撑箱（501）上固定连接有清理筒（502），喷嘴（2）连接有带动其移动到清理筒（502）内的二维丝杆组件（6），清理筒（502）上端开口处内侧安装有加热器（503），加热器（503）下方设有与清理筒（502）侧壁连接的收丝盘（504），收丝盘（504）与高压电源（4）电性连接且连接处设有第二电磁断路器（402）；所述收丝盘（504）下方设有与清理筒（502）内壁滑动连接的挤压筒（507），挤压筒（507）延伸至支撑箱（501）内并连接有升降板（508），升降板（508）下端连接有电动伸缩缸（509）；所述挤压筒（507）上方灌装有液面高度低于收丝盘（504）下端的用来溶解纺丝的溶解液。
2.根据权利要求1所述的一种轻质耐热PIPD纳米纤维制备设备，其特征在于，所述挤压筒（507）开设有贯穿自身的中空腔（5071），挤压筒（507）下端固定连接有与中空腔（5071）连通的第一水管（510），第一水管（510）连通有双向泵（511），双向泵（511）通过第二水管（512）连通有储液瓶（513）；所述收丝盘（504）固定连接有与清理筒（502）转动连接的安装筒（506），安装筒（506）延伸至清理筒（502）外侧并套接固定有被动齿轮（514），被动齿轮（514）啮合有驱动齿条板（515），驱动齿条板（515）延伸至支撑箱（501）内并与升降板（508）固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种轻质耐热PIPD纳米纤维制备设备，其特征在于，还包括控制终端（8），控制终端（8）包括控制模块，控制模块的输入端连接有喷料监测模块和位置监测模块，喷料监测模块的输入端连接有高速摄像机（7），高速摄像机（7）安装在作业台（1）上且与喷嘴（2）相对设置；位置监测模块的输入端连接有第一红外距离传感器（6011）和第二红外距离传感器（6021），二维丝杆组件（6）包括与喷嘴（2）连接的竖直丝杆模组（601）以及与竖直丝杆模组（601）连接的水平丝杆模组（602），第一红外距离传感器（6011）安装在竖直丝杆模组（601）的上部并与喷嘴（2）相对设置，第二红外距离传感器（6021）安装在水平丝杆模组（602）端部且与竖直丝杆模组（601）相对设置；所述控制模块的输出端连接有清堵执行模块，清堵执行模块的输出端连接有移动模块、导通切换模块和清理模块，移动模块的输出端与竖直丝杆模组（601）和水平丝杆模组（602）连接，导通切换模块的输出端与第一电磁断路器（401）、第二电磁断路器（402）和高压电源开关连接，清理模块的输出端与电动伸缩缸（509）、双向泵（511）和加热器（503）连接。
4.根据权利要求1所述的一种轻质耐热PIPD纳米纤维制备设备，其特征在于，所述清理筒（502）为上端开口的空心圆筒，加热器（503）包括嵌套在清理筒（502）内且呈螺旋状的电感加热丝以及与电感加热丝连接安装在清理筒（502）外壁上的温控器。
5.根据权利要求1所述的一种轻质耐热PIPD纳米纤维制备设备，其特征在于，所述收丝盘（504）呈圆盘状，收丝盘（504）的直径小于清理筒（502）的内径。
6.根据权利要求1所述的一种轻质耐热PIPD纳米纤维制备设备，其特征在于，所述挤压筒（507）截面呈T字形，挤压筒（507）包括嵌套在清理筒（502）内的圆盘部以及与圆盘部一体形成的圆柱部，圆盘部与清理筒（502）内壁滑动抵接，圆柱部贯穿清理筒（502）的底板并与其滑动连接。
7.根据权利要求2所述的一种轻质耐热PIPD纳米纤维制备设备，其特征在于，所述安装筒（506）内嵌套有与其固定连接的导电杆（505），导电杆（505）内端与收丝盘（504）电性连接，导电杆（505）外端延伸至安装筒（506）外侧并与高压电源（4）电性连接，导电杆（505）与安装筒（506）之间设有绝缘衬套（5061）。
8.根据权利要求3所述的一种轻质耐热PIPD纳米纤维制备设备，其特征在于，其自动清堵作业包括如下步骤：
步骤一，通过高速摄像机（7）对喷嘴（2）喷出的纺丝状态进行拍摄，并将拍摄信息回传喷料监测模块，喷料监测模块将拍摄的纺丝状态与标准纺丝喷射状态进行对比，并将比较信息传输至控制模块，当控制模块判断实时纺丝喷射状态与标准纺丝喷射状态差异超过设定的阈值时，控制模块启动清堵执行模块；
步骤二，清堵执行模块通过移动模块启动二维丝杆组件（6），二维丝杆组件（6）在第一红外距离传感器（6011）和第二红外距离传感器（6021）的辅助下将喷嘴（2）移动到清理筒（502）内；
步骤三，清堵执行模块通过清理模块启动加热器（503），对喷嘴（2）进行加热，导通切换模块开启第一电磁断路器（401），使得高压电源（4）的两极与喷嘴（2）和收丝盘（504）接通，然后再开启高压电源开关，进行喷丝作业；
步骤四，喷丝作业一段时间后关闭高压电源开关，通过二维丝杆组件（6）带动喷嘴（2）回到初始位置；然后通过清理模块启动电动伸缩缸（509），电动伸缩缸（509）带动挤压筒（507）和驱动齿条板（515）向上移动，使得溶解液浸润转动的收丝盘（504），对收丝盘（504）转动清理；
步骤五，电动伸缩缸（509）向上达到最高点后向下移动回到初始位置，清理模块启动双向泵（511），将清理筒（502）的溶解液抽至储液瓶（513）内，进一步稀释溶解液，提高溶解效果，溶解后，再次启动双向泵（511）将储液瓶（513）内溶解液再次抽至清理筒（502）内，准备下一次的清堵作业。
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