[发明专利]纳米纤维膜膜厚测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米纤维膜，尤其是涉及一种在线检测电纺纳米纤维膜膜厚均匀性的纳米纤维膜膜厚测量装置。

背景技术

纳米纤维以其优越的力学、光学与电学等特性，在过滤、消音、传感器、防护服装、药物控释、生物支架、柔性电子以及新能源等诸多领域广泛应用，其产业化应用的关键是实现纳米纤维的批量化制造。目前，可大规模制造纳米纤维的批量电纺技术主要包括滚筒电纺、离心电纺等，其中捷克科研人员利用滚筒电纺技术开发出“纳米蜘蛛”设备并成功实现商业化。电纺纳米纤维膜的厚度均匀性是纳米纤维膜的一个重要指标，因此，纳米纤维膜厚度在线测量成为纤维膜电纺制造过程中的一个重要环节。

由于纤维直径（纳米级）一般比光波长小（亚微米级），因此不能采用光学测量的方法进行检测，而采用电子显微镜（SEM）方法需要在很高真空度下检测，速度慢，不适用于纳米纤维批量生产制造过程中的在线检测。纤维膜制造巨头Donaldson公司(Dmitry M.Luzhansky,Quality Control in Manufacturing of Electrospun Nanofiber Composites,International Nonwovens Technical Conference,Baltimore,Maryland,2003)报道了一种纳米纤维膜厚度检测方法，采用专用喷头在膜的一边喷射低数量密度的微小颗粒后，通过膜两侧的激光计数器分别检测纤维膜的颗粒密度，进而推算出膜的厚度。这种方法能够实现在线检测，但其成本高，对环境要求苛刻。

发明内容

本发明的目的是针对现有纳米纤维膜生产中厚度以及均匀性难以在线判断等问题，提供一种在线的纳米纤维膜膜厚测量装置。

本发明设有气压泵、空气过滤器、定值减压阀、节流阀、气动开关阀、气缸、压力传感器、支撑网、密封圈、运动机构、数据采集与处理系统；所述气压泵用于提供气源，气压泵通过导气管与空气过滤器连接；空气过滤器用于净化空气，减少粉尘等杂质对膜透气性的影响；定值减压阀、节流阀、气动开关阀依次通过导气管连接在空气过滤器与气缸之间，用于稳定和降低气压泵出口的气流压力；在线产生的纳米纤维薄膜置于气缸底部与运动机构的工作平台之间，测量时由气缸压紧于工作平台上；压力传感器与气缸缸体下端的螺纹孔连接，用于测量气缸下部端口处的压力；工作平台上正对气缸的下方设有用于将气流通入外界大气的通孔，通孔边缘设有密封圈，通孔上铺设支撑网，支撑网和密封圈分别用于在通气时支撑纳米纤维膜和防止气流泄漏；压力传感器的输出端接数据采集与处理系统输入端，压力传感器安装在气缸底部，数据采集与处理系统用于收集处理压力传感器变送的压力数据；工作平台由驱动装置驱动，工作平台的运动方向与纤维膜运动方向一致，且两者保持相同速度，以此保证在在线测量的过程中，不会影响生产环节。

所述支撑网的网线直径可小于0.1mm，网线间隔可大于0.5mm。

所述压力传感器的量程不超过5kPa。

本发明可测量的膜厚范围为1～200μm。

本发明主要利用一定压强的气体低速通过纳米纤维膜时气体压强发生变化，变化后的气体压强与纳米纤维膜厚度呈近似线性关系。将在线测量的压强与通过大量实验测量得压强与纳米纤维膜厚的关系数据库比对，即可得到实际膜厚。同时也可将厚度反馈回制造环节，根据工艺数据库调整电纺参数，保证纳米纤维膜膜厚的均匀性。

本发明的特色在于：

1、快速检测：本发明的原理简单，而且很容易实现，能够快速的检测出纳米纤维膜某处的膜厚，仅需数秒时间。

2、在线检测：一般的膜厚采用离线测量方式，无法适用于大规模的批量制造场合。

3、装置简单：装置部件多为标准件，容易实现，成本低廉，且易集成于生产线。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图。

图2为本发明实施例的工作平台、支撑网和密封圈的结构组成示意图。

图3为通入不同压力气体的条件下电流（用以表征压强）与膜厚的关系。在图3中，横坐标为膜厚(μm)，纵坐标为电流（mA）；标记◆为0.6MPa；■为0.4MPa；▲为0.2MPa。

具体实施方式