納米纖維膜膜厚測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】納米纖維膜膜厚測(cè)量裝置，涉及一種納米纖維膜。設(shè)有氣壓泵、空氣過濾器、定值減壓閥、節(jié)流閥、氣動(dòng)開關(guān)閥、氣缸、壓力傳感器、支撐網(wǎng)、密封圈、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)；氣壓泵用于提供氣源，氣壓泵通過導(dǎo)氣管與空氣過濾器連接；定值減壓閥、節(jié)流閥、氣動(dòng)開關(guān)閥依次通過導(dǎo)氣管連接在空氣過濾器與氣缸之間；在線產(chǎn)生的納米纖維薄膜置于氣缸底部與運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作平臺(tái)之間；壓力傳感器與氣缸缸體下端的螺紋孔連接；工作平臺(tái)上正對(duì)氣缸的下方設(shè)有通孔，通孔上鋪設(shè)支撐網(wǎng)；壓力傳感器的輸出端接數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)輸入端，壓力傳感器安裝在氣缸底部。原理簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，能夠快速的檢測(cè)出納米纖維膜某處的膜厚，僅需數(shù)秒時(shí)間。
【專利說明】納米纖維膜膜厚測(cè)量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米纖維膜，尤其是涉及一種在線檢測(cè)電紡納米纖維膜膜厚均勻性的納米纖維膜膜厚測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]納米纖維以其優(yōu)越的力學(xué)、光學(xué)與電學(xué)等特性，在過濾、消音、傳感器、防護(hù)服裝、藥物控釋、生物支架、柔性電子以及新能源等諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)納米纖維的批量化制造。目前，可大規(guī)模制造納米纖維的批量電紡技術(shù)主要包括滾筒電紡、離心電紡等，其中捷克科研人員利用滾筒電紡技術(shù)開發(fā)出“納米蜘蛛”設(shè)備并成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。電紡納米纖維膜的厚度均勻性是納米纖維膜的一個(gè)重要指標(biāo)，因此，納米纖維膜厚度在線測(cè)量成為纖維膜電紡制造過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。
[0003]由于纖維直徑(納米級(jí))一般比光波長(zhǎng)小(亞微米級(jí))，因此不能采用光學(xué)測(cè)量的方法進(jìn)行檢測(cè)，而采用電子顯微鏡(SEM)方法需要在很高真空度下檢測(cè)，速度慢，不適用于納米纖維批量生產(chǎn)制造過程中的在線檢測(cè)。纖維膜制造巨頭Donaldson公司(Dmitry M.Luzhansky, Quality Control in Manufacturing of Electrospun NanofiberComposites, International Nonwovens Technical Conference, Baltimore, Maryland, 200
3)報(bào)道了一種納米纖維膜厚度檢測(cè)方法，采用專用噴頭在膜的一邊噴射低數(shù)量密度的微小顆粒后，通過膜兩側(cè)的激光計(jì)數(shù)器分別檢測(cè)纖維膜的顆粒密度，進(jìn)而推算出膜的厚度。這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)在線檢測(cè)，但其成本高，對(duì)環(huán)境要求苛刻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有納米纖維膜生產(chǎn)中厚度以及均勻性難以在線判斷等問題，提供一種在線的納米纖維膜膜厚測(cè)量裝置。
[0005]本發(fā)明設(shè)有氣壓泵、空氣過濾器、定值減壓閥、節(jié)流閥、氣動(dòng)開關(guān)閥、氣缸、壓力傳感器、支撐網(wǎng)、密封圈、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)；所述氣壓泵用于提供氣源，氣壓泵通過導(dǎo)氣管與空氣過濾器連接；空氣過濾器用于凈化空氣，減少粉塵等雜質(zhì)對(duì)膜透氣性的影響；定值減壓閥、節(jié)流閥、氣動(dòng)開關(guān)閥依次通過導(dǎo)氣管連接在空氣過濾器與氣缸之間，用于穩(wěn)定和降低氣壓泵出口的氣流壓力；在線產(chǎn)生的納米纖維薄膜置于氣缸底部與運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作平臺(tái)之間，測(cè)量時(shí)由氣缸壓緊于工作平臺(tái)上；壓力傳感器與氣缸缸體下端的螺紋孔連接，用于測(cè)量氣缸下部端口處的壓力；工作平臺(tái)上正對(duì)氣缸的下方設(shè)有用于將氣流通入外界大氣的通孔，通孔邊緣設(shè)有密封圈，通孔上鋪設(shè)支撐網(wǎng)，支撐網(wǎng)和密封圈分別用于在通氣時(shí)支撐納米纖維膜和防止氣流泄漏；壓力傳感器的輸出端接數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)輸入端，壓力傳感器安裝在氣缸底部，數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)用于收集處理壓力傳感器變送的壓力數(shù)據(jù)；工作平臺(tái)由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，工作平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向與纖維膜運(yùn)動(dòng)方向一致，且兩者保持相同速度，以此保證在在線測(cè)量的過程中，不會(huì)影響生產(chǎn)環(huán)節(jié)。
[0006]所述支撐網(wǎng)的網(wǎng)線直徑可小于0.1mm,網(wǎng)線間隔可大于0.5mm。[0007]所述壓力傳感器的量程不超過5kPa。
[0008]本發(fā)明可測(cè)量的膜厚范圍為I~200 μ m。
[0009]本發(fā)明主要利用一定壓強(qiáng)的氣體低速通過納米纖維膜時(shí)氣體壓強(qiáng)發(fā)生變化，變化后的氣體壓強(qiáng)與納米纖維膜厚度呈近似線性關(guān)系。將在線測(cè)量的壓強(qiáng)與通過大量實(shí)驗(yàn)測(cè)量得壓強(qiáng)與納米纖維膜厚的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)，即可得到實(shí)際膜厚。同時(shí)也可將厚度反饋回制造環(huán)節(jié)，根據(jù)工藝數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)整電紡參數(shù)，保證納米纖維膜膜厚的均勻性。
[0010]本發(fā)明的特色在于:
[0011]1、快速檢測(cè):本發(fā)明的原理簡(jiǎn)單，而且很容易實(shí)現(xiàn)，能夠快速的檢測(cè)出納米纖維膜某處的膜厚，僅需數(shù)秒時(shí)間。
[0012]2、在線檢測(cè):一般的膜厚采用離線測(cè)量方式，無法適用于大規(guī)模的批量制造場(chǎng)合。
[0013]3、裝置簡(jiǎn)單:裝置部件多為標(biāo)準(zhǔn)件，容易實(shí)現(xiàn)，成本低廉，且易集成于生產(chǎn)線。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的工作平臺(tái)、支撐網(wǎng)和密封圈的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0016]圖3為通入不同壓力氣體的條件下電流(用以表征壓強(qiáng))與膜厚的關(guān)系。在圖3中，橫坐標(biāo)為膜厚(μ m)，縱坐標(biāo)為電流(mA);標(biāo)記為0.6MPa ;為0.4MPa ;為0.2MPa。
【具體實(shí)施方式】
[0017]參見圖1和2，本發(fā)明涉及一種在線的納米纖維膜膜厚測(cè)量裝置，設(shè)有氣壓泵1、空氣過濾器2 (螺紋規(guī)格:Gl/4)、定值減壓閥3 (AR2000)、節(jié)流閥4 (LSA8調(diào)節(jié)閥，直徑:8mm)、HVFF8氣動(dòng)開關(guān)閥5、氣缸6、壓力傳感器7(測(cè)量范圍:0 — 2.5KPa)、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)8、工作平臺(tái)10、升降桿11、絲桿12、光桿13、支撐網(wǎng)14、密封圈15。氣壓泵I輸出的氣體分別按順序經(jīng)過空氣過濾器2、定值減壓閥3、節(jié)流閥4以及氣動(dòng)開關(guān)閥5得到預(yù)定壓強(qiáng)氣體后，再通入氣缸6，氣缸6的下部螺紋孔接壓力傳感器7。壓力傳感器7與數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)8相連。氣缸6由升降桿11固定置于工作平臺(tái)10的圓通孔正上方。在圓通孔上固定有支撐網(wǎng)14和密封圈15。工作平臺(tái)10水平放置在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，與絲杠12、光杠13如圖1所示連接。絲杠12連接一個(gè)小型驅(qū)動(dòng)裝置，由驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)的工作平臺(tái)10與聚酰亞胺(PI)納米纖維膜保持相同的方向和速度前進(jìn)。升降桿11固定在工作平臺(tái)10上如圖1所示位置，由液壓缸的活塞桿帶動(dòng)其升降來控制氣缸6與工作平臺(tái)10的分離與壓緊。
[0018]檢測(cè)納米纖維膜厚度的過程如下:
[0019]一、首先打開氣壓泵1，開始通入氣體；同時(shí)打開驅(qū)動(dòng)絲杠12的驅(qū)動(dòng)裝置，帶動(dòng)工作平臺(tái)10運(yùn)動(dòng)；
[0020]二、然后啟動(dòng)升降桿11的液壓系統(tǒng)，液壓缸作動(dòng)使升降桿11下降。升降桿11下降帶動(dòng)氣缸6下降，并將納米纖維膜壓緊在工作平臺(tái)10上，當(dāng)壓緊力達(dá)到一定值時(shí)，升降桿11停止下降。壓力傳感器7隨后開始采集壓力值，并將數(shù)據(jù)自動(dòng)傳送到數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)8 ;
[0021]三、然后再次啟動(dòng)升降桿11的液壓系統(tǒng)，液壓缸作動(dòng)使升降桿11上升。升降桿11上升帶動(dòng)氣缸6上升；[0022]四、最后，升降桿11上升到頂端時(shí)停止，驅(qū)動(dòng)絲杠12的驅(qū)動(dòng)裝置反轉(zhuǎn)回到初始位置，準(zhǔn)備下一次測(cè)量。
[0023]測(cè)試結(jié)果如圖3所示，本發(fā)明單個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)量?jī)H需數(shù)秒即可。
【權(quán)利要求】
1.納米纖維膜膜厚測(cè)量裝置，其特征在于設(shè)有氣壓泵、空氣過濾器、定值減壓閥、節(jié)流閥、氣動(dòng)開關(guān)閥、氣缸、壓力傳感器、支撐網(wǎng)、密封圈、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)；所述氣壓泵用于提供氣源，氣壓泵通過導(dǎo)氣管與空氣過濾器連接；空氣過濾器用于凈化空氣，減少粉塵等雜質(zhì)對(duì)膜透氣性的影響；定值減壓閥、節(jié)流閥、氣動(dòng)開關(guān)閥依次通過導(dǎo)氣管連接在空氣過濾器與氣缸之間，用于穩(wěn)定和降低氣壓泵出口的氣流壓力；在線產(chǎn)生的納米纖維薄膜置于氣缸底部與運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作平臺(tái)之間，測(cè)量時(shí)由氣缸壓緊于工作平臺(tái)上；壓力傳感器與氣缸缸體下端的螺紋孔連接，用于測(cè)量氣缸下部端口處的壓力；工作平臺(tái)上正對(duì)氣缸的下方設(shè)有用于將氣流通入外界大氣的通孔，通孔邊緣設(shè)有密封圈，通孔上鋪設(shè)支撐網(wǎng)，支撐網(wǎng)和密封圈分別用于在通氣時(shí)支撐納米纖維膜和防止氣流泄漏；壓力傳感器的輸出端接數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)輸入端，壓力傳感器安裝在氣缸底部，數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)用于收集處理壓力傳感器變送的壓力數(shù)據(jù)；工作平臺(tái)由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，工作平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向與纖維膜運(yùn)動(dòng)方向一致，且兩者保持相同速度，以此保證在在線測(cè)量的過程中，不會(huì)影響生產(chǎn)環(huán)節(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述納米纖維膜膜厚測(cè)量裝置，其特征在于所述支撐網(wǎng)的網(wǎng)線直徑小于0.1mm,網(wǎng)線間隔大于0.5mm。
3.如權(quán)利要求1所述納米纖維膜膜厚測(cè)量裝置，其特征在于所述壓力傳感器的量程不超過5kPa。
4.如權(quán)利要求1所述納米纖維膜膜厚測(cè)量裝置，其特征在于所述膜厚為I?200μ m。
【文檔編號(hào)】G01B13/06GK103499315SQ201310498378
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】吳德志, 文杰, 汪洋濤, 溫磊, 邱小椿, 林立偉 申請(qǐng)人:廈門大學(xué), 廈門大學(xué)深圳研究院