一种环境自动控制型静电纺丝装置的制作方法

文档序号:11040380
一种环境自动控制型静电纺丝装置的制造方法

本实用新型属于静电纺丝领域,涉及一种环境自动控制型静电纺丝装置。



背景技术:

1934年,静电纺丝由Anton Formalas等人发明,并已经逐渐发展成为制备聚合物(或聚合物复合)微纳米纤维的一种简单有效的技术。其能将大部分(无机复合)聚合物及其共聚物、衍生物等成功地制备成直径3nm-5μm范围内的微纳米纤维。其基本原理是:在高压直流电源的作用下,针尖喷头与纺丝纤维接收板之间形成高压静电场,聚合物基溶液在针尖处形成液滴表面会聚集电荷并产生大量的静电荷。随着电压增大,液滴所受的静电力(库仑力)随之增大,当该静电力与液滴的表面张力达到平衡时,针尖喷口处的液滴会被拉伸形成泰勒(Taylor)椎。当静电力进一步增大时,带电液滴克服自身的表面张力形成带电喷射流,带电喷射流在电场力的作用下,溶剂迅速挥发并发生固化导致射流发生多级劈裂,沉积在接收板时形成微纳米纤维。静电纺丝技术所制备的微纳米纤维以其比表面积大、分散性好、均匀连续性高、高孔隙率、空间互联等物理特性被广泛应用于生产生活的各个领域。随着纳米科学技术的发展,静电纺丝技术作为一种简单高效的可生产纳米纤维的新型加工技术,将在过滤和防护、食品工程、能源存储、纳米传感、催化、生物医药工程等领域发挥巨大作用。

静电纺丝过程中,影响静电纺丝纤维的形貌和性质的参数有很多,主要包括三个方面:(1)静电纺丝聚合物基溶液本身的性质,包括聚合物的分子量、溶液的表面张力、导电性和粘度;(2)静电纺丝过程中的加工参数,包括电压、给液速率、溶液温度、收集器种类、喷头直径以及收集器和喷头之间的距离等;(3)静电纺丝过程中的周围环境因素,如环境温度、湿度、大气压等。实验研究表明环境温度和湿度条件直接影响纺丝纤维的直径和均一性,甚至是聚合物基前躯体溶液的可纺性。因此如何保证静电纺丝设备加工环境的温湿度稳定可控是保证纺丝良好稳定性的前提,是目前静电纺丝发展亟需解决的问题。

传统的可控恒温恒湿静电纺丝设备(CN201310298330、CN201610046511、CN201410185560、CN201310151101、CN201520905472)一般都采用除湿机即压缩机和蒸发器来保证箱体内的湿度,但这样做的缺点是在除湿过程中,一方面压缩机的振动及噪音比较大;另一方面除湿机这种物理方法的除湿效率比较低,将环境湿度降到10%RH左右需要的时间很长,除湿过程中也会产生强烈的风扰动,除此之外,除湿机在降低湿度的同时,往往会带来环境温度的升高(这是由除湿机的工作原理决定的),这对纺丝来说是不能接受的。这些因素都会影响到纺丝的效果和可操作程度,因此在纺丝的过程中要避免振动、噪声以及风扰动,增强除湿效率,实现湿度和温度的完全独立控制。同时值得注意的是,传统设备在调整工作温度和湿度时需要实地调节,监控和观察纺丝状态和效果时需要实时实地,这大大消耗了实验操作人员的时间和精力,这给纺丝带来了极大的不便利。



技术实现要素:

本实用新型的目的是克服现有技术的不足,提供了一种环境自动控制型静电纺丝装置。

本实用新型的技术方案如下:

一种环境自动控制型静电纺丝装置包括密封箱和安装在密封箱内的加湿器、化学除湿器、加热装置、温湿度传感器、摄像头、高压直流电源、纺丝控制器、纺丝推进装置、收集板;所述的纺丝控制器与纺丝推进装置相连,高压直流电源输出正极接纺丝推进装置,负极连接收集板,纺丝推进装置的针尖喷口与收集板正对设置;所述的化学除湿器包括静音风机、高效除湿介质、通风管道和阻风器;通风管道的一端设有静音风机,另一端设有阻风器,通风管道内部设置有高效除湿介质。

优选的,所述的纺丝控制器为51单片机,所述的加湿器为超声波加湿器。

优选的,所述的纺丝推进装置包括步进电机、活塞和针筒,针筒与步进电机相连,活塞和针筒配合,针筒顶端设有针尖喷口。

优选的,所述的摄像头正对针尖喷口和收集板所在区域。温湿度传感器与加湿器、化学除湿器、加热装置相隔一定距离。

进一步的,所述的静电纺丝装置还包括控制器,所述的控制器设置在密封箱外,所述的控制器、加湿器、化学除湿器、加热装置、温湿度传感器、摄像头均设有wifi模块,所述的控制器通过wifi模块与加湿器、化学除湿器、加热装置、温湿度传感器、摄像头相连。优选的,所述的控制器为wifi网关。

更进一步的,所述的静电纺丝装置还包括移动终端,所述的移动终端通过wifi模块与控制器通信。

本实用新型通过高效吸水介质对环境中水分子进行化学吸附来实现湿度的调节,结合静音低速风机对空气的更高效的除湿,在较短的时间(小于30分钟)内湿度最低可以达到10%RH左右,风机产生的风流在经过高效吸水介质时流速大大减弱,环境中无明显风扰动。结合超声波加湿器、温湿度探测器和控制器实现对空气湿度的无振动、超静音、无热量、无空气对流的调节。所有子设备上wifi模块实现只要有网络信号的地方就可以对温湿度的实时监控和参数自动协同调整,结合摄像头,实现对纺丝状态和效果的实时观察,并可配合远程可控开关将静电纺丝停掉,省时省力,将实验操作人员从静电纺丝实验和生产中彻底解脱出来。

附图说明

图1是环境自动控制型静电纺丝装置的实例示意图;

图2是本实用新型带移动终端和远程控制器的实例图;

图3是本实用新型化学除湿器的结构示意图。

图中,密封箱1、化学除湿器2、温湿度传感器3、摄像头4、加湿器5、加热装置6、移动终端7、控制器8、纺丝控制器9、纺丝推进装置10、收集板11、高压直流电源12、静音风机13、高效除湿介质14、通风管道15、阻风器16。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1和图3所示,一种环境自动控制型静电纺丝装置包括密封箱1和安装在密封箱1内的加湿器5、化学除湿器2、加热装置6、温湿度传感器3、摄像头4、高压直流电源12、纺丝控制器9、纺丝推进装置10、收集板11;所述的纺丝控制器9与纺丝推进装置10相连,高压直流电源12输出正极接纺丝推进装置10,负极连接收集板11,纺丝推进装置10的针尖喷口与收集板11正对设置;所述的化学除湿器2包括静音风机13、高效除湿介质14、通风管道15和阻风器16。通风管道15的一端设有静音风机13,另一端设有阻风器16。通风管道15内部设置有高效除湿介质14。

高效除湿介质可选用分子筛或氯化钙,或其它具备吸水功能的材料或化合物。阻风器用于降低风速以及过滤可能的污染物粉尘颗粒,可以为透气的薄纱。

温湿度传感器3模块采用传统的温湿度传感器3。除湿化学模块采用高效吸水介质与风机相结合来除湿。超声波加湿模块则利用传统的超声波加湿器5来加湿;温湿度传感器3显示密封箱1内的湿度和湿度,加湿器5和化学除湿器2用于控制密封箱1内的湿度,加热装置6用于控制温度;摄像头4用于实现对纺丝状态和效果的实时观察,纺丝控制器9控制纺丝推进装置10。所述的上述设备通过设置在箱体上的开关进行控制。

在本发明的另一实施例中,所述的纺丝控制器9为51单片机,所述的加湿器5为超声波加湿器5。所述的纺丝推进装置10包括步进电机、活塞和针筒,活塞与步进电机相连,活塞和针筒配合,针筒顶端设有针尖喷口。优选的,所述的摄像头4正对针尖喷口和收集板11所在区域。温湿度传感器3与加湿器5、化学除湿器2、加热装置6相隔一定距离。

如图2所示,为了实现自动控制和远程控制,在本发明的一个具体实施例中,所述的静电纺丝装置还包括控制器8,所述的控制器8设置在密封箱1外,所述的控制器8、加湿器5、化学除湿器2、加热装置6、温湿度传感器3、摄像头4均设有wifi模块,所述的控制器8通过wifi模块与加湿器5、化学除湿器2、加热装置6、温湿度传感器3、摄像头4相连。

温湿度传感器3实时检测静电纺丝密封箱1箱内的温度和湿度,并将信号传输至总控制器8,控制器8基于静电纺丝密封箱1内恒定的温度和湿度设定值,或一个设定的温度或湿度范围,该温度或湿度信号与控制器8的设定值比较,控制器8输出开关信号。

若湿度高于湿度A的设定值,则控制器8命令化学除湿模块打开,进行除湿,当湿度低于湿度A的最低湿度时则控制器8命令化学除湿模块关闭。当湿度低于湿度B的设定值时,则控制器8命令超声波加湿模块打开进行加湿,当湿度高于湿度B的最大设定值时,则控制器8命令超声波加湿模块关闭停止加湿。当温度低于温度的设定值时,则控制器8命令加热模块打开进行加热,当温度高于温度的最大设定值时,则控制器8命令加热模块关闭,停止加热。纺丝控制器9控制纺丝推进装置10,可以设置推进速率,工作时间等参数。

在本发明的另一个实施例中,所述的静电纺丝装置还包括移动终端7,所述的移动终端7通过wifi模块与控制器8通信。

同时控制器8通过wifi和无线移动终端7相连,从而可以通过无线移动终端7来实时查看温度和湿度并设置湿度A、湿度B和温度的参数,即化学除湿模块的工作范围和超声波加湿模块的工作范围以及加热模块的工作范围。同时与摄像头4监视模块相连,可以实时观测静电纺丝的状态和效果,并决定静电纺丝是否继续进行或者停止纺丝。以上动作只要在有网络的就可以操作。另外加热装置6也可以对纺好的微纳米线进行一定温度的加热预处理。

以上所述,仅为本实用新型较佳的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内,根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

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