[發明專利]一種測量電紡絲工藝中射流螺旋段流速的方法

有效

• 申請號: 201110160100.7
• 申請日: 2011-06-14
• 公開（公告）號: CN102353807A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 黃永安;尹周平;布寧斌;劉洵
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01P5/18
• 分類號: G01P5/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李佑宏

技術領域

本發明屬于電紡絲領域，具體涉及一種測量電紡絲工藝中射流螺旋段在不同高度水平面處流速大小的方法及裝置。

背景技術

電紡絲屬于電流體(EHD)噴印技術中的一種，是目前制備納米纖維的重要方法之一。電紡絲過程如附圖1所示，當外加直流高壓電場后，原本在毛細管針頭處懸掛的聚合物溶液/熔液液滴會形成泰勒錐，導致溶液/熔液噴射細流形成并被所加的高壓電場加速形成纖維狀射流。射流在到達接地的接收基板之前會干燥或固化，從而在接收裝置上得到超細纖維。

在電紡絲中，雖然在噴絲頭頂部射流穩定為直線運動，但在射流加速飛向收集電極同時固化成纖維過程中，將呈螺旋形流動，此段內在同一高度水平面上，射流液滴近似為勻速圓周運動，在隨后的過程中將出現“鞭動”等復雜的電流體動力學行為。為了研究電紡絲過程中螺旋段運動的規律以便研究不同工藝參數(如直流電壓的大小，紡絲溶液的流量、紡絲溶液的電導率、電極距離等)對紡絲過程的影響，從而更有效的進行電紡絲，對射流螺旋段在不同高度水平面處流速進行表征非常重要。由于電紡絲速度的空間分布性，一般測量設備難以滿足要求。目前可以采用的一種測量裝置是粒子圖像速度場儀(Particle?Image?Velocimetry，簡稱PIV)(參考文獻Adrian?R.J.；1991：Particle-Imaging?Techniques?for?Experimental?Fluid?Mechanics，Annual.Rev.Fluid?Mech.，no.23，pp.261-304)，其能實現全流場速度瞬態測量，且對流場干擾較小，但需要其做輔助設備，復雜且成本較高，無法快速有效的進行速度測量。

發明內容

本發明的目的在于提出一種測量電紡絲工藝中射流螺旋段流速的方法，利用高速運動的接收裝置獲得射流纖維的軌跡，根據軌跡測量出流速，從而快速有效的獲得電紡絲流速在空間不同高度處的分布規律。

本發明的技術方案為：

一種電紡絲過程中射流螺旋段流速的測量方法，包括如下步驟：

(1)收集電紡絲

在電紡絲射流螺旋段下方一定高度處的水平面上設置一勻速運動的基板，獲得單根纖維的軌跡，并記錄基板的運動速度大小V₀；

(2)計算出射流螺旋段的流速

對獲得的軌跡進行測量，得到軌跡上最高點與最低點間的縱向距離l₁和軌跡上任意兩個最高點或兩個最低點間的橫向距離l₀，進而計算出射流螺旋段的流速V_m；

(3)調節基板為各種不同高度水平面，重復上述步驟(1)和步驟(2)，分別計算得到電紡絲過程中射流螺旋段在不同高度水平面處的流速大小，即可獲得電紡絲流速在空間不同高度處的分布規律。

進一步地，所述射流螺旋段的流速V_m按如下公式：

Vm=2πRT=πl1kV0l0]]>

其中，k為兩最高點或兩最低點間的周期個數，R為射流液滴在該高度處的水平面上旋轉運動的半徑，T為射流液滴在該高度處的水平面上旋轉運動的運動周期；

進一步地，步驟(2)中，所述縱向距離l₁可通過多次測量最高點與最低點間的縱向距離再取其平均值得到，即